Balanço de Massa

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Estequiometria 
 
01) O antimônio é obtido pelo aquecimento da estibinita pulverizada (Sb2S3) na presença de 
aparas de Ferro, com a retirada do Sb fundido pela base do reator. 
Sb2S3 + 3Fe  2Sb + 2FeS 
 Suponha que 0,60 kg de estibinita e 0,25 kb de aparas de ferro sejam aquecidos 
juntos, dando 0,20 kg de Sb metálico. Determine: 
a) O reagente limitante; 
b) A porcentagem de reagente em excesso; 
c) O grau (fração) de complementação; 
d) A porcentagem de conversão; 
e) O rendimento 
Dados: 
Componente Sb2S3 Fe Sb FeS 
Massa Molecular 339,7 55,85 121,80 87,91 
 
 
02) Uma bem conhecida reação para gerar hidrogênio a partir do vapor d’água é chamada 
de reação de deslocamento do vapor d’água: CO + H2O  CO2 + H2. Se a alimentação 
gasosa de um reator é formada por 30 moles de CO, 12 moles de CO2 e 35 moles de vapor 
por hora, a 800°C e 18 moles de H2 por hora são produzidos, calcule: 
a) O reagente limitante; 
b) O reagente em excesso; 
c) A fração de conversão de vapor em H2; 
d) O grau de complementação da reação; 
e) Kg de H2 produzidos por kg de vapor alimentado; 
f) Moles de CO2 produzidos pela reação por mol de CO alimentado. 
 
Dados para o problema: 
Componente CO H2O CO2 H2 
Massa Molecular 28,01 18,02 44,01 2,02 
03) A queima de calcário, CaCO3  CaO + CO2, ocorre com apenas 70% de 
complementação num certo forno industrial. 
(a) Qual é a composição (% mássica) do sólido retirado do forno? 
(b) Quantos quilogramas de CO2 são produzidos por quilograma de calcário alimentado? 
Suponha que o calcário seja CaCO3 puro. 
Componente CaCO3 CaO CO2 
Massa Molecular 100,09 56,08 44,01 
 
04) O ácido sulfúrico pode ser fabricado pelo processo de contato direto de acordo com as 
seguintes reações: 
(1) S + O2  SO2 
(2) 2SO2 + O2  2SO3 
(3) SO3 + H2O  H2SO4 
Foi-lhe solicitado o cálculo de algumas quantidades para serem utilizados como parte 
do projeto preliminar de uma planta de ácido sulfúrico com capacidade de 2000 
toneladas/dia, de solução 66°Be (Baumé) (93,2% H2SO4 em peso). Então responda: 
(a) Quantas toneladas de enxofre puro são consumidas por dia na operação desta planta? 
(b) Quantas toneladas de oxigênio são consumidas por dia? 
(c) Quantas toneladas de água são consumidas por dia pela reação (3)? 
Dados: 
Componente S H2O O2 H2SO4 
Massa Molecular 32,06 18,02 32,00 98,08 
 
 
Balanços com Reação 
 
05) O etano é inicialmente misturado com oxigênio para obter um gás contendo 80% de 
C2H6 e 20% de O2, sendo então queimado num motor com 200% de ar em excesso. Oitenta 
por cento do etano transforma-se em CO2, 10% em CO e os outros 10% permanecem sem 
queimar. Calcule as composição dos gás exaurido em base úmida. 
 
06) Um óleo combustível cuja análise elementar é: C = 84,7%, H = 14,8% e S = 0,5% é 
queimado com 20,0% de excesso de ar. O gás de combustão gerado é misturado com um ar 
secundário e a mistura resultante é usada em us secador que reduz o teor de umidade de 
uma argila de 15,,0% para 2,0%. O teor de CO2 (em base seca) do gás efluente do secador é 
de 9,0%. Calcule: 
a. a razão em quantidade de matéria ar secundário/gás de combustão (antes da 
mistura); 
b. a razão mássica argila úmida/óleo combustível, se o teor de CO2 (em base úmida) 
do gás efluente do secador é 6,2%. 
 
