Lista02

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E
DE PETRÓLEO
Balanço de Massa e Energia
Lista de Exercícios: #2
J. F. Mitre
14 de março de 2014
Exercício 1
Em cada item são dadas as condições para sistemas diferentes, todos representa-
dos pelo esquema abaixo. São fornecidas composições em percentuais mássicos. Não
ocorre reação química.
Item A
Sistema com dois componentes, A e B
Alimentação, F: 100 kg/h
Composição de F: 85% A e 15% B
Composição de P (produto principal): 96% A
Composição de S (produto secundário): 100% B
Calcular as vazões de P e S
Item B
Sistema com dois componentes, A e B
Alimentação, F: 100 kg/h
Composição de F: 70% A e 30% B
Composição de P (produto principal): 85% A
Composição de S (produto secundário): 5% A
Calcular as vazões de P e S. Qual a quantidade de B no produto principal
Item C
Sistema com dois componentes, A e B
Alimentação, F: 100 kg/h
Composição de F: 10% A e 90% B
Composição de P (produto principal): 80% A
Produto principal, P: 20 kg/h
Calcular as vazão S. Calcular a composição de S
Item D
Sistema com três componentes, A, B e C
Composição de F: 30% A, 40% B e 30% C
O produto principal (P) não apresenta o componente C
O produto secundário (S) não apresenta o componente A
80 % do componente B alimentado em F são retirados no produto principal (P)
Calcule a composição de P e S.
Item E
Sistema com três componentes, A, B e C
Composição de F: 60% A, 20% B e 20% C
Todo C é retirado no produto principal (P) e sua composição possui 80% de C. É
permitido um máximo de 1% de A no produto principal.
Calcule a composição de P e S.
Assumindo que 1% de C é retirado no produto secundário, determine a compo-
sição de P e S.
Exercício 2
Cabonato de bário tem importância comercial como matéria prima para a fa-
bricação de outros compostos de bário. Na sua produção prepara-se, primeiro, o
sulfeto de bário aquecendo o sulfato de bário natural (barita) com o carvão. Após o
aquecimento o sulfeto de bário é extraído com água e a solução resultante é tratada
com carbonato de sódio para precipitar o carbonato de bário. Numa operação desse
processo, verificou-se que a solução de sulfeto de bário formada continha também
algum sulfeto de cálcio proveniente de impurezas da barita. A solução foi tratada
com carbonato de sódio e a massa precipitada de carbonato de bário e carbonato de
cálcio foi separada por precipitação. Para cada 100 Kg de filtrado recolhido obteve-se
16,45 kg de precipitado seco. As análises do precipitado seco e do filtrado apresen-
taram as seguintes composições em percentagem peso.
Precipitado: 9,9% de CaCO
3
e 90,1% de BaCO
3
Filtrado: 6,85% de Na
2
S, 2,25% de Na
2
CO
3
e 90,90% de H
2
O
O carbonato de sódio usado na preciptação era carbonato de sódio comercial
anidro (sem água) que continha carbonato de cálcio como impureza.
a) Determine a percentagem em excessode carbonato de sódio utilizada.
b) Calcular a composição (em % peso) da solução de sulfetos de bário e de cálcio.
c) Calcular a composição de carbonato de sódio comercial usado.
Exercício 3
Um esquema simplificado de produção de açúcar é mostrado na figura abaixo.
A cana de açúcar é colocada em um moinho onde o caldo é separado do bagaço, o
qual contém 80% de polpa. O caldo (E), contendo pedaços muito finos de polpa, é
enviado a uma peneira para remover toda a polpa obtendo-se um caldo claro (H)
que contém 15% de açúcar e 85% de água. O evaporador produz um caldo grosso e
o cristalizador produz 500 kg/h de cristais de açúcar. Calcule:
a) a quantidade de água, em kg/h, removida no evaporador;
b) a composição do resíduo da peneira (corrente G);
c) a taxa, em kg/h, de cana alimentada ao moinho;
d) o percentual de açúcar alimentado na cana que é perdido no bagaço.
e) Este processo é eficiente ? Explique prque sim ou porque não.
