Lista de Exercícios 4 - Cálculo de Processos

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EQE-112 – Introdução aos Cálculos de Processo 
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4ª Lista de Exercícios 
1. Temos 100lb de gás com a seguinte composição, em base mássica: CH4 = 30%, H2 = 10% e N2
= 60%. Qual a massa molecular média da mistura ?
2. Em um determinado escoamento, o coeficiente de transferência de calor (h) pode ser
representado pela expressão:
ℎ = 0,0144
𝐶𝐺0,8
𝐷0,2
onde [h] = Btu/(h.ft
2
.
o
F) quando:
[C] = Btu/(lbm.
o
F)
[D] = ft
[G] = lbm/(h.ft
2
)
0,0144 = constante dimensional para as unidades indicadas
Reescreva esta equação de modo que o h seja determinado em kcal/(h.cm
2
.
o
C), com as outras
variáveis sendo alimentados nas seguintes unidades: 
[C] = kcal/(kg.
o
C)
[D] = cm
[G] = kg/(h.cm
2
)
3. Em um líquido com densidade relativa igual a 1,33, calcule a pressão a uma profundidade de
8,32ft, expressando-a em:
a. psi relativa (psig) e psi absoluta (psia)
b. N/m
2
 (abs)
c. kgf/cm
2
 (rel)
Considere que a superfície do líquido esteja exposta a uma pressão atmosférica igual a 1,013*10
5
Pa.
4. Transforme em psia as seguintes pressões:
a. 8 inHg de vácuo, com uma pressão atmosférica local igual a 1 atm;
b. 88 N/m
2
 (leitura manométrica), em um local onde o barômetro indica 750 mmHg;
c. Pressão hidrostática a uma profundidade de 10 ft, no interior de um líquido cuja densidade é
de 100 lbm/ft
3
. A pressão barométrica local é de 30 inHg.
5. Uma mistura de etanol e água, contendo uma fração molar de 40% de etanol (C2H5OH), deve
ser purificada ao máximo para utilização como insumo em uma fábrica de fertilizantes. O
processo de separação indicado para esta mistura é a destilação atmosférica. No entanto, para
obter o produto de topo final com 0,9 (m/m), a corrente de topo é dividida: uma parte segue para
ser reciclada e misturada à corrente de alimentação e outra parte é armazenada diretamente em
outro tanque de armazenamento (TQ-1002). A corrente de fundo produz uma solução de 80%
em percentual mássico do produto de fundo e é retirada, aquecida e enviada para armazenamento
em um tanque cilíndrico (TQ-1001) para posterior descarte.
a. Construa o fluxograma simplificado do processo, indicando as frações molares da corrente de
alimentação da coluna e as frações mássicas dos produtos de topo e de fundo;
b. Calcule a composição mássica da corrente de alimentação fresca à coluna;
c. Calcule a composição molar da corrente de alimentação ao tanque de TQ-1002;
d. Considerando uma vazão de fundo de 250 lb/h e que o preço do litro de EtOH puro é vendido, em
média, por R$ 2,10 quanto a empresa deixa de ganhar por hora de operação?
Dados: 
Substância Ponto de Ebulição Ponto de Fusão Densidade relativa 
EtOH 351,7 K 158,6 K 0,789 
EQE-112 – Introdução aos Cálculos de Processo Profa. Andrea Valdman 
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6. (Prova) Uma planta industrial utilizada para a produção de óxido de etileno (C2H4O) possui um
reator (V-2012) que é alimentado com uma mistura de eteno (C2H4) e oxigênio (O2). A carga
fresca do reator é alimentada a uma vazão de 180 kmol/h e possui uma fração molar de 44% de
oxigênio. A corrente de saída do reator é enviada a um separador (S-2012A), que gera duas
correntes de efluente: uma corrente de alimentação a um separador (S-2012B); uma corrente
que alimenta um tanque de descarte (TD-2012), após ser resfriada em um trocador de calor (TR-
2012). O fluido de refrigeração é a água, captada de um rio próximo que, após ser aquecida, é
enviado a uma estação de tratamento de água (E-2012). O separador que trata o produto
desejado produz uma corrente contendo todo o produto final que alimenta um tanque de
armazenamento (TA-2012) e uma corrente de reciclo. A corrente de reciclo contém os reagentes
não convertidos e é misturada à carga fresca do reator para recuperação dos mesmos ao longo da
reação.
a. Construa o fluxograma do processo.
b. Considerando que um quilo de eteno puro tem um custo médio de R$ 4,00, quanto a empresa gasta
em eteno, a cada duas horas de operação?
c. Qual a vazão mássica de carga fresca em lb/h?
d. Durante um mês, a fábrica operou com uma vazão de reciclo média de F US galão/h. Na planta, existem
sensores online acoplados a esta corrente para medir a concentração de eteno não reagido em lb/l (C lb/l)
e a densidade da mistura em kg/m
3 
(D kg/m
3
). Utilizando apenas as variáveis citadas no enunciado (F,
C, D) e fatores de conversão, desenvolva equações para determinar:
i. A fração mássica de oxigênio (XO2) não reagido na corrente de reciclo;
ii. A concentração de oxigênio na corrente de reciclo (CO2), em lbmol/ft
3
;
iii. A vazão molar de eteno em kgmol na corrente de reciclo.
7. Um tanque esférico de armazenamento de matéria-prima é utilizado para estocar uma solução
líquida com a seguinte composição, em fração mássica: Benzeno 0,25; Tolueno 0,25; Xileno
0,50. O tanque é submetido à pressão atmosférica e a temperatura é de 20
o
C. Considerando que
a vazão de saída deste tanque para o processo é de 200Kg/h, determine:
a. A quantidade de Benzeno, em libras, alimentada ao processo após 3 horas ?
b. A vazão molar de alimentação de Tolueno ao processo ?
c. A vazão volumétrica de alimentação de Xileno ao processo, em ft
3
/h ?
Dados - Bibliografia recomendada: PERRY, R.H., GREEN, D.W. Handbook de Engenharia Química. 
Respostas: 
1. 11,18 lb/lbmol
2. ℎ = 0,00621
𝐶𝐺0,8
𝐷0,2
3. a) 4,9 psig e 19,6 psia b) 1,35*10
5
 N/m
2
 c) 0,33 kgf/cm
2
4. a) 10,77 psia b) 14,52 psia c) 21,68 psia
5. b) 0,63 m/m EtOH e 0,37 m/m de água c) 78% de EtOH e 22% de água, em base molar
d) R$ 60,36
6. b) R$ 22579,20 c) 11809,72 lb/h d.i) 𝑋𝑂2 = 1 – 453,6 ∗
𝐶
𝐷
d.ii) 1,95.10
-3
*D – 0,885C d.iii) 6,13.10-2 * F *C kgmol/h
7. a) 330,7 lbm b) 0,5435 kmol/h c) entre 4,0 ft
3
/h e 4,1 ft
3
/h