07) Aldeído fórmico pode ser produzido pela reação de metano e oxigênio na presença de 
um catalisador, gerando também dióxido de carbono como produto indesejável, de acordo 
com as reações: 
CH4 + O2  HCOH + H2O 
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O 
Se o produto efluente do reator contém (xi %): HCOH = 45,5%, CO2 = 0,8%, CH4 = 3,8%, 
H2O = 47,0% e O2 = 3,0%, calcule: 
a. a % do reagente em excesso; 
b. a % de conversão do metano; 
c. a % de rendimento do aldeído fórmico; 
d. a seletividade do aldeído fórmico em relação ao CO2. 
 
08) Em um teste de combustão é queimado um gás combustível com a seguinte 
composição: CH4 = 28,2%, C2H6 = 13,4%, H2 = 36,8%, CO = 18,4% e CO2 = 3,2%. A 
análise de Orsat dos gases de combustão é: CO2 = 11,6%, CO = 0,5%, O2 = 2,3% e o 
restante N2. Calcule: 
a. a % de excesso de ar; 
b. a razão em quantidade de matéria ar de combustão/gás combustível; 
c. a razão em quantidade de matéria gás de combustão/gás combustível. 
 
09) Os produtos e subprodutos da combustão do carvão podem causar problemas 
ambientais se o processo de combustão não for conduzido adequadamente. O combustível, 
cuja análise fornceceu: 74% de C, 14% de H e 12% de cinzas, é queimado originando um 
gás de combustão contendo 12,4% de CO2, 1,2% de CO, 5,7% de O2 e 80,7% de N2 numa 
base seca. Seu chefe o chamou para determinar: 
(a) Libras de carvão queimado por 100 lb de gás de combustão. 
(b) Percentagem de ar em excesso usado. 
(c) Libras de ar usado por libras de carvão. 
 
10) Na fermentação anaeróbica do cereal, o fermento Saccharomyces cerevisiae digere a 
glicose das plantas para formar os produtos etanol e ácido propenóico, através das seguintes 
reações: 
Reação 1: C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 
Reação 2: C6H12O6  2C2H3CO2H + 2H2O 
Num processo batelada, um tanque é carregado com 4000 kg de uma solução com 12% de 
glicose e água. Após a fermentação, 120 kg de dióxido de carbono são produzidos junto 
com 90 kg de glicose que não reagiu. Quais são as percentagens em peso de álcool etílico e 
do ácido propenóico remanescentes no mosto? Suponha que nada de glicose é assimilado 
pela bactéria. 
 
11) Um forno queima gás combustível com a seguinte composição: 70% de CH4, 20% de 
H2 e 10% de C2H6, com ar em excesso. Uma sonda de oxigênio colocada na saída do forno 
lê 2% de oxigênio nos gases de saída. Os gases, então, passam através de um longo duto 
que os leva até o trocador de calor. Na entrada do trocador de calor, a análise de Orsat do 
gás indica 6%. Esta discrepância se deve ao fato de a primeira análise ter sido feita numa 
base úmida e a segunda numa base seca (nenhuma água condensa no conduto), ou é devido 
a algum vazamento de ar no conduto? Se a primeira estiver correta, forneça a análise de 
Orsat do gás de saída do forno. Se a última estiver certa, calcule a quantidade de vazamento 
de ar no conduto por 100 moles de gás combustível queimado. 
 
 
Bypass, Reciclo e Purga 
 
12) Água potável pode ser obtida por dessalinização da água do mar através do processo 
conhecido como “Osmose Reversa”, de acordo com o esquema a seguir, calcule: 
 
a. a vazão mássica da salmoura descartada; 
b. a vazão mássica de água potável produzida; 
c. a vazão mássica de reciclo de salmoura. 
 
