quimicaApostila2007[1]

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ENGENHARIA DE 
PRODUÇÃO 
 
QUÍMICA 
TECNOLÓGICA E 
PROCESSOS QUÍMICOS I 
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PROF. EVANDRO BONA 
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AVISO IMPORTANTE 
 
 
“Esta apostila é apenas um apoio didático para o aluno durante as aulas e 
um roteiro dos temas a serem estudados. É fundamental, que além deste 
resumo, sejam consultados e estudados os livros recomendados. Portanto, 
o uso desta apostila como única fonte de estudo para as provas não 
será garantia de uma boa nota. Além do conteúdo aqui apresentado, será 
possível que temas extras também sejam discutidos conforme a 
conveniência do professor. Qualquer dúvida, sugestão ou crítica pode ser 
enviada para evandro.bona@pucpr.br”. 
 
 
Prof. Evandro Bona 
 
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ÍNDICE 
 
 
FATORES DE CONVERSÃO .................................................................................................... 05 
 
CAPÍTULO 1 – UNIDADES E CONVERSÕES ...................................................................... 07 
 1.1. Unidades e Dimensões ....................................................................................................... 08 
 1.2. Sistemas de Unidades ......................................................................................................... 08 
 1.3. Operações Matemáticas com Unidades ............................................................................. 09 
 1.4. Conversão de Unidades ..................................................................................................... 09 
 1.5. Força e Peso ....................................................................................................................... 09 
 1.6. Quantidade de Matéria ...................................................................................................... 10 
 1.7. Massa Atômica ................................................................................................................... 10 
 1.8. Massa Molar ...................................................................................................................... 10 
 1.9. Massa Molecular Média ..................................................................................................... 11 
 1.10. Exercícios ......................................................................................................................... 11 
 
CAPÍTULO 2 – VARIÁVEIS DE PROCESSO ........................................................................ 13 
 2.1. Introdução .......................................................................................................................... 14 
 2.2. Temperatura ....................................................................................................................... 14 
 2.3. Composição Química ......................................................................................................... 15 
 2.4. Densidade ........................................................................................................................... 16 
 2.5. Vazão Mássica e Volumétrica ............................................................................................ 19 
 2.6. Pressão e Carga Hidrostática ............................................................................................ 20 
 2.7. Exercícios ........................................................................................................................... 24 
 
CAPÍTULO 3 – ESTEQUIOMETRIA INDUSTRIAL ............................................................ 28 
 3.1. Cálculo Estequiométrico .................................................................................................... 29 
 3.2. Os Significados de uma Equação Química ........................................................................ 29 
 3.3. Balanceamento de Equações Químicas ............................................................................. 30 
 3.4. Cálculo Estequiométrico Massa/Massa ............................................................................. 30 
 3.5. Cálculo Estequiométrico – Alguns Complicadores ........................................................... 31 
 3.6. Exercícios ........................................................................................................................... 34 
 
CAPÍTULO 4 - BALANÇOS MATERIAIS .............................................................................. 37 
 4.1. Fundamentos ....................................................................................................................... 38 
 4.2. Equação Geral do Balanço Material ................................................................................. 38 
 4.3. Técnica dos Balanços Materiais ........................................................................................ 39 
 4.4. Balanço Material em Processos sem Reação Química ...................................................... 39 
 4.5. Balanço Material em Processos com Reações Químicas .................................................. 40 
 4.6. Balanços em Processos de Subsistemas Múltiplos ............................................................ 43 
 4.7. Cálculos de Reciclo, Bypass e Purga ................................................................................. 44 
 4.8. Exercícios ........................................................................................................................... 46 
 
LEITURA COMPLEMENTAR ................................................................................................. 53 
 Representação e Análise de Dados de Processos ..................................................................... 54 
 Densidade de Líquidos (na prática) .......................................................................................... 58 
 Inflamabilidade, Toxicidade e Auto-Ignição ............................................................................. 61 
 Produção de Ferro: Alto-Forno ................................................................................................ 64 
 
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AULAS PRÁTICAS ..................................................................................................................... 67 
 Normas de Segurança para o Laboratório ............................................................................... 68 
 Medidas de Volume ................................................................................................................... 72 
 
RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS ............................................................................................. 75 
 
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA ........................................................................................ 79 
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FATORES DE CONVERSÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO 1 
 
UNIDADES E 
CONVERSÕES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1. Unidades e Dimensões 
 
Dimensão é uma propriedade que pode ser medida e unidades são os meios, definidos por 
convenção, para expressar dimensões. 
 
