Lista e Resolução 2 - Balanço de Energia

Prévia do material em texto

UERJ 
Fundamentos de Engenharia Química II 
Enildo Alves Bernardes 
Balanço de energia — segunda lista de exercícios 
Nome: 
1. 5 L/min de acetona líquida a 20 °C e pressão absoluta de 10 atm são vaporizados e 
aquecidos a 175 °C a pressão constante. Calcule a taxa em que o calor deve ser 
fornecido (kW). 
2. O gás propano entra num trocador de calor adiabático a uma taxa de 100 mol/min a 
40 °C e pressão absoluta de 250 kPa e sai a 240 °C. Vapor d'água superaquecido a 
300 °C e 5,0 bar fornece a energia térmica para o trocador de calor e sai como líquido 
saturado na mesma pressão. Determine a vazão volumétrica requerida do vapor d'água 
na entrada (m3/h) e a energia transferida (kW) neste trocador de calor. 
3. Vapor d'água a 250 mol/h é resfriado de 600 °C e 10 bar para vapor d'água saturado 
a 100 °C. Estime a taxa de resfriamento (kW) usando (a) tabelas de vapor d'água e 
(b) capacidade calorífica. 
4. Uma mistura contendo 46 % de acetona (CH3COCH3), 27 % de ácido acético 
(CH3COOH) e 27 % de anidrido acético RCH3C0)20], composição em massa, é 
destilada a P = 1 atm. A alimentação entra na coluna de destilação a T = 348 K em 
uma taxa de 15 000 kg/h. O destilado (produto de topo) é acetona pura e o produto de 
fundo contém 1 % da acetona da alimentação. 
O vapor efluente do topo da coluna entra no condensador a 329 K e sai líquido a 303 K. 
Metade do condensado é retirada como produto de topo e o restante volta para a 
coluna como refluxo. O líquido que sai do fundo da coluna entra no refervedor aquecido 
pelo vapor d'água e é parcialmente vaporizado. O vapor que deixa o refervedor volta 
para a coluna a uma temperatura de 398 K e o líquido residual, também a 398 K, 
constitui o produto de fundo. Segue um diagrama de fluxo do processo e dados 
termodinâmicos. 
a. Calcule as taxas molares e composições das correntes de produto. 
kJ b. Calcule a taxa de resfriamento no condensador O, ( h ). 
Acetona (v), 329 K 
CONDENSADOR 
F-PrT)tuto de topo (destilado) 
Acetona (I), 303 K 
Vapor: 3,2 % molares de acetona, 73,8 % molares de 
ácido acético, 23,0 % molares de anidrido acético 
1398 K 
COLUNA DE 
DESTILAÇÃO 
	 n••n••"...1 
REFERVEDOR Produto de fundo (I) 
9:0` 1 % da acetona na alimentação 
+ ácido acético 
+ anidrido acético 
398 K 
c. Use um balanço global de energia para determinar a taxa de aquecimento no 
refervedor Q,. (—khJ). 
d. Se a energia térmica para o refervedor é fornecida pela condensação de vapor 
d'água saturado a uma pressão manométrica de 10 bar, em que taxa deve o vapor 
d'água ser alimentado? 
Topo da coluna 
Alimentação 15 000 kg/h 
46 % em massa de acetona (I) 
27 % em massa de ácido acético (I) 
27 % em massa de anidrido acético (I) 
348 K 
Dados Termodinâmicos (Todas as temperaturas estão em Kelvin) 
Acetona: Cp, = 2,30 kJ/(kg.K) 
Cp, [kJ/(kg.K)] = 0,459 + 3,15 x 10-3 T – 0,790 x 10-6 T2 
Afiv 
 (329 K) = 520,6 kJ/kg 
Ácido acético: Cp, = 2,18 kJ/(kg.K) 
Cp, [kJ/(kg.K)] = 0,688 + 1,87 x 10-3 T – 0,411 x 10-6 T2 
OH„ (329 K) = 406,5 kJ/kg 
Anidrido acético: Cpi = ? (Estime-o) 
CPI, [kJ/(kg.K)] = 0,751 + 1,34 x 10-3 T – 0,046 x 10-6 T2 
OH„ (413 K) = ? (Estime-o) 
Observações: Este é um problema mais longo que precisa ser resolvido nas etapas 
sugeridas em aula. Todas as informações requeridas são dadas na declaração do 
problema. Para o anidrido acético liquido, assuma Cp 
 = 2,3 kJ/(kg.K). (Você não precisa 
do valor do calor de vaporização para resolver o problema.) Outras dicas: 
- É razoável selecionar uma base diferente para as partes (b) e (c). 
- A corrente de alimentação e as duas correntes na saída do processo global são 
liquidas. Isto simplifica o cálculo para o balanço de energia global na parte (c). 
- Você pode assumir que não há perdas de calor na coluna de destilação: toda a 
energia térmica é adicionada ou removida no refervedor e no condensador 
(Qglobal = ()condensador + Qrefervedor) 
5. Vapor de benzeno a 580 °C e 1 atm é alimentado continuamente para um 
condensador, saindo como um líquido a 25 °C em uma vazão suficiente para encher 
um tambor de 1,75 m3 
 a cada dois minutos. Calcule a taxa (kW) em que calor deve ser 
removido do condensador. 
C 
A 55(...t,-4;k/ r) 
CA-A.J- TC 
F n. 
= 
	
