[LISTA] Lista de Exercícios BM Permanente

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UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA 
 
PROJETO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA I – PROFª NELIZE COELHO 
 
Lista de Exercícios – BM Permanente 
 
1) Formaldeído é produzido a partir da oxidação parcial de metanol, segundo a reação química: 
 
CH3OH + ½O2  CH2O + H2O 
 
A mistura de gás alimentado no reator (corrente 4 no esquema) contém 8% em moles de metanol e 10% de oxigênio. 
O metanol alimentado é completamente convertido em formaldeído no reator, o qual contém um leito de partículas 
do catalisador Fe2O3MoO3. Calcular as vazões molares das correntes 1, 2, 3, 4 e 5, necessárias a fabricação de 30 
kg/s de uma solução de formaldeído, de concentração igual a 37% em massa. 
 
 
Resposta: 
 
Kmols/s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
N2 0,977 - 2,815 3,7925 - 3,7925 - 3,7925 3,7925 
O2 0,260 - 0,205 0,4625 - 0,2775 - 0,2775 0,4625 
CH3OH - 0,37 - 0,37 - - - - - 
CH2O - - - - - 0,37 0,37 - - 
H2O - - - - 0,68 0,37 1,05 - - 
TOTAL 1,237 0,37 3,02 4,625 0,68 4,81 1,42 4,07 4,255 
 
 
 
2) Uma das rotas de produção do metanol é através da reação entre o monóxido de carbono e hidrogênio em fase 
gasosa. Um reator foi alimentado com 1000 Kg/h de CO e 300 Kg/h de H2. O produto formado é enviado para uma 
coluna de absorção em que todo o metanol é absorvido por água, enquanto que o monóxido de carbono e hidrogênio 
não reagido são removidos pelo topo da coluna e enviados através de um reciclo para a entrada do reator. O grau 
de conversão do reagente limitante é de 70%. Com base no fluxograma abaixo, determine: 
 
 
a) Composição mássica da corrente efluente do reator; 
b) Vazão em Kg/h e composição em massa da alimentação virgem do processo; 
c) Produção diária em toneladas de solução de metanol a 18% em massa. 
 
Resposta: a) mĊ =1300 kg/h, sendo 23,1% CO, 15,4% H2 e 61,5% CH3OH 
 b) mȦ =800 kg/h, sendo 87,5% CO, 12,5% H2 
 c) mḊ =4444,4 kg/h 
 
3) Para economizar energia, gases de exaustão de um forno são utilizados para secar arroz. O fluxograma e os 
dados de processo estão ilustrados abaixo. Qual será a quantidade de gás reciclado (corrente R) por 100 kg/h de 
Arroz com Baixo teor de Umidade produzido (Corrente B), se a concentração de água no gás que entra no secador 
(corrente E) for de 5,20 % molar? 
 
 
Resposta: nṘ=3,34 kmols/h 
 
 
4) No sistema ilustrado na figura abaixo, misturadores estáticos foram utilizados para promover o contato de duas 
soluções com elevada eficiência. A corrente A é composta por uma solução de HCl 40% e a corrente B por uma 
solução de HCl 20%, ambas porcentagens com base em massa. A vazão mássica somente de HCl na seção D é 
de 1140,0 kg/h. Na seção E, cujo diâmetro é de 20 mm, a velocidade média de saída do fluido que contém 32%, em 
massa, de HCl é 2,5 m/s. Considerando a densidade da solução de HCl constante durante o processo em 1,18 
g/cm³, calcule as vazões mássicas das seções A e B. 
 
Resposta: mȦ =4156,31 kg/h e mḂ =2770,87 kg/h 
 
 
5) O diagrama de fluxo de um processo em estado estacionário para recuperar cromato de potássio cristalino 
(K2CrO4) de uma solução aquosa deste sal é apresentado na figura a seguir. Quatro mil e quinhentos quilogramas 
por hora de uma solução com 1/3 de K2CrO4 em massa se juntam com uma corrente de reciclo contendo 36,4% de 
K2CrO4 e a corrente combinada alimenta um evaporador. A corrente concentrada que deixa o evaporador contém 
49,4% de K2CrO4; esta corrente entra em um cristalizador, no qual é resfriada, causando a precipitação de cristais 
do sal, e em seguida, filtrada. A torta de filtro consiste em cristais de K2CrO4 e uma solução que contém 36,4%, em 
massa, de K2CrO4 dissolvido; os cristais constituem 95% da massa total da torta. A solução que passa através do 
filtro, também contendo 36,4% de K2CrO4, é a corrente de reciclo. 
 
Calcular a taxa de evaporação, a taxa de produção de K2CrO4 cristalino, as taxas de alimentação para as quais o 
evaporador e o cristalizador devem ser projetados e a razão de reciclo (=massa de reciclo/massa de alimentação 
virgem). 
 
