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Livro Eletrônico Aula 02 Conhecimentos Específicos p/ PETROBRAS (Engenheiro de Processamento Júnior) Professor: Victor Augusto Sousa e Silva 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 1 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 AULA 02 – Princípios da Engenharia Química (Pt. 3) Sumário 1. Apresentação ....................................................................................................... 1 2. Estequiometria das reações químicas ................................................................... 2 2.1. Reagente limitante e reagente em excesso .............................................................. 3 3. Rendimento e seletividade ................................................................................... 7 4. Balanços de energia............................................................................................ 10 4.1. Sistemas abertos e fechados ................................................................................. 10 4.2. Balanço de energia em processos contínuos no estado estacionário. ...................... 12 5. Resolução de questões ....................................................................................... 18 6. Lista de questões apresentadas na aula .............................................................. 30 7. Gabarito ............................................................................................................. 38 1. Apresentação Olá, pessoal! Vamos à nossa terceira aula de Princípios da Engenharia Química. Com ela finalizamos estes tópicos introdutórios. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 2 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 2. Estequiometria das reações químicas Toda reação química estabelece uma proporção a qual as moléculas se combinam. Veja o exemplo da síntese da amônia: 1 N2 (g) + 3 H2 (g) ї 2 NH3 (g) A proporção que esta equação estequiométrica nos diz é a seguinte: para cada molécula de gás nitrogênio (N2) que reage, teremos três moléculas de gás hidrogênio (H2) também reagindo e produzindo duas moléculas de amônia como resultado. Uma equação estequiométrica de uma reação química é uma declaração da quantidade relativa de moléculas ou moles de reagentes e produtos que tomam parte na reação. Para estar válida, a equação deve estar balanceada; ou seja, o número de átomos deve ser igual em ambos os lados da equação, visto que átomos não podem ser criados nem destruídos. É quase certo que pelo menos uma questão de prova para Engenheiro Químico exija um cálculo estequiométrico. Essas questões devem ser resolvidas com tranquilidade e sem muitos problemas. Vamos usar a regra de três para estabelecer a proporção na qual as substâncias se combinam na reação. Vejamos na questão seguinte: Q1. (VUNESP 2016 – Engenheiro Químico/MP-SP) Para a reação de produção de amônia, tem-se: 1 N2 (g) + 3 H2 (g) ї 2 NH3 (g) ͒ Dados: Massa Molar (N 2 ) = 28 kg/kmol; Massa Molar (H 2 ) = 2 kg/kmol. ͒ A vazão mássica de N 2 na alimentação para produção de 1700 kg/dia de amônia é ͒ (A) 425 kg/dia. (B) 1400 kg/dia. (C) 1535 kg/dia. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 3 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 (D) 1600 kg/dia. (E) 1625 kg/dia. ͒ Resolução: A questão nos diz que a produção de amônia é de 1700 kg/dia e pede quantidade de N2 necessária para essa demanda. Observamos que a proporção estabelecida entre N2 e NH3 é: 1 mol N2 ----- 2 mols NH3 Contudo, o problema está em unidade mássica. O que devemos fazer é usar a massa molar para convertemos a unidade de mol para gramas: 1 mol N2 ----- 2 mols NH3 1 . (28 g) N2 ----- 2 . (17 g) NH3 28 g N2 ----- 34 g NH3 Assim, observamos que a cada 28 gramas de N2 reagidos termos 34 gramas de NH3. Uma vez estabelecida a proporção em massa, podemos usar qualquer unidade que desejarmos, contanto que respeite esta proporção! Por exemplo: 28 quilogramas de N2 para 34 quilogramas de NH3. 28 kg N2 ----- 34 kg NH3 x ----- 1700 kg NH3 Temos montada nossa regra de três, cujo resultado é 捲 噺 なねどど 倦訣 軽態 Ou 1400 kg/dia, uma vez que calculamos com base na produção de NH3 em um dia. GABARITO: B 2.1. Reagente limitante e reagente em excesso Tome o exemplo da síntese da amônia novamente: 1 N2 (g) + 3 H2 (g) ї 2 NH3 (g) 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 4 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Dizemos que os reagentes estão em proporção estequiométrica quando eles encontram na proporção estabelecida pela equação balanceada. Imagine que temos na alimentação do reator N2 e H2, sendo 2 mols do primeiro e 6 mols do segundo. A proporção é 2:6, o mesmo que 1:3, que é exatamente a proporção estequiométrica. Se a reação prosseguisse até o consumo de todo o reagente observaremos que N2 e H2 desapareceriam juntos. Agora imagine que temos 1 mol de N2 e 5 mols de H2. Se prosseguirmos com a reação até um momento em que o N2 se esgote, teremos uma “sobra” de 2 mols de H2. É denominado reagente limitante aquele que está presente em uma quantidade menor do que a sua proporção estequiométrica em relação a qualquer outro reagente. Por consequência, os outros reagentes são chamados de reagentes em excesso. Nas questões é necessário você verificar a proporção estequiométrica e a proporção existente no problema. Assim você