Lista 3 de IPQ Questões e Respostas

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Professor:Professor: Francisco JosFrancisco Joséé MouraMoura
Bibliografia:Bibliografia: HimmelblauHimmelblau, David M. e , David M. e RiggsRiggs, James B.; Engenharia , James B.; Engenharia 
QuQuíímica mica -- PrincPrincíípios e Cpios e Cáálculos, 7a edilculos, 7a ediçção, Editoraão, Editora LTC, 2006. LTC, 2006. 
IntroduIntroduçção aos Processos Quão aos Processos Quíímicosmicos
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
3.2 Um gás mediu 300 cm3 a 27,5oC e por causa de uma variação de 
temperatura, com a pressão permanecendo constante, o volume 
diminuiu para 125 cm3. Qual foi a nova temperatura em oC?
V1 300 cm
3
⋅:= T1 27.5 273+( ) K⋅:= V2 125 cm3⋅:= Pressão constante
T2
T1
V1
V2⋅:= T2 125.208K= 125 273− 148−= oC
3.13Um tanque de aço com capacidade de três m3 contém hélio a 35oC 
e 205 kN/m2. Calcular a massa, em kg, do hélio.
Tanque de aço: V 3 m3⋅:= T 35 273+( ) K⋅:= P 205000 newton
m
2
⋅:=
r 8.3145 Pa m
3
⋅
mole K⋅
⋅:= MHe 4
gm
mole
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P V⋅
r T⋅
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
3.31Em um teste de um aquecedor a óleo, não é possível medir a 
quantidade de óleo queimado, mas o ar utilizado é determinado 
inserindo-se um medidor venturi na linha de ar. Encontrou-se que 
5000 ft3/min de ar a 80oF e 10 psig são usados. A composição do 
gás seco é 10,7 % CO2; 0,55 % CO; 4,75 % O2 e 84,0 % N2. Se o 
óleo é considerado um hidrocarboneto, calcular quantos galões por 
hora de óleo são queimados. A gravidade específica do óleo é
0,94.
SGoleo 0.94:= O gás de combustão seco 
tem a seguinte composição: 
CO2=10,7; CO=0,55; O2=4.75 e N2=84%
+
H2O
Var 5000
ft3
min
⋅:=
T 80 460+( ) R⋅:=
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
P 10 14.7+( ) psi⋅:= Rid 1545.4
lbf ft⋅
lb mole⋅ R⋅
⋅:= 14.7 psi⋅ 2.117 103×
lbf
ft2
=
x = lb óleo
y = lb mol GCS
z = lb mol ar = 21,3 lb mol/min
w = lb mol de água (associada com o gás de combustão)
Base de cálculo = 5000 ft3/min ou 21.3 lb mol/min de ar
nar
P Var⋅
Rid T⋅
:= nar 21.311
lb mole⋅
min
=
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
x 11:= y 77:= w 10:=
Given
x 29 21.311⋅+ 30 y⋅ 18 w⋅+ Balanço de massa total
0.79 21.311⋅ 0.84 y⋅ Balanço de massa do N2
0.21 21.311⋅ 0.5 w⋅ y 0.107 0.0475+ 0.5 0.0055⋅+( )⋅+ Balanço de massa do O2
Find x y, w,( )
30.906
20.042
2.647








