Exercícios de Balanço de Massa e Energia

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E
DE PETRÓLEO
Balanço de Massa e Energia
Lista de Exercícios: #3
J. F. Mitre
24 de março de 2014
Exercício 1
Uma fábrica produz CO
2
tratando calcário dolomítico com ácido sulfúrico co-
mercial. A dolomita usada tem a seguinte composição (% peso): 68% CaCO
3
, 30%
MgCO
3
e 2% SiO
3
. O ácido comercial empregado contém 94% de H
2
SO
4
e 6% de
água.
CaCO
3
+H
2
SO
4
−−→ H
2
O+ CaSO
4
+ CO
2
MgCO
3
+H
2
SO
4
−−→ H
2
O+MgSO
4
+ CO
2
O SiO
3
é um material inerte.
Calcule:
a) quantos quilos de CO
2
são produzidos por tonelada de dolomita;
b) quantos quilos de ácido comercial são consumidos por tonelada de dolomita;
c) supondo que a água seja reutilizada, qual será a quantidade total de água
disponível no processo descrito por tonelada de ácido comercial consumido.
Exercício 2
Uma fábrica produz CO
2
tratando calcário dolomítico com ácido sulfúrico co-
mercial. A dolomita usada tem a seguinte composição (% peso): 68% CaCO
3
, 30%
MgCO
3
e 2% SiO
3
. O ácido comercial empregado contém 94% de H
2
SO
4
e 6% de
água.
CaCO
3
+H
2
SO
4
−−→ H
2
O+ CaSO
4
+ CO
2
MgCO
3
+H
2
SO
4
−−→ H
2
O+MgSO
4
+ CO
2
O SiO
3
é um material inerte.
Calcule:
a) quantos quilos de CO
2
são produzidos por tonelada de dolomita;
b) quantos quilos de ácido comercial são consumidos por tonelada de dolomita;
c) supondo que a água seja reutilizada, qual será a quantidade total de água
disponível no processo descrito por tonelada de ácido comercial consumido.
Exercício 3
Em uma fábrica de fertilizante se produz o fertilizante A tratando fosfato de
cálcio com 92% de pureza pelo ácido sulfúrico concentratado, de acordo com a
seguinte reação:
Ca
3
(PO
4
)2 +H2SO4 −−→ CaSO4 + CaH4(PO4)2
Em um teste foram misturados 0,5 t de fosfato de cálcio com 0,26 t de ácido
sulfúrico, obtendo-se 0,28 t de fertilizante A, CaH
4
(PO
4
)2. Calcule:
a) quem é o reagente limitante
b) a fração em excesso de reagente em excesso
c) o grau de conclusão da reação
d) a conversão do fosfato em fertilizante
Exercício 4
Óxido de etileno pode ser produzido pela oxidação catalítica de eteno, de acordo
com a seguinte reação:
C
2
H
4
+O
2
−−→ C
2
H
4
O
A carga do reator contém 100 kmol de eteno e 80 kmol de oxigênio. Calcule:
a) quem é o reagente limitante
b) a fração em excesso de reagente em execesso
c) as quantidades de cada reagente e produto presentes no final da reação e a
conversão do eteno e do oxigênio , se o grau de conclusão for de 50 %.
d) a conversão do eteno, a conversão do oxigêio e o grau de conclusão da reação,
se 50 kmol de O
2
estiverem presentes no final da reação.
Exercício 5
Um óleo combustível obtido a partir de um petróleo contendo elevado teor de
enxofre é queimado em um forno industrial, usando excesso de ar de 30 %. A análise
elementar do óleo combustível indicou: C, 85%, H, 10%, S, 5%. Calcule a compo-
sição do gás de chaminé e determine também a análise de ORSAT considerando a
combustão completa do óleo combustível.
Note que todo enxofre é oxidado a SO
2
. Lembre-se que o oxigênio teórico também
leva em consideração a necessidade de oxidar completamente o enxofre e a água.