'( )2;3( 11-: 	 '1 "`) 
V I 
C e 	 ( 
= 11i 33 Ki/(4--,e 
t//h,g 4- 3 4:), 	 +- 11 33 
$ 
.e.,4A I 7-- C) 	 A1-Nit 
-51- 6k k 	 + 
S(:›99 
99 oh- 1 ,t lii5(s4 - 2 
1/1 b9 	 (Cr01-4 ,.L- 
pa 1 A iseL A 13-2) 
12:---N TA .15t .A 5- 2) 
c.) 1z 1<pà 5 ( 4-1-5 2 CL'2 
ti 
n-t- Si <71., 	 i - 
18,C ,( 1.c> s-
2 (r) 
AC 4_-v- 0)./ 0/ = 0/ 1 	 org (9À.4_,C 
t- 4 .1 	 rim; M 
	 1-351`4. 
0, 	 cyc:, s 
--tA 
	 13- 1 
Ac--) AT 1'") 6}--N AC€1-(:)w,Nbi 
	
Arm9 
,611 
p.cc,T.mA 
Ac-(Q 	 A1-1-4) 
Ac_ (Â/ 56'C, 
A r--(1.--A 411t0 5 1 
tAc-(,\\/, 1-4-s —c, 1 A i-10 
T 
kVA y 	
\I 
lx2 
MC- 	 5 	 AT t''l) 
L-r 
1/ 13C 	 ,( /4 - 
f`4 
4-r> 	
4; V 	 1 \ 
11 	 1._)/ 
fi Vt—t 
14 
r. g A "L-- N/ 	 20/•-/T .<.) 1)2- 
v->ry- 
-_-_-_ o 
2 4/ 
C- 	 T 
f o 32 
227 Si 1 c;: 21/ --1- j) 
c./ 3 g-Vim 
Kj 
11 STA 02 
.N, Avios/ 1-2 ,c) (,(2) 
5 ¡S.A )2- 	 uiz AVN- 
ALI (1/y) 
40,a è A c, L/M ¡IV 
 3 
LfQ 	 25c) KR--• 
U4 ( -3i" 
3
—®C- S )3,,,Ny___ 
1,1 
1,4 jr,4 ì Ai C3 He 
2 e.- / 
y 1N-1U) 
)3 • E sT,A, 	 Te 
/?,PoLiA 
12 
/1A,2N 
rt 	 1212.1. /N/ • 
rRAMS FE-V- ; 1.2A- 
1A• 
E 51 A 17 os 15;* 
gv- r)-)K-1)1/ 
- , 	 e-2, v2', vi--,S-tn 	 2 5".-/ 7-y 1,--73/4 
sTA 1/4_-.) 
o 1-3m-4 
11,Y É-3,2 
2 S--) t\4-(- x o‘-'1812 
	
1 1 	 1 2 S.- 
 Q/5 
(A) TALAS ")7Q. vAy,y_ 
1<z, 13A)1- 
-I I5A >3 	 P) 	 SLT): 
0,-1T; 	
-`>/r-rei itm 
f5E 	 2C4‘, 
- 1, 2i r\A7 
PAp S pE CArc-; 12A pe (4,1 12.(F-K.." 
 
l 	
/ 	 ) 
io 3e f.c7 L/c), - Éx.)..y -1-- 	 / 	 2 
A- i-I 6c7 ,i )4 ilj 'l (1,,c,3_ 
3 	 ti 
__ -- )4, 1-3 - 1/ 2-° `f - -'/ S 9C -+ '7/ /4,6' 
- , 18/ 33 K 5/ f'4 —L 
2_5 " 1141 
.______....._..
C_ I d 3Z V '- 
 
