Exercícios de Balanço Material em Engenharia Química

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FURB – UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
CCT – CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DEQ – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMIC A
DISCIPLINA: INTRODUÇÃO AOS CÁLCULOS NA ENGENHARIA QUÍMICA
PROFA. CÍNTIA SOARES
 
EXERCÍCIOS 
BALANÇO MATERIAL 
 
01. Duas misturas metanol-água de composições diferentes estão contidas em recipientes 
separados. A primeira mistura contém 40% de metanol e a segunda 70% de metanol, em 
massa. Se 200g da primeira mistura são combinados com 150g da segunda mistura, qual 
a massa e a composição do pro duto? Considerar q ue não há interação entre o metanol e 
a água. 
(Resposta: 350 g; 52,86% metanol; 47,14% água) 
 
02. Um espessador numa unidade de tratamento de efluentes remove água proveniente 
de lodo de efluentes industriais. Quantos quilogramas de água sairão do espessador a 
cada 100 kg de lodo ativado que entram nele, se 70 kg de lodo desidratado saem do 
mesmo? O processo se dá no estado estacionário. 
(Resposta: 30 kg de água) 
 
 
03. Polpa de papel úmida contém 71% de água. Após secagem, 61% da água original são 
removidas. Calcule: 
a) A composição da polpa que sai do secador. (Resposta: 51% de polpa; 49% de água) 
b) A massa de água removida por kg de polpa úmida. (Resposta: 0,4331 kg de água) 
 
04. Um determinado sólido contendo 20% em massa de água necessita ser secado para 
produzir um sólido q ue contenha no máximo 4% de água. Calcule a porcentagem de 
remoção de água do sólido original. 
(Resposta: 83,5%) 
 
05. Um t anque de armazenamento de água q uente destinada a lavar lama de carbonato 
numa instalação de recuperação de soda do processo sulfato para produção de celulose 
recebe água de várias fontes. Num dia de operação, 240 m 3 de conde nsado da f ábrica 
são enviados para esse tanque, 80 m 3 de água quente contendo pequena q uantidade de 
hidróxido de cálcio e soda c áustica vem do lavador de lama e 130 m 3 são provenientes do 
filtro rotativo. Durante esse mesmo período, 300 m3 são r etirados para usos diversos, 5 m3 
são perdidos por evaporação e 1 m 3 por vazamentos. A capacidade do tanque é de 500 
m3 e, no início do dia, está pela m etade. Quanta ág ua haverá no tanque no f inal do dia? 
(Resposta: 394 m3) 
 
06. Um adesivo líquido consiste de um polímero dissolvido em um solvente. A quantidade 
de polímero na solução deve ser cuidadosamente controlada para esta aplicação. Quando 
o fornecedor de adesivo recebe um pedido de 300 kg de uma solução de adesivo 
contendo 13% de polímero, tudo o que ele tem em mãos é 500 kg de uma solução 
contendo 10% de polímero, uma gr ande quantidade de uma solução contendo 20% de 
polímero e solvente puro. Calcule a massa de cada uma das correntes desconhecidas 
que devem ser misturadas para atender o pedido. 
(Resposta: 1700 kg da solução contendo 20% de polímero e 800 kg de solvente puro) 
 
07. O ácido residual de um processo industrial encerra 20% de ácido sulfúrico, 10% de 
ácido nítrico, 5% de ácido clorídrico e 65% de água em peso. A fim de ser reutilizado no 
processo, esse ácido deve ser f ortificado até conter 27,4% de ácido sulfúrico, 21,9% de 
ácido n ítrico e 7,5% de ácido clorídrico, empr egando-se para isso os respectivos ácidos 
concentrados, que contém 92% de H2SO 4, 87% de HNO3 e 35% de HCl. Calcular os 
pesos de ácido residual e de ácidos concentrados necessários para obter uma t onelada 
da mistura desejada. 
(Resposta: 450 kg de ácido residual; 200 kg de ácido sulfúrico; 200 kg de ácido nítrico e 150 kg de ácido clorídrico) 
 
08. Suponhamos que uma solução a 50 % (massa) de etanol em água esteja sendo 
alimentada à uma vazão constante em uma coluna de destilação para produzir destilado 
com 70% ( em m assa) de álcool e fundos com 1% (em massa) de álcool. Sendo F a 
massa alimentada à coluna num dado intervalo de tempo e D e W a massa de destilado e 
de produto de f undo nesse mesmo intervalo de tempo, determine D e W em f unção de F. 
(Resposta: D = 71 gmol; W = 29 gmol) 
 
09. 1000 kg/h de uma mistura de benzeno (C6H6) e tolueno (C7H16) q ue contém 50% em 
massa são separados em uma coluna de destilação em duas frações. A vazão mássica 
de benzeno na corrente de saída do topo é 450 kg B/h e para o tolueno na corr e nte de 
saída do fundo é 475 kg T/h. A operação se desenvolve em reg ime permanente. Escreva 
os balanços de massa para o benzeno e o tolueno. Calcule as vazões não conhecidas 
nas correntes de saída. 
(Resposta: 50 kg de benzeno e 25 kg de tolueno) 
 
10. Uma mistura binária de etano e propano deve ser destilada com o objetivo de 
recuperar 95% do etano no destilado e 90% do propano no resíduo. Qual deverá ser a 
composição (wi%) do destilado e do resíduo se a fração mássica do etano e do propano 
na carga são iguais? 
(Resposta: Destilado: 90,5% de etano e 9,5% de propano; Resíduo: 5,3% de etano e 94,7% de propano) 
 
11. Uma solução composta por 50% de etanol, 10% de metanol e 40% de água, em 
massa, é alimentada a uma t axa de 100 kg /h em um separador q ue produz uma corrente 
a uma t axa de 60 kg/h com a composição de 80% de etanol, 15% de metanol e 5% em 
massa de água e uma segunda corrente de composição desconhecida. Calcule a 
composição (em %) dos t rês componentes na corrente desconhecida bem como a t axa 
em kg/h. 
(Resposta: Etanol: 5%; Metanol: 2,5% e Água: 92,5%)