prova1 balanço de massa

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Prof. E. Bri 
 
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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO 
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA 
Curso de Engenharia Química 
DISCIPLINA: Balanços de Massa e Energia 
1ª PROVA 
 
NOME: DATA:_____/_____/_____ 
 
INSTRUÇÕES: 
 Formule/escreva todas as hipóteses e/ou suposições para solução cada problema. 
 Marque e indique os volumes de controle aplicados a cada balanço. 
 Use 4 casas decimais em seus cálculos. 
 
QUESTÃO 1 (1,0 PONTOS) 
700 kg de um alimento que contém 80% de umidade são secos em um secador de tambor 
rotativo até que 30% da umidade inicial sejam removidos. 
 Determine: 
a) A massa de água eliminada por kg de alimentação; 
b) A composição do alimento após a secagem (fração de sólidos e fração de água). 
 
QUESTÃO 2 (1,0 PONTOS) 
Duas soluções etanol-água de composições diferentes estão contidas em recipientes 
separados. A primeira solução contém 40% e a segunda 76,0% de etanol, ambas em massa. 
Sabendo que em uma válvula misturadora, 500 g/min da primeira solução são combinados 
com 100 g/min da segunda e considerando que não há interação (reação) entre o etanol e a 
água, qual a vazão mássica e a composição da corrente de produto? 
 
QUESTÃO 3 (1,0 PONTOS) 
Considere uma solução aquosa de hidróxido de sódio com 50% de NaOH, em massa e que 
deseja-se produzir uma solução a 2,5% de NaOH diluindo-a com água pura. 
 Calcule: 
 a) A razão entre a quantidade de água pura utilizada e a quantidade de solução 
mãe (g H2O/g solução mãe); 
 b) A razão entre a quantidade de solução produzida e a quantidade de solução 
mãe (g sol. produto/g sol. mãe). 
 
 
 
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QUESTÃO 4 (1,5 PONTOS) 
A produção de água dessalinizada a partir da água do mar é comum nos países do Oriente 
Médio, onde os recursos hídricos são escassos e há grande disponibilidade de combustíveis 
fósseis. Com este objetivo, a água do mar é evaporada formando duas correntes: uma de água 
salgada (salmoura), com alta concentração de sal, que é retornada ao mar; e outra de vapor 
livre do sal, que depois é condensado formando a corrente de água dessalinizada. Um 
esquema simplificado desse processo é mostrado na figura 1. 
Considere que a fração mássica de sal na água do mar seja igual a 0,035. 
 
a) Determine a quantidade de água do mar necessária para produzir 1.000 kg/h de água 
dessalinizada. Em função de problemas relacionados à corrosão dos equipamentos 
envolvidos no processo, a fração mássica de sal na salmoura está limitada a 0,09. 
Figura 1: Processo de Dessalinização de Água 
 
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QUESTÃO 5 (1,5 PONTOS) 
 
O diagrama a seguir mostra uma instalação de tratamento de lodo de uma Estação de 
Tratamento de Efluentes (ETE). O lodo em excesso gerado no tanque de aeração, chamado 
LODO SECUNDÁRIO deve ser descartado de maneira adequada, evitando impactos 
ambientais negativos. Para tal, foi projetado o seguinte sistema de remoção de água do lodo 
secundário: 
 O LODO SECUNDÁRIO a ser descartado é inicialmente processado em um sistema de 
centrifugação chamado DECANTER ESPESSADOR DE LODO onde parte da água é 
removida. Após esta etapa o lodo é espessado e enviado a um TANQUE PULMÃO. A 
água removida no espessamento é descartada para o sistema de tratamento de água 
residuária. 
 Do TANQUE PULMÃO, o LODO ESPESSADO é enviado para o DECANTER 
DESAGUADOR. Neste equipamento, ocorre outra remoção de água até concentrar o lodo 
a 35% de sólidos. A água removida no desaguamento também é enviada para a o sistema 
de tratamento de água residuária. 
Assuma que: 
 Os valores de sólidos e/ou umidade são dados em fração mássica. 
 Nenhum sólido é perdido nos decanters. 
 O sistema deverá trabalhar em regime permanente durante 8 horas por dia. 
 A vazão de LODO SECUNDÁRIO é de 2 m³/h e sua massa específica de 1020 kg/m³. 
Responda: 
a) Qual deverá ser a capacidade horária mínima de processamento do DECANTER 
DESAGUADOR DE LODO? 
b) Qual a vazão diária total de água produzida pelo sistema de processamento de lodo 
(água removida no ESPESSADOR DE LODO + água removida no DESAGUADOR 
DE LODO)? 
c) Qual a quantidade de LODO DESAGUADO gerada por hora? E por dia? 
 
 
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QUESTÃO 6 (2,0 PONTOS) 
171 kg/h de C8H18 reagem com oxigênio de acordo com a equação abaixo. 
 
C8H18 + 12,5 O2  8 CO2 + 9 H2O 
 
Dadas as massas moleculares dos componentes: 
C = 12 kg/kmol H = 1kg /kmol O = 16 kg/kmol 
a) Determine as quantidades estequiométricas de: 
i. O2 , em kmols e em quilogramas; 
ii. CO2 , em kmols e em quilogramas; 
iii. H2O, em kmols e em quilogramas; 
b) Considerando conversão de 100% do reagente limitante, usando o excesso de 
100% ar, qual será a composição molar dos fumos em base seca e base úmida? 
 
QUESTÃO 7 (2,0 PONTOS) 
A produção de ácido sulfúrico pelo processo de contato é ilustrada no fluxograma 
simplificado da figura 2. 
 
Figura 2: Fluxograma simplificado do processo de contato 
 
Simplificadamente, o processo tem três etapas distintas: 
(a) a queima do enxofre gera dióxido de enxofre e se dá na fornalha; 
(b) a conversão do SO2 em SO3 ocorre no conversor catalítico; 
(c) o SO3 produzido no conversor é alimentado à uma série de torres de absorção onde 
a água do ácido sulfúrico concentrado (95%) alimentado no topo da torre reage com o 
SO3 que vem do conversor formando um produto chamado óleum (H2S7O7). Este 
óleum reage com água no fundo da torre de absorção e produz o produto final: ácido 
sulfúrico (H2SO4) 
 
Admita que 352 kg/h de enxofre são queimados na fornalha com conversão de 100% 
do enxofre alimentado. 
a) Qual quantidade estequiométrica de ar deverá ser alimentada ao queimador da 
fornalha para combustão do enxofre [em kmols]? Qual será a composição molar dos 
fumos? 
b) Se alimentarmos um excesso de ar de 100% na fornalha, qual será a composição dos 
fumos [frações molares de cada componente]? 
c) Admita que os fumos do item b sejam alimentados ao conversor catalítico e que todo o 
SO2 seja convertido em SO3 neste equipamento. Qual será a composição molar dos 
gases de saída do conversor? 
 
 Dados: 
MMS = 32 kg/kmol MMO = 16 kg/kmol MMH = 1 kg/kmol MMN=14 kg/kmol 
Esta equação já está balanceada!!!