=
ρ oleo SGoleo 62.43⋅
lb
ft3
⋅:= ρ oleo 7.845
lb
gal
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Voleo
30.906 lb
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:= Voleo 236.375
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
3.51 Uma mistura gasosa consistindo de 50 % em mol de hidrogênio e 
50 % em mol de acetaldeído (C2H4O) está inicialmente contida em 
um recipiente rígido a uma pressão total de 760 mmHg abs. A 
formação de etanol (C2H6O) ocorre de acordo com
C2H4O + H2 = C2H6O
Após um tempo notou-se que a pressão total no recipiente rígido 
caiu para 700 mmHg abs. Calcular o grau de conclusão da reação 
usando as seguintes suposições:
Todos os reagente e produtos estão no estado gasoso.
O recipiente e seu conteúdo estavam na mesma temperatura 
quando as duas pressões foram medidas.
nH20 50 mole⋅:=
nC2H4O 50 mole⋅:=
Po 760 torr⋅:= (abs) P1 700 torr⋅:=
Após algum tempo
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
 C 2H4O + H 2 → C2H6O Qual é a conversão ? 
Iníco: 50 50 0
Final: 50-X 50-X X
(100/760) = Vo/(RTo) e [(100-X)/700] = V o/(RTo)
X 100
100 700⋅
760
−:= X 7.895=
nH20 50:=nH2 50 X−:= nH2 42.105=
χ
nH20 nH2−
nH20
:= χ 0.158= Portanto, conversão de 15,8%
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
3.56 Um litro de oxigênio a 760 mm é forçado para o interior de um 
recipiente contendo um litro de nitrogênio a 760 mm. Qual será a 
pressão resultante? Que suposições são necessárias para sua 
resposta?
pN2 760 torr⋅:= pO2 760 torr⋅:=
PT pN2 pO2+:= Lei de Dalton (Supondo gás ideal)
PT 1.52 10
3
× torr=
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
3.66 Calcular o volume ocupado por 2,0 libras de ar a 735 psia e 392oF.
TcrN2 227.2 R⋅:= PcrN2 492.314 psi⋅:= VcrN2 1.442
ft3
lb mole⋅
⋅:=
TcrO2 277.9 R⋅:= PcrO2 730.4 psi⋅:= VcrO2 1.185
ft3
lb mole⋅
⋅:=
r 10.73
psi ft3⋅
lb mole⋅ R⋅
⋅:= mar 2 lb⋅:= P 735 psi⋅:=
T 392 459.67+( ) R⋅:= T 851.67R= n 2 lb⋅
0.21 32⋅ 0.79 28⋅+( ) lb
lb mole⋅
⋅
:= n 0.069lb mole⋅=
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
bN2
TcrN2 r⋅
8 PcrN2⋅
:= bN2 0.619
ft3
lb mole⋅
=
aN2 27 bN2
2
⋅ PcrN2⋅:= aN2 5.093 10
3
× psi
ft3
lb mole⋅






2
⋅=
bO2
TcrO2 r⋅
8 PcrO2⋅
:= bO2 0.51
ft3
lb mole⋅
=
aO2 27 bO2
2
⋅ PcrO2⋅:= aO2 5.136 10
3
× psi
ft3
lb mole⋅






2
⋅=
bar 0.21 bO2⋅ 0.79 bN2⋅+:= bar 0.596
ft3
lb mole⋅
=
aar 0.21 aO2
1
2
⋅ 0.79 aN2
1
2
⋅+






2
:= aar 5.102 10
3
× psi
ft3( )2
lb mole⋅( )2
⋅=
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
V 1 ft3⋅:=
Given
P
n
2
aar⋅
V2
+