Resposta: Taxa Evaporação: 2950,73 kg/h 
 Taxa de produção de K2CrO4 cristalino: 1471,8 kg/h 
 Taxa alimentação Evaporador: 10151,25 kg/h 
 Taxa alimentação Cristalizador: 7200, 52 kg/h 
 Razão de Reciclo: 1,26 kg/h Reciclo/ kg/h alimentação 
 
6) Em um secador adiabático do tipo esteira são alimentados 100 kg/min de um sólido com umidade inicial, base 
úmida, de 0,20 kgágua/kgsólido úmido. A umidade final do sólido é de 0,15 kgágua/kgsólido úmido. 
 
Parte do ar de saída do secador (Umidade 0,02 kgvapor d’água/kgar seco) é recirculada e mistura-se com o ar ambiente 
(Umidade 0,001 kgvapor d’água/kgar seco). Em seguida, esta mistura é introduzida no secador, com umidade de 0,018 
kg/kg em base seca. 
 
Determinar as vazões mássicas da água evaporada, do ar ambiente e do ar recirculado para este processo. 
 
 
 
Resposta: Vazão de Água Evaporada: 5,88 kg/min 
 Vazão de Ar ambiente: 309,60 kgar seco/min 
 Vazão de Ar recirculado: 2631,58 kgar seco/min 
 
 
7) Em uma lavanderia utiliza-se o processo de lavagem conforme fluxograma abaixo. As camisas sujas são 
mergulhadas em um tanque agitado contendo um detergente (Whizzo), depois torcidas e enviadas à etapa de 
enxágue. O Whizzo sujo é enviado a um filtro no qual a maior parte da sujeira é removida, o detergente depois de 
limpo é reciclado de volta e se junta com uma corrente de Whizzo puro. Esta corrente combinada serve como 
alimentação para o tanque de lavagem. 
 
Dados: 
 
1. Cada 100 lbm de camisas sujas contém 2 lbm de sujeira. 
2. A lavagem remove 95 % da sujeira. 
3. Para cada 100 lbm de camisas sujas, 25 lbm de Whizzo saem junto com as camisas limpas, dos quais 22 lbm 
são recuperados ao torcer as camisas e enviados de volta ao tanque. 
4. O detergente que entra no tanque contém 97 % de Whizzo, e o que entra no filtro contém 87 %. A sujeira 
molhada que sai do filtro contém 8 % de Whizzo. 
 
Pede-se: 
 
a) Quanto Whizzo puro deve ser fornecido por cada 100 lbm de camisas sujas? 
b) Qual a composição da corrente de reciclo R2? 
 
Resposta: Whizzo puro: 3,16 lbm 
 Composição R2: 96,5 % Whizzo e 3,5 % Sujeira 
 
8) O isooctano (c) é produzido pela reação do butileno (b) com o isobutano (a) em uma emulsão com ácido sulfúrico 
concentrado: 
i-C4H10 + C4H8  i-C8H18 
 
A alimentação virgem do processo flui com vazão de 60000 kg/h e contém 25% molar de isobutano, 25 % de butileno 
e 50% de n-butano (d), o qual é quimicamente inerte neste processo. A alimentação virgem se combina com três 
correntes separadas de reciclo, como aparece no diagrama, e a corrente combinada entra no reator. Essencialmente 
todo butileno alimentado no reator é consumido. Uma parte do efluente do reator é reciclado para entrada do mesmo 
e o restante passa a um decantador, no qual as fases aquosa (ácido sulfúrico) e orgânica (hidrocarbonetos) são 
separadas. O ácido é reciclado para o reator e os hidrocarbonetos passam a uma coluna de destilação. O produto 
de topo da coluna contém isooctano e n-butano, e o produto de fundo, que é reciclado para o reator, contém apenas 
isobutano. A corrente que entra no reator contém 200 moles de isobutano por mol de butileno e 2 kg de solução 
aquosa 91 % em massa de H2SO4 (aq) - H2SO4 (e) e H2O (f) - por kg de hidrocarboneto. A corrente obtida pela 
combinação da alimentação virgem com o isobutano reciclado contém 5 moles de isobutano por mol de butileno. 
Determine as vazões molares em kmol/h de cada componente na alimentação virgem, na corrente de produto e nas 
correntes de reciclo de emulsão, isobutano e ácido. 
 
 
Resposta: 
 
Kmols/h A B C D E F G H R1 R2 R3 
a 260,87 1304,35 1304,35 52174,00 51913,13 1043,48 1043,48 - 50869,65 - 1043,48 
b 260,87 260,87 260,87 260,87 - - - - - - - 
c - - - 12717,41 12978,28 260,87 260,87 260,87 12717,41 - - 
d 521,74 521,74 521,74 25434,82 25434,82 521,74 521,74 521,74 25434,82 - - 
e - - 2226,97 110791,66 110791,66 2226,97 - - 108564,692226,97 - 
f - - 1199,14 59657,05 59657,05 1199,14 - - 58457,91 1199,14 - 
Total 1043,48 2086,96 5513,07 261035,81 261296,68 5252,2 1826,09 782,61 256044,48 3426,11 1043,48