verificará o reagente limitante e os em excesso. Lembre-se que os cálculos estequiométricos devem tomar como base os reagentes LIMITANTES, pois, como o nome já sugere, eles é quem restringem o prosseguimento da reação. Q2. (CESGRANRIO 2014 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) Propano é queimado completamente com 60% de excesso de ar. Considerando a composição do ar 80% N 2 e 20% O 2 em base molar, a razão entre o número de mols de N 2 /CO 2 no gás de exaustão é, aproximadamente, igual a (A) 6,2 (B) 7,3 (C) 8,0 (D) 9,3 (E) 10,6 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 5 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Resolução: O primeiro passo é escrever a equação química dessa combustão para verificarmos a proporção estequiométrica: C3H8 + O2 CO2 + H2O Balanceando1: C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O O problema nos fornece a proporção de excesso e a composição do ar, assim não temos uma base de cálculo (não sabemos se estamos queimando 1kg ou 1 tonelada de propano, nem temos como saber). Nesses casos facilita impormos essa base de cálculo, por exemplo 1 mol de propano. Da proporção estequiométrica: 1 mol de propano ----- 5 mols de O2 Como o ar está em 60% de excesso (logo o O2 também está): 券潮鉄 噺 の 抜 な┸はど 噺 ぱ 兼剣健嫌 Observando a composição do ar, calculamos o número de mols de N2: 80% N2 ----- 20% O2 券朝鉄----- 8 mols 券朝鉄 噺 ぱ 兼剣健嫌抜 ぱどガにどガ 噺 ぱ 兼剣健嫌 抜 ね 噺 ぬに 兼剣健嫌 Agora vamos para a reação em si: como consideramos 1 mols de propano observamos que pela proporção estequiométrica 3 mols de CO2 serão produzidos. Como o N2 é inerte (não participa da reação), teremos os mesmos 32 mols. Por fim, a razão entre o número de mols de N 2 /CO 2 no gás de exaustão é: 1 O balanceamento da reação de combustão de hidrocarbonetos é bem simples, comece balanceando os átomos de carbono e hidrogênio, assim você determina os coeficientes estequiométricos do gás carbônico e da água. Por fim, balanceie o oxigênio. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 6 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 ぬに 兼剣健嫌 軽態ぬ 兼剣健嫌 系頚態 簡 など┸は GABARITO: E 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 7 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 3. Rendimento e seletividade Na maioria dos processos industriais, desejamos que apenas uma reação química ocorra para obtenção de um determinado produto. Entretanto é possível que reações indesejadas ocorram paralelamente, ocasionando um prejuízo, pois teremos uma menor quantidade do produto desejado para uma dada quantidade de reagente. Vamos tomar como exemplo o processo de obtenção de aldeído fórmico a partir de metano: CH 4 + O 2 HCOH + H 2 O No entanto, também ocorre, no reator, a seguinte reação de combustão: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O O objetivo do processo é a obtenção do formaldeído, assim apenas a primeira reação é desejável. É papel do engenheiro que projeta o reator maximizar a produção do produto desejado. Os termos rendimento e seletividade são usados para descrever o grau em que uma determinada reação prevalece sobre outras. Vejamos suas definições: Rendimento: Moles formados do produto desejado Moles que teriam se formado caso não houvessem reações paralelas e o reagente limitante fosse completamente consumido Seletividade: Moles formados do produto desejado Moles formados do produto não desejado 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 8 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 O rendimento é usualmente expresso em porcentagem, para isso multiplicamos por 100%. Se A é o produto desejado e B o indesejado, nos referimos à seletividade de A em relação a B. Vamos às questões? Q3. (CESGRANRIO 2010 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) O óxido de etileno pode ser utilizado como matéria-prima para obtenção de etilenoglicol. O óxido de etileno deverá ser produzido pela oxidação catalítica de eteno com ar, de acordo com a seguinte reação: C 2 H 4 + 1/2 O 2 C 2 H 4 O No entanto, em paralelo ocorre a reação indesejável de combustão do eteno C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O A conversão global de eteno no processo é de 95,0%, e a seletividade do etilenoglicol em relação ao CO 2 é de 18,5:1.͒De acordo com os dados fornecidos, o rendimento do óxido de etileno no processo é de (A) 90,0% (B) 92,5% (C) 93,5% (D) 94,0% (E) 95,0% Resolução: Vamos interpretar os fatos! 95% do eteno (C 2 H 4 ) inicial é convertido. Desses 95% temos que para cada 18,5 moléculas de óxido de etileno (C2H4O) produzidas teremos 1 molécula de gás carbônico. Pois é a partir desse óxido de etileno que será produzido o etilenoglicol. Concluímos que, a cada 19 moléculas de eteno, 18,5 se transformam no produto desejado e 0,5 se 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 9 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 transformam em CO2 (pois produzimos duas moléculas de CO2 para cada uma de C2H4). O problema não tem uma base de cálculo. Como já demonstrei em outras questões, ajuda bastante você simplesmente assumir uma para acelerar as contas. Por exemplo, assuma que usaremos 100 mols de eteno para reagir (perceba que, em geral, é sempre conveniente assumir 100 mols como base de cálculo). Assim, 95 mols de eteno irão reagir. Mas qual quantidade desses 95 mols formarão o óxido de etileno (produto