 A utilização de unidades em todos os números fornece os seguintes benefícios práticos: 
 Diminui a possibilidade de uma inversão, por descuido, em alguma parte do cálculo; 
 Reduz cálculos intermediários e economiza tempo na resolução de problemas; 
 Permite uma abordagem lógica do problema, em vez da memorizaçãode uma fórmula e inserção 
de números na mesma; 
 Proporciona uma fácil interpretação do significado físico dos números que você usa. 
 
 
1.2. Sistemas de Unidades 
 
Tabela 1.1. Unidades SI e CGS. 
 
 
 
 
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Tabela 1.2. Sistema Americano de Engenharia. 
 
 
 
1.3. Operações matemáticas com unidades 
 
 Os valores numéricos de duas quantidades podem ser somados ou subtraídos apenas se 
tiverem as mesmas unidades. Por outro lado, os valores numéricos e as suas unidades 
correspondentes podem ser combinadas por multiplicação ou divisão. Caso as unidades seja as 
mesmas é possível fundi-las e/ou cancelá-las. 
 
Exemplos 1.1.: 
 
 
1.4. Conversão de Unidades 
 
 Para converter uma quantidade expressa em termos de uma unidade ao seu equivalente em 
termos de outra unidade, multiplique a quantidade dada pelo fator de conversão (unidade 
nova/unidade velha). 
 
Exemplos 1.2.: 
 
 
1.5. Força e Peso 
 
 De acordo com a segunda lei do movimento de Newton, a força é proporcional ao produto 
da massa pela aceleração (1.1). 
 F m a= ⋅ (1.1) 
Unidades (massa x comprimento/tempo2) 
 
Sistema Internacional (SI): 
 2
1 kg m1 newton (N)
s
⋅
≡ (1.2) 
 
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Sistema CGS: 
 
 2
1 g cm1 dina
s
⋅
≡ (1.3) 
Sistema Americano de Engenharia: 
 mf 2
32,174 lb ft1 libra-força (lb )
s
⋅
≡ (1.4) 
Fatores de Conversão: 
 
5
5
f2 2
1 kg m 10 g cm1 N 10 dinas 0,22481 lb
s s
⋅ ⋅
= = = = (1.5) 
 
 O peso de um objeto é a força exercida sobre o mesmo pela atração gravitacional (1.6). 
 
 W m g= ⋅ (1.6) 
 
 2 29,8066 m s 980,66 cm s 32,174 ft sg = = = 2 (1.7) 
 
Exemplos 1.3.: 
 
 
1.6. Quantidade de matéria (Número de mols) 
 
 Quantidade de matéria (n) é a quantidade de átomos, íons ou moléculas de uma amostra. A 
unidade de quantidade de matéria no sistema SI é o mol que tem origem latina e significa “monte” 
ou “pilha”. Se você pensar em mol como um grande monte de partículas (1.8), terá uma idéia geral. 
 
 (1.8) 231 mol 6,02 10 partículas= ×
 
 
1.7. Massa (Peso) Atômica 
 
 Massa atômica é a massa correspondente a 1 mol de átomos. A massa atômica é encontrada 
junto ao símbolo do elemento na tabela periódica. 
 
Exemplos 1.4.: 
 
 
 
 
1.8. Massa (Peso) Molar 
 
 Massa molar de um composto é a massa por mol de seus átomos constituintes. A massa 
molar é usada como fator de conversão entre massa e quantidade de matéria. 
 