Exercício 4
O teor de água em uma lama de talco é de 75%. 80 % da água são removidos
por filtração e secagem, o que faz reduzir a massa de lama em 72 kg. Calcule:
a) a massa original da lama;
b) o teor de água presente na lama após filtração e secagem.
Exercício 5
Deseja-se obter um sólido com, no máximo, 1% de água. Qual deve ser o teor
máximo de água do sólido a ser alimentado em um secador, se a remoção máxima
prevista para o equipamento é de 96%.
Exercício 6
Dois sais A e B são dissolvidos em água. Na temperatura da experiência, a
solubilidade de A é 1 kg de A/kg de água e a de B é 0,4 kg de B/kg de água.
Considere que a solubilidade dos dois sais não é afetada pela presença do outro, isto
é, 1 kg de água dissolve 1 kg de A mais 0,4 kg de B. Se originalmente 20 kg de A
e 20 kg de B são dissolvidos em 100 kg de água e parte da água é então evaporada
da solução, calcule (1) a quantidade evaporada, (2) o peso da solução final, (3) a
composição da solução final e (4) a quantidade de cada sal precipitada, para os
seguintes casos:
a) 50 % da água originalmente presente é evaporada;
b) uma quantidade suficiente de água é evaporada de modo que o peso da solução
final é 50 % do da solução inicial;
c) uma quantidade suficiente de água é evaporada de modo a manter a solução
final saturada em A, sem precipitar A.
Exercício 7
Uma mistura líquida de benzeno (58,20 %), tolueno, (20,40 %) e xileno é carga
de um processo de destilação. A recuperação do benzeno no destilado deve ser de
98% e a de xileno no resíduo deve ser de 95%. O teor em massa de benzeno no
destilado (líquido) deve ser de 0,90. Calcule a composição mássica do destilado e do
resíduo.
Exercício 8
Fenol e água quando colocados em contato sob certas condições de temperatura
e pressão, formam duas fase líquidas, uma mais leve (R), rica em fenol, e outra mais
pesada (E), rica em água. Em uma dada temperatura, o teor de fenol da fase líquida
mais leve é de 70% e o da mais pesada é de 9%. Se 20 kg de fenol e 30 kg de água são
colocados em íntimo contato nessa temperatura, calcule, as massas das duas fases
líquidas após alcançados o equilíbrio.
Exercício 9
Uma solução ácida com 60% de H
2
SO
4
, 20% de HNO
3
e 20% de H
2
O deve
ser obtida pela mistura das seguintes soluções: S1 composta por 60% de H2SO4,
10% de HNO
3
e 30% de H
2
O, S2 composta por 90% de HNO3 e 10% de H2O e
S3 composta por 95% de H2SO4 e 5% de H2O. Calcule a massa de cada solução a
ser misturada para obter 1000 kg da solução. Seria possível resolver esse problema
utilizando apenas a combinação de soluções S1 e S2 ? E S1 e S3 ? E S2 e S3 ?
Prove matematicamente sua afirmação e determine, quando possível, a massa de
cada solução utilizada.
Exercício 10
A composição de uma mistura líquida é de 30% de benzeno (B), 25% de tolueno
(T) e 45% de o-xileno (X). Esta mistura é carga de uma unidade de destilação com
duas colunas em série.
Na primeira coluna, a composição do resíduo deverá ser: 1% de T e 99% de X
e a recuperação do o-xileno no resíduo será 98%. O destilado desta coluna é carga
de uma segunda coluna de destilação, cuja composição do destilado é de 99% de B
e 1% de T. Deseja-se recuperar no destilado desta segunda coluna, 96% do benzeno
presente na carga desta coluna. Se a carga da unidade de destilação é de 1000 kg/h,
calcule:
a) as vazões mássicas dos produtos das duas colunas de destilação
b) a composição mássica do resíduo da segunda coluna.
	Exercício 1
	Exercício 2
	Exercício 3
	Exercício 4
	Exercício 5
	Exercício 6
	Exercício 7
	Exercício 8
	Exercício 9
	Exercício 10