desejado)? Com base na seletividade sabemos que a cada 19 mols que reagem 18,5 mols formam óxido de etileno e 0,5 mol é consumido na combustão. Logo: 券椎追墜鳥通痛墜 鳥勅鎚勅珍銚鳥墜 噺 岫ひの 兼剣健嫌岻 抜 なぱ┸のなひ 噺 の 抜 なぱ┸の 兼剣健嫌 噺 ひに┸の 兼剣健嫌 Agora aplicamos a definição de rendimento, usando o numero de mols do produto desejado que obtivemos e dividindo por 100 mols: 迎結券穴件兼結券建剣 噺 兼剣健嫌 穴剣 喧堅剣穴憲建剣 穴結嫌結倹欠穴剣兼剣健嫌 結兼 潔欠嫌剣 穴結 潔剣券懸結堅嫌ã剣 潔剣兼喧健結建欠 喧欠堅欠 欠 堅結欠çã剣 穴結嫌結倹欠穴欠 迎結券穴件兼結券建剣 噺 ひに┸の 兼剣健嫌などど 兼剣健嫌 噺 ひに┸のガ GABARITO: B 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 10 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 4. Balanços de energia No decorrer do nosso curso, fizemos uns bons balanços de massa em processos. Contabilizamos vazões mássicas para dentro e para fora das unidades de processo e do processo global. O engenheiro sempre busca a maior eficiência em seus processos e com os balanços de massa é possível averiguar eficiência na produção da substância desejada. Da mesma forma, é papel do engenheiro diminuir o quanto puder o desperdício de energia na indústria em que trabalha. Se uma planta gasta mais energia que seus concorrentes, seus produtos deixarão de ser competitivos no mercado consumidor. Para contabilizar a quantidade de energia que flui para dentro e para fora das diversas unidades de processo de uma planta são elaborados cuidadosos balanços de energia. Eles seguem princípios similares apresentados para os balanços de massa. Nesta aula vamos aplicar o balanço de energia em processos contínuos no estado estacionário, similares aos que já trabalhamos em questões anteriores. Portanto, deixaremos para as aulas seguintes o estudo das leis e princípios termodinâmicos, quando trataremos mais profundamente o tópico “energia”. 4.1. Sistemas abertos e fechados Um sistema pode ser classificado como aberto ou fechado a depender da existência ou não de transferência de massa através das fronteiras do sistema. Vamos relembrar os processos químicos existentes para os classificar: Processo Batelada 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 11 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Contínuo Semibatelada (semicontínuo) ou Por definição temos que: • Sistemas fechados não possuem fluxo de matéria entre o sistema e o ambiente externo. É o caso dos processos em batelada. • Sistemas abertos apresentam fluxo de matéria entre o sistema e o ambiente externo. É o caso dos processos contínuos e semicontínuos. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br12 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 4.2. Balanço de energia em processos contínuos no estado estacionário. Nos processos contínuos no estado estacionário há um fluxo constante de matéria para dentro e para fora do sistema. Pense que essa matéria carrega com si uma determinada quantidade de energia. A propriedade capaz de relacionar a energia que uma determinada corrente transporta é a entalpia específica, denotada por 茎撫 e com unidade de energia/massa (usualmente kJ/kg). Pense na entalpia específica como uma “densidade” de energia, ela é capaz de nos informar a quantidade de energia (kJ) por unidade de massa (kg). Se a uma temperatura e pressão de um material são tais que a entalpia específica é 茎撫岫倦蛍 倦訣エ 岻, então a entalpia total de uma massa 兼岫倦訣岻 é: 茎岫倦蛍岻 噺 兼岫倦訣岻 抜 茎撫 磐倦蛍倦訣卑 Similarmente, se essa massa está fluindo em uma corrente com vazão 兼岌 岫倦訣【嫌岻, energia estará sendo transportada a uma taxa igual a: 茎岌 磐倦蛍嫌 卑 噺 兼岌 磐倦訣嫌 卑 抜 茎撫 磐 倦蛍倦訣卑 Será exatamente essa taxa, com unidades de energia/tempo, que usaremos em nosso balanço de energia. Lembre-se da equação geral do balanço: 継券建堅欠穴欠 伐 鯨欠í穴欠 髪 岫罫結堅欠çã剣 伐 系剣券嫌憲兼剣岻 噺 畦潔ú兼憲健剣 Agora, considerando que a energia não pode ser criada nem desaparecer, o termo 岫罫結堅欠çã剣 伐 系剣券嫌憲兼剣岻 deverá sumir da nossa expressão. 継券建堅欠穴欠 伐 鯨欠í穴欠 噺 畦潔ú兼憲健剣 Além disso, se estamos tratando de um processo no estado estacionário, sabemos que o termo de acúmulo deve ser nulo, pois não há variação de propriedades no sistema (logo, não pode haver acúmulo de energia). Portanto, obtemos: 継券建堅欠穴欠 噺 鯨欠í穴欠 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 13 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Agora quais são as formas de energia que entram e saem do sistema? Se formos escrevê-las obteremos a seguinte equação: ッ茎岌 髪 ッ継岌懲 髪 ッ継岌牒 噺 芸岌 伐 激岌 聴 Sendo: ッ茎岌 : variação da entalpia (propriedade termodinâmica da substância); ッ継岌懲 e ッ継岌牒: variações das energias cinética e potencial, respectivamente; 芸岌 : calor; 激岌 聴: trabalho que acompanha a variação no volume do sistema. Veja que o ponto 岌 sobre as letras das grandezas indica fluxo, por isso a unidade é energia/tempo. Esta equação apresentada pode ser entendida como a aplicação da 1a Lei da Termodinâmica ao nosso sistema em questão. Uma das maneiras de enunciá-la é: “a variação da energia do sistema tem que ser igual à energia transferida através das suas fronteiras com as vizinhanças”. Ou seja, a Lei trata da conservação da energia. Neste momento do curso não aprofundaremos o estudo em energias cinética e potencial, bem como em calor e trabalho. Deixaremos estas grandezas para estudo no tópico de termodinâmica em si. Como você verá, muitas questões de balanço exigem apenas o que apliquemos o conceito 継券建堅欠穴欠 噺 鯨欠í穴欠. Se consideramos que a única forma de energia que transita no sistema é a energia/entalpia das correntes que estão fluindo, teremos: ッ茎岌 噺 ど 茎岌勅津痛追銚鳥銚 噺 茎岌鎚銚í鳥銚 A melhor forma de consolidarmos esses conceitos de balanço é realizando exercícios. Veja a lógica por trás da questão e veja que ela se repetirá em várias outras. Também recomendo que você tente sempre fazer as questões por conta própria antes de ler a resolução do material! 