 
 
 
 
 
 
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Conversão MASSA QUANTIDADE DE MATÉRIA (MOLS) 
 
MOL MASSA MASSA MOL 
 
massamol massa
mol
⋅ = 
 
 
molmassa mol
massa
⋅ = 
 
MASSA MOLAR 
 
Exemplos 1.5.: 
 
 
1.9. Massa Molecular Média 
 
 Quando se tem uma mistura de dois ou mais componentes, em proporções diversas, recorre-
se ao cálculo da massa molecular média para se tomar um termo médio das massas moleculares. Se 
designarmos as massa moleculares dos componentes A, B e C por MA, MB e MC e as massas dos 
componentes puros por mA, mB e mC, poderemos exprimir a massa molecular média como: 
 
 CA B
A B C
mm m mT
mM M M M
+ + = (1.9) 
 
Exemplos 1.6.: 
 
 
1.10. Exercícios 
 
1) Faça as seguintes conversões: 
(a) Quantos galões/min correspondem a 1,00 m3/s. 
(b) 1000 kg/m3 em lbm/ft3. 
(c) 1,013 x 105 N/m2 (Pa) em lbf/in2 (psi). 
(d) 0,04 g/(min)(in3) em lbm/(s)(ft3). 
(e) 2 L/s para ft3/dia. 
(f) 1 cm/s2 para km/ano2. 
(g) 23 (lb)(ft)/min2 para (kg)(cm)/s2. 
 
2) Uma publicação técnica descreve um novo modelo de motor Stirling (ciclo de ar) com 20 hp que 
impulsiona um gerador de 68 kW. Isto é possível? 
 
3) O piloto anunciou que a velocidade do Boeing 727 seria reduzida de 525 mi/h para 475 mi/h para 
“economizar combustível”, reduzindo assim o consumo de 2200 gal/h para 2000 gal/h. Quantos 
galões serão economizados numa viagem de 1000 milhas? 
 
4) Qual a massa de chumbo, em gramas, é equivalente a 2,50 mols de chumbo? 
 
5) Qual a quantia de estanho, em mols, é representada por 36,5 g de estanho? 
 
6) Qual é a massa, em gramas, de 1,5 mol de silício? 
 
7) Qual é a quantia (em mols) de enxofre representada por 454g? 
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8) Faça as conversões: 
(a) 4 g mol de MgCl2 em g. 
(b) 2 lb mol de C3H8 em g. 
(c) 16 g de N2 em lb mol. 
(d) 3 lb de C2H6O para g mol. 
 
9) Quanto de cada uma das seguintes quantidades estão contidas em 100,0g de CO2? (a) g mol CO2; 
(b) lbmol CO2; (c) g mol C; (d) g mol O; (e) g mol de O2; (f) gramas de O; (g) gramas de O2; (h) 
moléculas de CO2. 
 
10) Calcular a massa molecular média da mistura constituída de 25 kg de pentano, 75 kg de hexano 
e 180 kg de heptano. 
 
11) Tem-se uma mistura dos componentes benzeno-tolueno-xileno com a seguinte composição em 
massa: 72 kg de benzeno, 115 kg de tolueno e 53 kg de xileno. Calcule a massa molecular média. 
 
12) Um tanque contém 130kg de gás com a seguinte composição: 40% N2, 30% CO2 e 30% CH4. 
Qual é a massa molecular média do gás? 
 
13) Você tem 25 lb de um gás com a seguinte composição: 80% CH4, 10% C2H4 e 10% C2H6. Qual 
é a massa molecular média da mistura? 
 
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CAPÍTULO 2 
 
VARIÁVEIS DE 
PROCESSO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.1. Introdução 
 
 Um processo é qualquer operação ou série de operações através das quais um objetivo 
particular é atingido. O material que entra em um processo é chamado de alimentação, e o material 
que deixa o processo é chamado de produto. As variáveis de processo são parâmetros que podem 
ser controlados pelo operador e/ou projetista para atingir determinados objetivos. 
 
2.2. Temperatura 
 
Definições 
 
“A temperatura de uma substância em um determinado estado de agregação (sólido, líquido ou gás) 
é uma medida da energia cinética média que possuem as moléculas da substância”. 
 
“A temperatura de um corpo é uma medida do seu estado térmico considerando como referência à 
sua capacidade de transferir calor para outros corpos”. 
 
Escalas de Temperatura 
 
 Escalas relativas são definidas usando-se o ponto de congelamento (Tf) e o ponto de 
ebulição da água (Te). 
 
Tabela 2.1. Escalas relativas de temperatura. 
Escala Tf Te Zero absoluto 
Celsius 0ºC 100ºC - 273,15ºC 
Fahrenheit 32ºF 212ºF - 459,67ºF 
 
 As escalas absolutas Kelvin (K) e Rankine (ºR) são definidas de forma tal que o zero 
absoluto tenha um valor de zero e são conhecidas também como escalas termodinâmicas. 
 