V n bar⋅−( )⋅ n r⋅ T⋅
Find V( ) 0.867ft3= Van der Waals: 0,867 ft 3 a 735 psia e 392 oF V 0.867 ft3⋅:=
Vid
n r⋅ T⋅
P
:= Vid 0.862ft
3
= Zar
Vid
V
:= Zar 0.994=
Zar
n r⋅ T⋅
P V⋅
:= Zar 0.994=
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
3.76 Uma amostra de gás natural tomada a 500 psig e 250oF é
separada por cromatografia em condições padrão. Encontrou-se 
por cálculos que as massas de cada componente no gás foram
Componente massa (g)
Metano (CH4) 100
Etano (C2H6) 240
Propano (C3H8) 150
Nitrogênio (N2) 50
Total 540
Qual era a densidade da amostra original do gás?
Supondo gás ideal
710 R⋅ 394.444K= T 394.444K⋅:= Ri 0.082 atm liter⋅
gm mole⋅ K⋅
⋅:=
514.7psi⋅ 35.023atm= P 35.023atm⋅:=
n
100
16
gm⋅ mole⋅
240
30
gm⋅ mole⋅+
150
44
gm⋅ mole⋅+
50
28
gm⋅ mole⋅+:=
n 19.445gm mole⋅=
V
n Ri⋅ T⋅
P
:= V 17.958liter=
d 0.54 kg⋅
17.958liter⋅
:= d 0.03 kg
liter
=
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3. Gases, Vapores, L3. Gases, Vapores, Lííquidos e Squidos e Sóólidoslidos
3.115 Um processo tem que ser suprido com ar e vapor de água em 
pequenas quantidades. Calcula-se que 0,04 libras de vapor de 
água devem acompanhar cada libra de ar seco para o processo. 
O ar entra a 1,00 atm. Os engenheiros decidem conseguir isso 
saturando o ar com água. O ar atmosférico está a 77oF, 1 atm e 
55% de umidade. O ar é aquecido e então borbulhado através da 
água em um tanque revestido (isolado).
Para qual temperatura o ar foi aquecido?
Quantos pés cúbicos de ar de entrada foram necessários para 
evaporar 5 galões de água?
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Terceira Lista de ExercTerceira Lista de Exercíícioscios
nH2O
0.04 lb⋅
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lb mole⋅
⋅
:=
nH2O 1.008gm mole⋅=
nar
1 lb⋅
0.21 32⋅ 0.79 28⋅+( ) lb
lb mole⋅
⋅
:= nar 15.728gm mole⋅=
YH2O
nH2O
nH2O nar+
:= YH2O 0.0602=
pH2O YH2O 760⋅ torr⋅:= pH2O 45.774torr=
T 36.5 273.15+( ) K⋅:= T 557.37R= 557.37 460− 97.37= oF
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Terceira Lista de ExercTerceira Lista de Exercíícioscios
Ar atmosférico
77 460+( ) R⋅ 298.333K= 298.3 273.15− 25.15=
PH2Oo 24.039torr⋅:= pH2O
PH2Oo 55⋅
100
:= pH2O 13.221torr=
YH2O
pH2O
760 torr⋅
:= YH2O 0.0174= nH2O1 YH2O nar⋅:=
nH2O1 0.274gm mole⋅=
nH2O nH2O1− 0.734gm mole⋅=
mH2O nH2O nH2O1−( ) 18⋅ gmgm mole⋅⋅:= mH2O 0.0132kg= /lb ar
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Terceira Lista de ExercTerceira Lista de Exercíícioscios
5 gal⋅ 18.927liter= 18.93 liter⋅ 1⋅ kg
liter
⋅ 18.93kg=
0,0132 kg ----------1 lb ar
18.93 kg ----------- X
1 lb⋅ 18.93⋅ kg⋅
0.0132kg⋅1.434 103× lb=
Supondo gás ideal
760 torr⋅ 14.696psi=
V
1.434103⋅ lb⋅
0.21 32⋅ 0.79 28⋅+( ) lb
lb mole⋅
⋅
10.73⋅
psi ft3⋅
lb mole⋅ R⋅
⋅ 560⋅ R⋅
14.7 psi⋅
:= V 2.032 104× ft3=
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Terceira Lista de ExercTerceira Lista de Exercíícioscios
3.122Mil libras de uma polpa contendo 10% em peso de CaCO3 serão 
filtradas em um filtro rotatório a vácuo. A torta que sai do filtro 
contém 60% de água. Essa torta é então colocada em um 
secador e seca para um teor de 9,09% (9,09 libras de H2O por 
100 libras de CaCO3) em base seca. Se a umidade do ar 
entrando no secador é 0,005 libras de água por libra de ar seco e 
a umidade do ar deixando o secador é 0,015 libras de água por 
libra de ar seco, calcular:
a) Libras de água removidas pelo filtro.
b) Libras de ar seco necessárias no secador.
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Terceira Lista de ExercTerceira Lista de Exercíícioscios
p 1.21 103×=p 10
2900−
T
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4.565 log T( )⋅− 22.613+



:=T 372:=
de ar seco140.91lb⋅ 1⋅ lb⋅
0.01 lb⋅
1.409 104× lb=0,01 lb H2O -------- 1 lb ar seco
140,91 lb H2O -------- X
mH2Oevap 140.91lb=mH2Oevap 150 9.09−( ) lb⋅:=
mCaCO3 100lb=mCaCO3 0.4 250⋅ lb⋅:=
b)
Portanto, 750 lb de água são removidasFind T A,( ) 250
750
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
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Balanço da água0.9 1000⋅ 0.6 T⋅ A+
Balanço total1000 T A+
Given
A 500:=T 500:=a)