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 14 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Q4. (CESPE 2008 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) Considere um vapor saturado que sai de uma turbina na vazão de 1.000 kg/h e entalpia de 2.000 kJ/kg. Esse vapor foi é misturado com vapor superaquecido, disponível de uma segunda fonte, que apresenta uma entalpia de 5.000 kJ/kg. Essa mistura foi realizada para produzir uma corrente vapor com entalpia igual a 4.000 kJ/kg, que servirá de alimentação para um trocador de calor. A unidade de mistura opera adiabaticamente. Com base nessas considerações, assinale a opção que contém o valor correto da vazão de vapor produzido, em kg/h. (A) 1.000 (B) 2.000 (C) 3.000 (D) 4.000 (E) 5.000 Resolução: Vamos ilustrar para facilitar a visualização do problema: Veja que a única forma que a energia atravessa o sistema é por meio do fluxo de massa desses vapores. Logo, fazemos o seguinte balanço de energia: 兼 岌 怠茎撫怠 髪 兼岌 態茎撫態 噺 兼岌 戴茎撫戴 Com os dados do problema: 磐などどど 倦訣月 卑 磐にどどど 倦蛍倦訣卑 髪 兼岌 態 磐のどどど 倦蛍倦訣卑 噺 兼岌 戴岌 磐ねどどど 倦蛍倦訣卑 Unidade de mistura Vapor saturado (1) Vapor superaquecido (2) Vapor na saída (3) 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 15 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Veja que possuímos apenas uma equação e duas incógnitas. Mas podemos fazer o balanço de massa para que tenhamos mais uma equação do processo: 兼 岌 怠 髪 兼岌 態 噺 兼岌 戴 磐などどど 倦訣月 卑 髪 兼岌 態 噺 兼岌 戴 Com duas equações e duas incógnitas podemos resolver o problema e determinar 兼岌 戴. Da segunda equação temos que: 兼岌 態 噺 兼岌 戴 伐 磐などどど 倦訣月 卑 Agora substitua no balanço de energia para calcular que: 兼岌 戴 噺 ぬどどど 倦訣月 GABARITO: C Gostaria de lembrar que um dos objetivos deste meu curso é que você evite decorar equações matemáticas e consolide os conceitos que te permitam resolver os problemas da sua prova. Isso te permitirá “improvisar” e formular as equações necessárias para a resolução. Por exemplo, tratando-se de balanços a verdade máxima é a equação geral, portanto é sempre seguro partir dela! Evite decorar as particularidades de cada caso e aprenda o conceito global, que vale para todos os casos. A partir dele você irá deduzir o caso particular do problema a ser resolvido. Também chamo atenção para observarmos sempre as unidades de medida das grandezas, verifique se há consistência no equacionamento montado. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 16 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Q5. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) O processo acima descreve evaporação de uma solução de soda cáustica 10% (m/m) com alimentação de 5.000 kg/h, utilizando-se 3.000 kg/h de vapor. Através desse processo, obtém-se uma solução concentrada de soda cáustica. A concentração da solução encontrada, a quantidade de vapor formada na evaporação, em kg/h, e a entalpia desse vapor, em kJ/kg, são, respectivamente, (A) 40%, 4.000 e 1.375 (B) 40%, 3.000 e 1.300 (C) 50%, 4.000 e 1.375 (D) 50%, 3.000 e 1.300 (E) 60%, 4.000 e 1.300 Resolução: Perceba que a corrente de vapor somente troca calor com a solução, ou seja, não há transferência de matéria. Entram 3000 kg/h e saem 3000 kg/h, porém com menos energia (perceba a redução na entalpia de 2000 kJ/kg para 500 kJ/kg). Ou seja, o vapor está fornecendo somente a energia necessária para vaporizar boa parte da solução. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 17 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADASProf. Victor Augusto – Aula 02 Começaremos pelo balanço de massa global da solução, já que temos as vazões F e L: 繋 噺 詣 髪 撃 のどどど 倦訣月 噺 撃 髪 などどど 倦訣月 撃 噺 ねどどど 倦訣【月 Com esta informação já eliminamos duas alternativas. Vamos calcular a concentração da solução na saída do processo. Primeiro calculamos a taxa em que a massa de soda cáustica entra no sistema: 兼岌 朝銚潮張 噺 などガ 磐のどどど 倦訣月 卑 噺 のどど 倦訣【月 Se na solução de saída, a vazão é de 1000 kg/h, significa que metade dessa vazão é composta pela soda cáustica, pois os 500 kg/h que entram necessariamente têm de sair pelo fundo (somente a água está indo para a fase vapor). Assim a concentração é de 50%. Veja que com essas informações já poderíamos chegar no gabarito da questão. Mas vamos dar continuidade e aplicar o balanço de energia: 兼 岌 庁茎撫庁 髪 兼岌 蝶銚椎墜追茎撫蝶銚椎墜追 帳津痛追銚鳥銚 噺 兼岌 蝶茎撫蝶 髪 兼岌 挑茎撫挑 髪 兼岌 蝶銚椎墜追茎撫蝶銚椎墜追 聴銚í鳥銚 磐のどどど 倦訣月 卑 磐にどど 倦蛍倦訣卑 髪 磐ぬどどど 倦訣月 卑 磐にどどど 倦蛍倦訣卑噺 磐ねどどど 倦訣月 卑 茎撫蝶 髪 磐などどど 倦訣月 卑 磐ぬどど 倦蛍倦訣卑 髪 磐ぬどどど 倦訣月 卑 磐のどど倦蛍倦訣 卑 Resolvendo para a única propriedade desconhecida 茎撫蝶: 茎撫蝶 噺 なぬどど 倦蛍倦訣 Ops, mas essa resposta não tem no gabarito! Por isso a questão foi posteriormente anulada, mas foi um ótimo exemplo para praticarmos o assunto da aula de hoje. GABARITO: ANULADA 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 18 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 5. Resolução de questões Q6. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) C 6 H 6 + HNO 3 C 6 H 5 NO 2 +H 2 O Na nitração mostrada na reação acima, são adicionados 5 moles de benzeno e 6 moles de ácido nítrico. Após 1 hora de reação, obtém-se uma conversão de 60%. O número de moles de reagente limitante que resta na reação e a massa, em gramas, formada de produto são, respectivamente, (A) 2 e 246 (B) 2 e 369 (C) 2,4 e 369 (D) 3 e 246 (E) 3 e 369 Resolução: Considerando que partimos de 5 mols de benzeno (reagente limitante) com uma conversão de 60%, teremos um consumo de 3 mols deste reagente. Por consequência, sobrarão 2 mols de benzeno. Se 3 mols de benzeno reagem, então 3 mols do produto C 6 H 5 NO 2 são formados. Basta usar a massa molar para calcularmos a massa produzida: 警警 噺 は岫なに岻 髪 の岫な岻 髪 な岫なね岻 髪 に岫なは岻 噺 なにぬ 訣兼剣健 兼 噺 岫ぬ 兼剣健嫌岻 岾 なにぬ 訣兼剣健峇 噺 ぬはひ 訣堅欠兼欠嫌 GABARITO: B 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 19 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Q7. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) Num processo de lixiviação de bauxita, utiliza-se soda cáustica em solução 50% (m/m), seguindo a reação: Al2O3 + 2 NaOH 2 NaAlO2 + H2O Se a bauxita a ser tratada tem 50% (m/m) de óxido de alumínio e a quantidade a ser tratada é 1.020 toneladas, quantas toneladas de solução de soda cáustica devem ser utilizadas? (A) 200 (B) 400 (C) 510 (D) 800 (E) 1.020 Resolução: A pureza da bauxita é de 50%, ou seja, das 1020 toneladas do minério teremos 510 toneladas de óxido de alumínio. Agora vamos para estequiometria da reação: 1 mol de Al2O3 ----- 2 mols NaOH 102 gramas Al2O3 ----- 80 gramas NaOH 510 ton Al2O3 ----- m Assim, temos que a quantidade de soda cáustica necessária é: 兼朝銚潮張 噺 のなど 建剣券 抜 磐 ぱど 訣などに 訣卑 噺 ねどど 建剣券 Como a solução a ser usada possui 50% (m/m), apenas metade da massa dela será de NaOH. 100% ----- 50% 兼鎚墜鎮通çã墜 ----- 400 ton Portanto: Dados:͒ Massa Atômica do Alumínio = 27 Massa Atômica do Sódio = 23 Massa Atômica do Hidrogênio = 1 Massa Atômica do Oxigênio = 16 Densidade da Água = 1,0 kg/L 36729697881 - Vanessa Ferreira d Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 20 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 兼鎚墜鎮通çã墜 噺 ぱどど 建剣券結健欠穴欠嫌 GABARITO: D Q8. (CESGRANRIO 2011 – Engenheiro de Processamento/Petroquímica Suape) Um processo é usado para a obtenção de aldeído fórmico pela reação catalítica de oxidação do metano: CH 4 + O 2 HCOH + H 2 O No entanto, também ocorre, no reator, a seguinte reação de combustão: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O A análise do efluente do reator, em base molar, indicou: HCOH=30%; CO 2 =3%;CH 4 =27%;H 2 O=36%; O 2 = 4% Com base nessas informações, analise as afirmativas abaixo. I - O reagente em excesso na reação foi o oxigênio. II- A conversão de metano foi 55%.͒ III - A conversão de oxigênio foi 90%.͒ IV - A seletividade do aldeído fórmico, em relação ao dióxido de carbono, foi 30/1. Estão corretas APENAS as afirmativas (A) I e II ͒ (B) I e IV ͒ (C) II e III ͒ (D) II e IV ͒ (E) III e IV 36729697881 - Vanessa Ferreira 2 Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 21 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Resolução: Novamente vamos assumir uma base de cálculo para resolver a questão. Digamos que o efluente do reator possua 100 mols. Assim formaremos 30 mols de HCOH e 3 mols de CO2 e restarão 27 mols de CH4 e 4 mols de O2. Observando a proporção estequiométrica das duas reações, concluímos que inicialmente tínhamos: • 60 mols de CH4; • 40 mols de O2. (I) INCORRETA: a proporção estequiometrica entre o metano e o oxigênio é de 1:1. Portanto, como temos apenas 40 mols de O2 para 60 mols de CH4, o oxigênio é reagente limitante. (II) CORRETA: dos 60 mols de metano, restaram 27 mols após a reação, logo: 系剣券懸結堅嫌ã剣 噺 はど 伐 にばはど 噺 ぬぬはど 噺 ど┸のの 噺 のの ガ (II) CORRETA: dos 40 mols de oxigênio, restaram 4 mols após a reação, logo: 系剣券懸結堅嫌ã剣 噺 ねど 伐 ねねど 噺 ぬはねど 噺 ど┸ひど 噺 ひど ガ (IV) INCORRETA: Vejamos a definição de seletividade: 鯨結健結建件懸件穴欠穴結 噺 兼剣健嫌 穴剣 喧堅剣穴憲建剣 穴結嫌結倹欠穴剣兼剣健嫌 穴剣 喧堅剣穴憲建剣 券ã剣 穴結嫌結倹欠穴剣 鯨結健結建件懸件穴欠穴結 噺 ぬどぬ 噺 などな Portanto, vemos que a seletividade foi 10/1, ou seja, a cada dez (10) moléculas de metano que reagiram para formar o aldeído, uma (1) sofreu combustão e formou CO2. GABARITO: C 36729697881 - Vanessa Ferreira d Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 22 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Q9. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) Para efetuar a concentração de melaço de cana, para fins de fermentação alcoólica, efetua-se um processo de eliminação de água por evaporação, como ilustrado na figura. O processo é alimentado com 20.000 kg/h de uma solução com 15% de açúcares e, no primeiro estágio, utilizam- se 2.000 kg/h de vapor, sendo a razão entre os vapores recuperados de 2:2:1. Se a solução na saída contém 40% de açúcares, então o total de vapor recuperado e o volume de solução final, ambos em kg/h, são, respectivamente, (A) 2.500 e 7.500 (B) 2.500 e 1.200 (C) 5.000 e 5.000 (D) 12.500 e 7.500 (E) 12.500 e 1.200 Resolução: Fluxo de massa de açúcares: 兼岌 叩çú達叩嘆奪坦 噺 なのガ 磐にど┻どどど 倦訣月 卑 噺 ぬ┻どどど 倦訣月 36729697881 - Vanessa Ferreira 6 Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 23 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DEPROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Estes 3.000 kg/h que entram no processo saem na solução final, que possui concentração igual a 40%. Logo a massa dessa solução é: 3.000 kg/h ----- 40% x ----- 100 % 隙 噺 ば┻のどど 倦訣月 Agora já sabemos uma das respostas. Por fim, vamos aplicar o balanço de massa no processo global: 畦健件兼結券建欠çã剣 噺 鯨剣健憲çã剣 券欠 嫌欠í穴欠 髪 撃欠喧剣堅 堅結潔憲喧結堅欠穴剣 にど┻どどど 倦訣月 噺 ば┻のどど 倦訣月 髪 撃欠喧剣堅 堅結潔憲喧結堅欠穴剣 撃欠喧剣堅 堅結潔憲喧結堅欠穴剣 噺 なに┻のどど 倦訣月 Esse vapor recuperado que a questão se refere está saindo da solução por meio das correntes vapor recuperado 1, 2 e 3. GABARITO: D Q10. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Transpetro) Em torres de resfriamento, a água é forçada ao contato com o ar e parcialmente vaporizada para diminuição de sua temperatura. Em uma unidade contendo torres de resfriamento, a água é alimentada saturada a vazão de 1.000 kg/min a 76 °C e sai da torre a 46 °C, havendo necessidade de reposição contínua (make up) devido à perda por evaporação. Aproximadamente, qual o valor máximo necessário para a reposição da água, considerando o caso em que o resfriamento se deve inteiramente à evaporação da água (sem transferência de calor com o ar)? (A) 15 kg/min (B) 20 kg/min (C) 35 kg/min (D) 55 kg/min (E) 100 kg/min 36729697881 - Vanessa Ferreira e Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 24 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Fornecido ao final da prova: 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 25 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Resolução: O primeiro passo é coletar da tabela de vapor de água saturado os dados de entalpia para a corrente de água líquida que entra e que saí do processo: Coletei também o calor latente de vaporização da água para uma temperatura de 46ºC, entretanto você poderia utilizar o ッ茎撫塚銚椎墜追沈佃銚çã墜 de qualquer temperatura intermediária entre 46ºC e 76ºC que chegaria num valor tranquilamente próximo do gabarito da questão. Agora, vamos calcular a diferença de entalpia entra a corrente de água na saída e na entrada, considerando que a vazão é de 1000 kg/min. ッ茎岌 噺 兼岌 岫茎撫嫌欠í穴欠 伐 茎撫結券建堅欠穴欠岻 ッ茎岌 噺 な┻どどど 倦訣兼件券 蕃伐なの┻ばのば 倦蛍倦訣 伐 磐伐なの┻はにね 倦蛍倦訣卑否 噺 伐なぬぬ┻どどど 倦蛍兼件券 Ou seja, esta é a diferença de energia entre a entrada e a saída da corrente de água. A cada minuto, 133.000 kJ são “perdidos”. Esta energia está indo para a vaporização da água (água no estado vapor é mais energética do que no estado líquido). Fazendo uso do calor latente de vaporização da água ッ茎撫塚銚椎墜追沈佃銚çã墜 噺にねなぱ 倦蛍【倦訣, podemos calcular a quantidade de água evaporada: 兼岌 噺 なぬぬ┻どどど 倦蛍【兼件券にねなぱ 倦蛍【倦訣 噺 のの 倦訣【兼件券 Dados da tabela de vapor da água: 茎撫鎮沈槌 岫ばはソ系岻 噺 伐なのはにね 倦蛍【倦訣 茎撫鎮沈槌 岫ねはソ系岻 噺 伐なのばのば 倦蛍【倦訣 ッ茎撫塚銚椎墜追沈佃銚çã墜 噺 にねなぱ 倦蛍【倦訣 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 26 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Essa quantidade de água evaporada deve ser reposta por uma água de reposição contínua (make up) de igual valor, com o intuito de manter a vazão constante de な┻どどど 倦訣【兼件券 no processo. GABARITO: D Q11. (CIAAR 2017 – Engenheiro Químico/Aeronáutica) O balanço de massa representa uma peça fundamental do projeto de equipamentos e torna-se complexo quando tratamos de processos constituídos por diversos equipamentos interligados. Tal complexidade aumenta em sistemas multifásicos, heterogêneos e com reações químicas. Analise as assertivas abaixo. I. Um sistema pode ser denominado fechado quando não existe fluxo de massa através de suas fronteiras; e aberto quando a massa flui através das fronteiras do mesmo. II. A partir do balanço de massa, podem ser obtidas tantas equações, quantos forem os componentes do processo. III. O tempo investido na coleta e compreensão de informações do problema previne o tempo gasto com correção ou reinício do mesmo. IV. Na operação em regime estacionário, os valores das variáveis de processo variam com o tempo em alguma posição fixa do processo. Está correto apenas o que se afirma em a) I e III.͒b) I, II e III. c) I, II e IV. d) II, III e IV. Resolução: (I) CORRETA: Sistemas fechados são aqueles em que a matéria não pode fluir pelas fronteiras, mas é possível o fluxo de energia. Em sistemas abertos, tanto massa como energia podem transitar livremente pela fronteira do sistema. Portanto, a afirmativa classifica corretamente os sistemas quanto ao fluxo de massa. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 27 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 (II) CORRETA: Você pode efetuar um balanço de massa para cada componente e obter um número de equações igual a quantidade de componentes presentes. Por exemplo: balanço do componente 1 + balanço do componente 2 + ... + balanço do componente N Veja que o número de equações será igual a N. Vale salientar que a equação do balanço total (englobando todos os componentes) não é contabilizada, pois ela é simplesmente obtida pela adição dos balanços de cada componente. Ou seja, não é uma equação independente. (III) CORRETA: A afirmativa busca avaliar o bom senso de engenheiro. Estudar o processo e suas variáveis torna a operação mais previsível e economiza tempo com correções. (IV) INCORRETA: Exatamente o oposto. Na operação em regime NÃO-estacionário (ou transiente), os valores das variáveis de processo variam com o tempo em alguma posição fixa do processo. GABARITO: B Q12. (CESGRANRIO 2010 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras Biocombustível) Um maçarico queima acetileno (C2H2(g)) e oxigênio. Admitindo que sejam usados 135 kg de cada gás e que a combustão seja completa, tem-se que, Dados: C = 12; H = 1; O = 16 (A) por ser uma combustão completa, as massas de acetileno e oxigênio são consumidas completamente no processo. (B) na reação, existe um excesso de 40 kg de oxigênio. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 28 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 (C) na reação, serão produzidos 2,5 kmol de gás carbônico. (D) na reação, a quantidade de acetileno (kmol) é igual à do gás carbônico produzido (kmol). (E) se os 135 kg de oxigênio fossem substituídos por 135 kg de ar, o resultado seria o mesmo. Resolução: Primeiro devemos equacionar a reação química para então verificarmos qual a proporção estequiométrica existente: 1 C2H2 (g) + 5/2 O2(g) ї 2 CO2(g)+ H2O(g) Ou seja, a proporção entre acetileno e oxigênio deve ser de 1:2,5 em número de mols. Vamos usar as massas molares dessas substâncias para calcular esse número de mols: 警警寵態張態 噺 に岫なに岻 髪 に岫な岻 噺 には 訣兼剣健 警警潮態 噺 に岫なは岻 噺 ぬに 訣兼剣健 Sabendo que な 直陳墜鎮 é equivalente a な 賃直賃陳墜鎮, obtemos: 券寵態張態 噺 なぬの 倦訣には 倦訣倦兼剣健 簡 の┸に 倦兼剣健 券潮態 噺 なぬの 倦訣ぬに 倦訣倦兼剣健 簡 ね┸に 倦兼剣健 Como necessitamos de 2,5 moléculas de O2 para cada molécula de acetileno, verificamos que ooxigênio é o reagente limitante. Vamos a análise das alternativas: (A) INCORRETA: Pois não há proporção estequiométrica. (B) INCORRETA: O excesso é de acetileno. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 29 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 (C) INCORRETA: Se todo o oxigênio reage, devemos formar a seguinte quantidade de CO2: 2,5 mol O2 ----- 2 mols CO2 4,2 kmol O2 ----- 券寵潮態 券寵潮態 噺 ぱ┸ねに┸の 倦兼剣健 系頚態 噺 ぬ┸ね 倦兼剣健 系頚態 (D) INCORRETA: Verificamos que 券寵態張態 簡 の┸に 倦兼剣健 e 券寵潮態 噺ぬ┸ね 倦兼剣健 系頚態. (E) INCORRETA: Se o oxigênio já está limitando a reação, a substituição por ar só iria piorar o resultado, já que o O2 estaria ainda misturado ao N2. Por não haver alternativa correta, a questão foi anulada no concurso. GABARITO: ANULADA Até a próxima aula! Abraço, Prof. Victor Augusto 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 30 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 6. Lista de questões apresentadas na aula Q1. (VUNESP 2016 – Engenheiro Químico/MP-SP) Para a reação de produção de amônia, tem-se: 1 N2 (g) + 3 H2 (g) ї 2 NH3 (g) ͒ Dados: Massa Molar (N 2 ) = 28 kg/kmol; Massa Molar (H 2 ) = 2 kg/kmol. ͒ A vazão mássica de N 2 na alimentação para produção de 1700 kg/dia de amônia é ͒ (A) 425 kg/dia. (B) 1400 kg/dia. (C) 1535 kg/dia. (D) 1600 kg/dia. (E) 1625 kg/dia. Q2. (CESGRANRIO 2014 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) Propano é queimado completamente com 60% de excesso de ar. Considerando a composição do ar 80% N 2 e 20% O 2 em base molar, a razão entre o número de mols de N 2 /CO 2 no gás de exaustão é, aproximadamente, igual a (A) 6,2 (B) 7,3 (C) 8,0 (D) 9,3 (E) 10,6 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 31 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Q3. (CESGRANRIO 2010 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) O óxido de etileno pode ser utilizado como matéria-prima para obtenção de etilenoglicol. O óxido de etileno deverá ser produzido pela oxidação catalítica de eteno com ar, de acordo com a seguinte reação: C 2 H 4 + 1/2 O 2 C 2 H 4 O No entanto, em paralelo ocorre a reação indesejável de combustão do eteno C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O A conversão global de eteno no processo é de 95,0%, e a seletividade do etilenoglicol em relação ao CO 2 é de 18,5:1.͒De acordo com os dados fornecidos, o rendimento do óxido de etileno no processo é de (A) 90,0% (B) 92,5% (C) 93,5% (D) 94,0% (E) 95,0% Q4. (CESPE 2008 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) Considere um vapor saturado que sai de uma turbina na vazão de 1.000 kg/h e entalpia de 2.000 kJ/kg. Esse vapor foi é misturado com vapor superaquecido, disponível de uma segunda fonte, que apresenta uma entalpia de 5.000 kJ/kg. Essa mistura foi realizada para produzir uma corrente vapor com entalpia igual a 4.000 kJ/kg, que servirá de alimentação para um trocador de calor. A unidade de mistura opera adiabaticamente. Com base nessas considerações, assinale a opção que contém o valor correto da vazão de vapor produzido, em kg/h. (A) 1.000 (B) 2.000 (C) 3.000 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 32 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 (D) 4.000 (E) 5.000 Q5. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) O processo acima descreve evaporação de uma solução de soda cáustica 10% (m/m) com alimentação de 5.000 kg/h, utilizando-se 3.000 kg/h de vapor. Através desse processo, obtém-se uma solução concentrada de soda cáustica. A concentração da solução encontrada, a quantidade de vapor formada na evaporação, em kg/h, e a entalpia desse vapor, em kJ/kg, são, respectivamente, (A) 40%, 4.000 e 1.375 (B) 40%, 3.000 e 1.300 (C) 50%, 4.000 e 1.375 (D) 50%, 3.000 e 1.300 (E) 60%, 4.000 e 1.300 Q6. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) C 6 H 6 + HNO 3 C 6 H 5 NO 2 +H 2 O 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 33 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Na nitração mostrada na reação acima, são adicionados 5 moles de benzeno e 6 moles de ácido nítrico. Após 1 hora de reação, obtém-se uma conversão de 60%. O número de moles de reagente limitante que resta na reação e a massa, em gramas, formada de produto são, respectivamente, (A) 2 e 246 (B) 2 e 369 (C) 2,4 e 369 (D) 3 e 246 (E) 3 e 369 Q7. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) Num processo de lixiviação de bauxita, utiliza-se soda cáustica em solução 50% (m/m), seguindo a reação: Al2O3 + 2 NaOH 2 NaAlO2 + H2O Se a bauxita a ser tratada tem 50% (m/m) de óxido de alumínio e a quantidade a ser tratada é 1.020 toneladas, quantas toneladas de solução de soda cáustica devem ser utilizadas? (A) 200 (B) 400 (C) 510 (D) 800 (E) 1.020 Q8. (CESGRANRIO 2011 – Engenheiro de Processamento/Petroquímica Suape) Um processo é usado para a obtenção de aldeído fórmico pela reação catalítica de oxidação do metano: CH 4 + O 2 HCOH + H 2 O No entanto, também ocorre, no reator, a seguinte reação de combustão: Dados:͒ Massa Atômica do Alumínio = 27 Massa Atômica do Sódio = 23 Massa Atômica do Hidrogênio = 1 Massa Atômica do Oxigênio = 16 Densidade da Água = 1,0 kg/L 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 34 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O A análise do efluente do reator, em base molar, indicou: HCOH=30%; CO 2 =3%;CH 4 =27%;H 2 O=36%; O 2 = 4% Com base nessas informações, analise as afirmativas abaixo. I - O reagente em excesso na reação foi o oxigênio. II- A conversão de metano foi 55%.͒ III - A conversão de oxigênio foi 90%.͒ IV - A seletividade do aldeído fórmico, em relação ao dióxido de carbono, foi 30/1. Estão corretas APENAS as afirmativas (A) I e II ͒ (B) I e IV ͒ (C) II e III ͒ (D) II e IV ͒ (E) III e IV Q9. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras) Para efetuar a concentração de melaço de cana, para fins de fermentação alcoólica, efetua-se um processo de eliminação de água por evaporação, como ilustrado na figura. O processo é alimentado com 20.000 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 35 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 kg/h de uma solução com15% de açúcares e, no primeiro estágio, utilizam- se 2.000 kg/h de vapor, sendo a razão entre os vapores recuperados de 2:2:1. Se a solução na saída contém 40% de açúcares, então o total de vapor recuperado e o volume de solução final, ambos em kg/h, são, respectivamente, (A) 2.500 e 7.500 (B) 2.500 e 1.200 (C) 5.000 e 5.000 (D) 12.500 e 7.500 (E) 12.500 e 1.200 Q10. (CESGRANRIO 2012 – Engenheiro de Processamento Júnior/Transpetro) Em torres de resfriamento, a água é forçada ao contato com o ar e parcialmente vaporizada para diminuição de sua temperatura. Em uma unidade contendo torres de resfriamento, a água é alimentada saturada a vazão de 1.000 kg/min a 76 °C e sai da torre a 46 °C, havendo necessidade de reposição contínua (make up) devido à perda por evaporação. Aproximadamente, qual o valor máximo necessário para a reposição da água, considerando o caso em que o resfriamento se deve inteiramente à evaporação da água (sem transferência de calor com o ar)? (A) 15 kg/min (B) 20 kg/min (C) 35 kg/min (D) 55 kg/min (E) 100 kg/min Dados da tabela de vapor da água: 茎撫鎮沈槌 岫ばはソ系岻 噺 伐なのはにね 倦蛍【倦訣 茎撫鎮沈槌 岫ねはソ系岻 噺 伐なのはにね 倦蛍【倦訣 ッ茎撫塚銚椎墜追沈佃銚çã墜 噺 にねなは 倦蛍【倦訣 36729697881 - Vanessa Ferreira ==d2d6e== Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 36 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 Q11. (CIAAR 2017 – Engenheiro Químico/Aeronáutica) O balanço de massa representa uma peça fundamental do projeto de equipamentos e torna-se complexo quando tratamos de processos constituídos por diversos equipamentos interligados. Tal complexidade aumenta em sistemas multifásicos, heterogêneos e com reações químicas. Analise as assertivas abaixo. I. Um sistema pode ser denominado fechado quando não existe fluxo de massa através de suas fronteiras; e aberto quando a massa flui através das fronteiras do mesmo. II. A partir do balanço de massa, podem ser obtidas tantas equações, quantos forem os componentes do processo. III. O tempo investido na coleta e compreensão de informações do problema previne o tempo gasto com correção ou reinício do mesmo. IV. Na operação em regime estacionário, os valores das variáveis de processo variam com o tempo em alguma posição fixa do processo. Está correto apenas o que se afirma em a) I e III.͒b) I, II e III. c) I, II e IV. d) II, III e IV. Q12. (CESGRANRIO 2010 – Engenheiro de Processamento Júnior/Petrobras Biocombustível) Um maçarico queima acetileno (C2H2(g)) e oxigênio. Admitindo que sejam usados 135 kg de cada gás e que a combustão seja completa, tem-se que, Dados: C = 12; H = 1; O = 16 (A) por ser uma combustão completa, as massas de acetileno e oxigênio são consumidas completamente no processo. (B) na reação, existe um excesso de 40 kg de oxigênio. (C) na reação, serão produzidos 2,5 kmol de gás carbônico. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 37 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 (D) na reação, a quantidade de acetileno (kmol) é igual à do gás carbônico produzido (kmol). (E) se os 135 kg de oxigênio fossem substituídos por 135 kg de ar, o resultado seria o mesmo. 36729697881 - Vanessa Ferreira Prof. Victor Augusto www.estrategiaconcursos.com.br 38 CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS P/ ENGENHEIRO DE PROCESSAMENTO JÚNIOR DA PETROBRAS TEORIA E QUESTÕES COMENTADAS Prof. Victor Augusto – Aula 02 7. Gabarito 01 B 02 E 03 B 04 C 05 Anulada 06 B 07 D 08 C 09 D 10 D 11 B 12 Anulada 36729697881 - Vanessa Ferreira
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