 
 
Figura 2.1. Comparação entre as diferentes escalas de temperatura. 
 
 As seguintes relações podem ser usadas para converter uma temperatura expressa em 
unidades de uma determinada escala para o seu equivalente em uma outra escala: 
 
 ( ) ( ) 273,15T K T C= +o (2.1) 
 
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 ( ) ( ) 459,67T R T F= +o o (2.2) 
 
 ( ) ( )1,8T R T K=o (2.3) 
 
 ( ) ( )1,8 32T F T C= +o o (2.4) 
 
 Equações como estas têm sempre a forma de uma linha reta (y = ax + b). Se (ºA) e (ºB) são 
duas unidades de temperatura, para deduzir uma equação T(ºB) em termos de T(ºA), você deve 
conhecer os valores de duas temperaturas em ambas as escalas – digamos T1 e T2. Então: 
1. Escreva T(ºB) = aT(ºA) + b. 
2. Substitua T1(ºB) e T1(ºA) na equação – de forma a ter uma equação de duas incógnitas, a e b. 
Substitua T2(ºB) e T2(ºA) para obter a segunda equação e resolva o sistema para determinar 
a e b. 
 
Exemplos 2.1.: 
 
2.3. Composição Química 
 
 As correntes de processo ocasionalmente contêm apenas uma substância, porém o maiscomum é que consistam em misturas de líquidos ou gases, ou em soluções de um ou mais 
componentes em um solvente líquido. Portanto, é importante conhecer a composição química 
(concentração) dos componentes da mistura para um correto dimensionamento do processo. 
 
Fração mássica (2.5) é a quantidade de um componente de uma solução expressa como uma 
porcentagem da massa total. A porcentagem mássica (2.6) é igual a fração mássica multiplicada por 
100. 
 
 
A A
A
A B C tota
m mfm
m m m m
=
+ + +K l
= (2.5) 
 
 % 100A Am fm= ⋅ (2.6) 
 
Exemplo 2.2.: 4,50 g de amônia são dissolvidos em 330 g de água. Qual é a fração e a porcentagem 
mássica do NH3 na solução? 
 
Fração molar (2.7) de um componente em solução é a razão do número de mols daquele comonente 
pelo número total de mols de todos os componentes. Sendo n (2.8) o número de mols e designando 
os vários componentes com A, B, C, ..., podemos escrever 
 
 
A A
A
A B C tota
n nX
n n n n
=
+ + +K l
= (2.7) 
 
 
 
A
A
A
mn
M
= (2.8) 
 
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 1A B CX X X+ + + =K (2.9) 
 
A porcentagem molar (2.10) é igual a fração molar multiplicada por 100. 
 
 % 100A AX X= ⋅ (2.10) 
 
Exemplos 2.3.: 
(i) Se 28,6 g de sacarose (açúcar de cana, C12H22O11) forem dissolvidos em 101,4 g de água, 
quais as frações molar e mássica da sacarose na solução? 
 
(ii) Um limpador industrial de escoamento contém 5,00 kg de água e 5,00 kg de NaOH. Quais as 
frações de massa e molar de cada componente no recipiente de escoamento do limpador. 
 
(iii) Uma mistura de gases tem a seguinte composição mássica: 16% O2, 4% CO, 17% CO2 e 63% 
N2. Qual é a composição molar e massa molecular média? 
 
A concentração mássica (2.11) de um componente em uma mistura ou em uma solução é a massa 
deste componente por unidade de volume da mistura. A concentração molar (2.12), mais conhecida 
como molaridade, de um componente é o número de mols por litro da mistura. 
 
 
A
A
solução
mC
V
= (2.11) 
 
 
A A
A
n mCM
V M V
= =
⋅ (2.12) 
 
Exemplo 2.4.: 
(i) 3,30 g de etanol, C2H5OH, são dissolvidos em água suficiente para preparar 150 mL de solução. 
Qual é a concentração mássica e a molaridade do etanol? 
 
(ii) 10,0 g de ácido ascórbico (vitamina C, C6H8O6) são dissolvidos em água suficiente para 
preparar 125 mL de solução. Qual a concentração mássica e molar deste componente na 
solução? 
 
