Exercícios De Balanço de Massa sem Reação Química

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+ UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI 
Engenharia Química 
Disciplina: Princípios de Processos Químicos 
Prof. Dr. Demian Patrick Fabiano 
 
 
SUGESTÃO DE EXERCÍCIOS SOBRE BALANÇO DE MASSA SEM REAÇÃO QUÍMICA 
 
Questão 1 
Deseja-se separar por destilação uma mistura cuja a composição é: 50 % de A, 30 % de B e o restante de C. O 
destilado (produto de topo) possui 60 % da corrente de alimentação, com composição de: 80 % de A, 18 % de B e 2 % 
de C. 
a) Calcule a vazão mássica da corrente de resíduos (produtos de fundo da coluna). 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
b) Calcule a composição da corrente de resíduos. 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
c) Qual a porcentagem do componente "A" alimentado que é recuperado na corrente de destilado? 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
d) Qual a vazão do componente "B" na corrente de resíduos? 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Questão 2: 
Uma indústria está enfrentando dificuldades com uma coluna de destilação de álcool e água. O processo está mostrado 
na figura abaixo. Aparentemente está havendo perda excessiva de álcool pelo fundo da coluna (resíduo). A corrente de 
alimentação é formada por uma mistura de 12% de etanol e o restante de água. A corrente de produto (destilado), que 
corresponde a 10% da corrente alimentação, possui 83% de etanol. 
 (a) Calcule a composição de fundo. 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
(b) Calcule a massa de etanol perdida no produto de fundo. 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
(c) Quais as modificações que você sugere para aumentar a eficiência do processo? Responda no verso dessa folha. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vapor 
Trocador de 
Calor 
Destilado 
(Produto) 
Refluxo 
 
 
Coluna 
de 
destilação 
Alimentação 
1000 lb/h 
Produto de 
fundo (Resíduo) 
Questão 3: 
Uma torre de absorção deverá ser dimensionada para absorver 98 % da acetona presente em uma mistura gasosa, cuja 
composição é de 27 % de acetona e o restante de ar. A acetona será absorvida por contato contracorrente com água 
pura, gerando uma solução aquosa com a vazão mássica de 200 kg/h, contendo 10 % de acetona em massa. 
a) Calcule a vazão da mistura gasosa a ser alimentada na torre. 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
b) Calcule a composição do gás efluente da torre. 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
c) Calcule a vazão de água pura que é utilizada no processo. 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
Questão 4: 
Um cereal é seco em um secador vertical por um ar que escoa em contracorrente com ele. Com a finalidade de 
prevenir quebra dos flocos do cereal, o ar de exaustão do secador é reciclado. Abaixo está o fluxograma do processo e 
uma tabela com as frações mássicas de água nas correntes do processo. 
 
 
 
 Ar fresco Cereal úmido Ar de exaustão Cereal seco Ar que entra no 
secador 
Água 0,0082 0,2000 0,1810 0,0500 0,0420 
 
Para cada 1000 kg/h de cereal úmido alimentado, calcule: 
 
a) A vazão de alimentação de ar fresco (em kg/h). 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
b) A taxa de reciclo do ar (em kg/h). 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
c) A vazão mássica de água que é removida do cereal no secador (em kg/h). 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
Questão 5: 
Uma mistura líquida contendo 40 % molar de benzeno (B), 28 % de tolueno (T) e o resto de xileno (X) alimenta uma 
coluna de destilação. O produto de fundo contém 80 % molar de X e nenhum B, e 72 % do X da alimentação são 
recuperados nesta corrente. O produto de topo da primeira coluna alimenta uma segunda coluna. O produto de topo da 
segunda coluna contém 93,5 % do B contido na alimentação desta coluna. A composição desta corrente é 92 % molar 
de B e o resto de T. 
a) Desenhe o fluxograma do processo descrito acima. 
b) Complete a tabela abaixo: 
 Corrente de 
alimentação 
Corrente de fundo 
coluna 1 
Corrente de topo 
coluna 1 
Corrente de fundo 
coluna 2 
Corrente de topo 
coluna 2 
Vazão 
(mol/s) 
Composição 
(%) 
Vazão 
(mol/s) 
Composição 
(%) 
Vazão 
(mol/s) 
Composição 
(%) 
Vazão 
(mol/s) 
Composição 
(%) 
Vazão 
(mol/s) 
Composição 
(%) 
Benzeno 
Tolueno 
Xileno 
Total 1000 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Questão 6: 
O diagrama de fluxo de um processo em estado estacionário para recuperar cromato de potássio cristalino (K2CrO4) de 
uma solução aquosa deste sal é mostrado abaixo: 
 
4500 kg/h de uma solução que é 1/3 K2CrO4 em massa se junta com uma corrente de reciclo contendo 36,4% K2CrO4, 
e a corrente combinada alimenta um evaporador. A corrente concentrada que deixa o evaporador contém 49,4% 
K2CrO4; esta corrente entra em um cristalizador, no qual é resfriada (causando a precipitação dos cristais sólidos de 
K2CrO4) e logo filtrada. A torta de filtro consiste em cristais de K2CrO4 e uma solução que contém 36,4% K2CrO4 em 
massa; os cristais contituem 95% da massa total da torta de filtro. A solução que passa através do filtro, também 
contendo 36,4% K2CrO4, é a corrente de reciclo. 
a) (Valor: 15%) Calcule a taxa de evaporação da água no evaporador; 
Resp: ___________________________________________________________________________________ 
 
b) (Valor: 15%) Calcule a taxa de produção de K2CrO4 cristalino; 
Resp: ___________________________________________________________________________________ 
 
c) (Valor: 10%) Calcule a razão de reciclo (massa de reciclo)/(massa de alimentação virgem). 
Resp: ___________________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Questão 7: 
Duas soluções aquosas de ácido sulfúrico contendo 20% em massa de H2SO4 (DR=1,139) e 60% em peso de H2SO4 
(DR=1,498) são misturadas para formar uma solução de 4 molar (DR=1,213). 
 
a) Calcule a fração mássica de H2SO4 na solução produto (KgH2SO4 / kgsolução). 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
 
b) Tomando 1000 kg/h da solução de alimentação a 20% como base de cálculo, desenhe e rotule (tanto massas quanto 
volumes) o fluxograma desse processo. 
 
c) Calcule a razão de alimentação (litros de solução de 20% / litros de solução de 60%). 
Resp: __________________________________________________________________________________________ 
 
d) Calcule a razão de alimentação (litros de solução produto / litros de solução de 60%). 
Resp: __________________________________________________________________________________________Questão 8: 
O uso de membranas representa uma tecnologia relativamente nova para separação de gases. Uma dessas aplicações, 
que tem atraído atenção, é a separação de nitrogênio e oxigênio do ar. A figura abaixo ilustra uma membrana 
nanoporosa fabricada revestindo-se um suporte de grafite poroso com uma fina camada de polímero. 
 
Qual é a composição da corrente de resíduos se esta representa 80% da corrente de entrada? 
Resp: __________________________________________________________________________________________