Exercício 6
Um gás com a composição de 85% de metano e 15% de etano é queimado e todo
o CO
2
é removido do gás de combustão para produção de gelo seco. O Gas final,
após a remoção do CO
2
apresenta a seguinte análise de Orsat, 6% de O
2
e 94% de
N
2
. Calcule a fração de excesso de ar e a produção de gelo seco, se a vazão de gás é
de 100 m3/h medida a CNTP.
Exercício 7
Em um teste de combustão é queimado um gás combustível com a seguinte
composição: CH
4
, 28%, C
2
H
6
, 13%, H
2
, 36%, CO, 18%, além disso, esse gás possui
CO
2
.
A análise de ORSAT dos gases de combustão acusou CO
2
, 11%, CO, 0,5%, O
2
,
2% e o restante é N
2
. Calcule a fração de excesso de ar, a razão em quantidade de
matéria de ar de combustão e gás combustível e a razão em quantidade de matéria
de gás de combustão e gás combustível.
Exercício 8
Uma mistura gasosa de CH
4
, CO e N
2
é queimada em uma caldeira usando-se
ar seco e um excesso de 20% em relação a quantidade teórica necessária. A análise
de Orsat dos gases resultantes da combustão completa apresentou a seguinte com-
posição (molar): 10,68% de CO
2
, 3,77% de O
2
e 85,55% de N
2
.
CH
4
+ CO +O
2
−−→ H
2
O+ CO
2
Calcule
a) a composição da mistura gasosa queimada;
b) a quantidade total de oxigênio que entra na caldeira por tonelada de mistura
gasosa;
c) a quantidade de oxigênio consumido por tonelada da mistura gasosa.
Exercício 9
Formaldeido puro, CH
2
O, é completamente queimado na presença de ar.
Qual deverá ser a análise de Orsat do gás resultante da combustão se
a) for usado 50% de excesso de ar e a combustão for completa ?
b) for usado 20% de excesso de ar e a combustão for completa ?
c) for usada uma quantidade capaz de queimar todo o hidrogênio (produzindo
água), queimar 25% do carbono a CO
2
e 75% do carbono a CO e não restar
nenhum oxigênio no gás resultante da combustão ?
Exercício 10
A principal vantagem da incineração catalítica para gases como odores sobre a
combustão direta é o baixo custo. Os incineradores catalíticos operam a baixas tem-
peraturas, 500 a 900oC, comparado com 1100 a 1500oC para incineradores térmicos,
e consomem muito menos combustível. Por causa da baixa temperatura de opera-
ção, os materiais de construção não precisam ser tão resistentes ao calor reduzindo
assim os custos de construção e instalação. Em cada corrida, um líquido com uma
composição de 88% de C e 12 % H
2
(em peso) é vaporizado e queimado com o ar
seco produzindo um gás com a seguinte composição em base seca (molar): 13,4% de
CO
2
, 3,6 % de O
2
e 83% de N
2
. Determine quantos kmol de gás seco são produzidos
por 100 kg de líquido alimentado e qual foi o percentual em excesso de ar usado.
Exercício 11
Considere a queima do gás natural contendo metano (CH
4
) e etano (C
2
H
6
) com
80 % de metano (base molar). A combustão é feita com 30 % de ar em excesso e todo
gás natural é convertido em CO
2
. Determine a composição da corrente produzida
pela queima na chaminé e a análise de Orsat da mesma. Dados, massa molar (g/mol):
CH
4
- 16, C
2
H
6
- 30, O
2
- 32, CO - 28, CO
2
- 44, H
2
O - 18, N
2
- 28. Considere que
a composição molar do ar é de 21 % de O
2
e 79 % de N
2
.
	Exercício 1
	Exercício 2
	Exercício 3
	Exercício 4
	Exercício 5
	Exercício 6
	Exercício 7
	Exercício 8
	Exercício 9
	Exercício 10
	Exercício 11