1 2-S eW 
-3_, 
 
5/4 
: 	 1.4.,_ 5,,t,4-w-re. c:5 2 rg. visc•;g()_5-r-k_Y-A-4-5 , 
T 15 1_,A- V7-= (Z 	 - 2 c3n11)S-2 	 - Imo, 3 1" 1 
2-5c, •‘-4 
 
1 2 7‘ w' 
s/41 
Ok 	 gki; 	 c- ST-A 	 y2f, 
t'"i 	 E s-r^ 1'4AI-E 121 1 I f Ç- )2_ t•I/AW 	 ç SE-1" 
L-IsTA ,o2 
.0,57Y—, 3 2-11( 
2 ►
°'- 
1,1 
K - A h 
4 Ç 
°/ 2 W-39 9- 
°i 2 	 C/ 9- 
(( )1., -n 
31/ 	 AT?-1 
J3 K 
( 0, 	 ei 	 v?iti 
z--/c=7 .c) K)/1 
Va2Ãc) 4/3-(Scc.4, 	 A (_ 
)5) C- Y-- el A 1;1' 	 ),/ c.A17)z_ 
j?/), L, 
	 ti 'yr 
/4.1 
A( \i/ 32 / 	 ( , 	 K) °2- 
álvA19 — 
^ 	 (3 3 LQ) I C r 
32 41 
2 2‹:53 yV7 
2,3 	 - 321)K 
g KTS )9- 
= - 22° KV--/ 
r-)Q. S E C V,e-i•"1- 	 12%. 
ç-r A c)2 
t_v 	 L. 	 r_._,.,rsix( L7 CEE e W.4 
er) 
RN N_ c c: 
13c- 
fSTA 7 
 
CO'17Ç m5-.):2, rz_ 
i ST --7-"--A 	 t. -15,x( /..Sc--) =- 4 , 
17E i_,,,,,c).,...2,r; 	 (r t ) 7' ''' --9-' -1-5 MA F-,,, 5 k- 
A "-_- '15 r- ( 1- Ni/i €-?-/T --),12- O- c-- L- L~) 
Pç rz-v r7 g- 
----- )2)) --- 
'c!•- ,c) 
(--.---J 
b? ) 	 YL-71 ,---- ‘,31 	 3,c>i 	 AI 
5(,0 	 v::--)3 --_-: 9=:25-47 	 "3 5 	 ,A5 
C GO 	 - 	 -_-_ q5‘2 
c_r 	 r Á V -- _- 12- "1--- 
1_11 -_:. 2,3 ( 3-3 - 3 zt1-`0 :2 - fc).3/ S- 0/9- 
A3 ::-_ 2/ 1 e ( 3"-i -3 - 3 (178) = 1c) -7 ) -31r,,9, 
- 3c(0.'= f)Ç - /r) 
	 \'') , k. 
J..).--3- 
4,s el 1 0 
----- 
 
5-9- ""1 KV-7 
• 
e 
clieA - c- 2/c) 3) 
22 61 Y\A/ 
e 	 1?3-4 1C_ A 
£.
∎
/ pc,g) 
179 	 gid, .1) --T- 02-A ; 	 C/A-1 
 
 19' 4-C-7 L-1A C4N-r-Li ?_,A, 177 
r>n 1 	 )34,N g-- 1,7t,PN-m,,m-té\- )2- 
/\ 	 A 6S,-1L--1.--'"'ss-1 '12 A )9') 
TAf€ (-/N. 	 6 	 ,/ .1-Ly = 1 / / 
1,13 Ws 	 4/04° 'Km/4 
1 
S, 
C3-1 
 
3 
 
f 	 5 
	
(v/ 5.69r•--c) 	 (fl, -SV 
1/4,(\i, 
34 	 • x 	 1 2-____ 	 — 
2 
x 1Z6(se15_ 
3 _12 
4/ S 
— 	
25"' .K-3/4 —( 
-_-_, 12,I(21) + 
. 2 / `. e` l'' S- (ZS L -3 1) 
— ---j--) ‘, '-ri •r-VP 4`:''L- 
f3, g--- 	 -e-'-1- -1 ,C.5--r A , I2-= 	 Q-0: 4„:::(----n-e6i_.\-re 	 --''-'1 1 
	
. 	 .
"__ 4!), -- 
S ,z, 
	
G? x fr_.3.;' 	 Ne<-/- 
	Page 1
	Page 2
	Page 3
	Page 4
	Page 5
	Page 6
	Page 7
	Page 8
	Page 9
	Page 10