 
13) Em uma tentativa de gerar NO de modo econômico, amônia gasosa é queimada em um 
reator com 20,0% de excesso de O2 de acordo com a seguinte reação: 
4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O 
A amônia que não reagiu é separada dos demais componentes, sendo que 5% da amônia 
efluente do separador é purgada continuamente e o restante é reciclado para o reator, 
conforme a figura abaixo. Sabendo-se que a conversão de amônia por passe no reator é de 
70,0%, calcule a conversão global de amônia no processo. 
 
 
 
 
14) Propõe-se produzir óxido de etileno ((CH2)2O) por oxidação de etano (C2H6) em fase 
gasosa: 
C2H6 + O2  (CH2)2O + H2O 
 A razão ar/ C2H6 na carga bruta de alimentação do reator é de 10 para 1, e a 
conversão de C2H6 por passe através do reator é de 18%. O etano que não reagiu é separado 
dos produtos que saem do reator e é reciclado conforme mostrado na figura abaixo. Qual é 
a razão da corrente de reciclo para a corrente de alimentação, e qual é a composição do gás 
de saída do reator? 
 
 
15) Muitos processos químicos geram emissões de compostos voláteis que precisamser 
controladas. No processo mostrado na figura abaixo, o CO que é exaurido é eliminado, 
separando-o do efluente proveniente do reator, com posterior reciclo de 100% do CO 
gerado juntamente com alguns reagentes que retornam para a alimentação do reator. 
 Apesar de o produto ser patenteado, tem-se a informação de que a corrente 
alimentadora contém 40% de reagente, 50% de inertes e 10% de CO, e que durante a reação 
2 moles de reagente formam 2,5 moles de produto. A conversão do reagente em produto é 
de apenas 73% por passe pelo reator, e 90% global. Calcule a razão moles de reciclo/moles 
de produto. 
 
Processos com Combustão 
 
15) (Balanço material na combustão de um óleo combustível) Um óleo combustível obtido 
a partir de um petróleo contendo elevado teor de enxofre é queimado em um forno 
industrial, usando 30% de excesso de ar. A análise elementar do óleo combustível indicou: 
C = 85,5%, H = 9,7%, S = 4,8%. Calcule a composição do gás de chaminé (GC) e a do gás 
seco (G), considerando a combustão completa do óleo combustível. 
 
 
16) (Balanço material na combustão de um gás combustível) De um forno queimando gás 
combustível resultou a seguinte análise de Orsat dos gases de combustão: CO2 = 7,53%, O2 
= 7,53%, CO = 0%. Calcule: 
a) a % de excesso de ar; 
b) a composição do gás de chaminé. 
 
 
17) Um gás natural consistindo essencialmente de metano (CH4) é queimado com ar 
enriquecido de oxigênio de composição igual a 40% de O2 e 60% de N2. A análise de Orsat 
do produto gasoso foi relatada pelo laboratório como tendo 20,2% de CO2, 4,1% de O2 e 
75,7% de N2. O relatório analítico pode estar correto? Mostre todos os cálculos. 
 
 
18) (Balanço material na combustão de um óleo combustível) Um óleo combustível é 
queimado em um forno gerando um gás de combustão com a seguinte análise de Orsat: 
CO2 = 13,2%, O2 = 3,6%, CO = 0,4%. Calcule: 
c) a % de excesso de ar; 
d) razão mássicas: ar de combustão / óleo combustível e gás de chaminé / óleo 
combustível; 
e) composição centesimal do óleo. 
 
 
19) O etano é inicialmente misturado com oxigênio para obter um gás contendo 80% de 
C2H6 e 20% de O2, sendo então queimado num motor com 200% de ar em excesso. Oitenta 
por cento do etano transforma-se em CO2, 10% em CO e os outros 10% permanecem sem 
queimar. Calcule a composição do gás exaurido em base úmida. 
 
20) Um óleo combustível é analisado, contendo 85,0% em massa de carbono, 12,0% de 
hidrogênio elementar (H), 1,7% de enxofre e o resto são materiais não-combustíveis. O 
óleo é queimado com 20,0% de excesso de ar, baseado na combustão completa dos 
elementos citados. O óleo queima completamente, mas 8,0% do carbono formam CO. 
Calcule a composição molar do gás de chaminé.