2.4. Densidade 
 
 Densidade (ou massa específica) é razão de massa por unidade de volume (2.13). Em 
líquidos e sólidos a densidade não varia significativamente com a pressão em condições comuns, 
mas mudam com a temperatura (Figura 2.2.). 
 
 
md
V
= (2.13) 
 
 A densidade de uma substância pode ser usada como um fator de conversão para relacionar 
a massa e o volume de uma quantidade de substância. Algumas unidades especiais de massa 
específica como graus Baumé (ºBé), gruas API (ºAPI) e graus Twaddell (ºTw) são usadas 
ocasionalmente na indústria. Para maiores detalhes ver a leitura complementar. 
 
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Figura 2.2. Densidades da água e amônia líquidas em função da temperatura. 
 
Exemplos 2.5.: 
(i) A densidade do selênio é 4,79 g/cm3. Qual é a massa de 6,5 cm3 de selênio? 
 
(ii) A densidade do gás hélio em 273 K e 1,00 atm é 0,17685 g.L-1. Qual é o volume de um balão 
que contém 10,0 g de hélio nas mesmas condições? 
 
(iii) Uma solução contém 25% em massa de sal, em água. A solução tem uma densidade de 1,2 
g/cm3. Expresse a composição como: (a) quilogramas de sal por quilograma de H2O; (b) Libra 
de sal por pé cúbico de solução. 
 
A densidade relativa de uma substância é a razão entre a massa específica da substância e a 
massa específica de uma substância de referência a uma condição especificada. 
 
 
A
r
ref
dd
d
= (2.14) 
 
 A substância de referência mais comumente usada para sólidos e líquidos é a água a 4,0 ºC, 
que tem a seguinte densidade 
 
dágua = 1,000 g/cm3 = 1000 kg/m3 = 62,43 lb/ft3
 
 Se você tem como dado a densidade relativa de uma substância, multiplique pela massa 
específica de referência em quaisquer unidades para obter a massa específica da substância nas 
mesmas unidades. 
 
Exemplos 2.6.: 
(i) Se o dibromopentano (DBP) tem uma densidade relativa de 1,57, qual será sua densidade em (a) 
g/cm3? (b) kg/m3? (c) lb/ft3? 
 
(ii) A densidade relativa do aço é de 7,9. Qual é o volume em pés cúbicos de um lingote de aço que 
pesa 4000 lb? 
 
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(iii) Um recipiente contém 1,704 lb de HNO3/lb H2O e tem densidade relativa de 1,382 a 20ºC. 
Calcule a composição das seguintes formas: (a) porcentagem mássica de HNO3; (b) Libras de 
HNO3 por pé cúbico de solução a 20ºC; (c) Molaridade a 20ºC. 
 
A maneira mais exata de determinar a massa específica de uma mistura de líquidos ou de 
uma solução de um sólido em um líquido é a partir de dados experimentais (Figura 2.3.). 
 
 
Figura 2.3. Densidade de uma mistura de álcool etílico e água em função da composição. 
 
Na ausência de dados, a massa específica de uma mistura de n líquidos pode ser estimada a 
partir das frações mássicas dos componentes e das densidades dos componentes puros de duas 
formas. Primeiro, podemos admitir a aditividade de volumes – quer dizer, se 2 mL do líquido A e 3 
mL do líquido B são misturados, o volume resultante será 5 mL. Admitindo isso e lembrando que as 
massas dos componentes são sempre aditivas, chega-se à fórmula (2.15). 
 
 
1
1 n i
i i
fm
d =
=
d∑ (2.15) 
 
 Segundo, podemos simplesmente ponderar as massas específicas dos componentes puros, 
multiplicando cada uma pela fração molar do componente (2.16). 
 
 
1
n
i
i
d fm
=
id= ⋅∑ (2.16) 
 
 Uma destas fórmulas de estimativa pode funcionar melhor para algumas espécies enquanto a 
outra pode ser melhor para outras espécies (Figura 2.4.). 
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Figura 2.4. Massas específicas experim
 
Exemplo 2.7.: Determine a massa esp
H2SO4 a 20ºC e compare com o valor 
g/cm3; densidade do H2SO4 1,834 g/cm
 
2.5. V
 A taxa à qual o material é tra
material (Figura 2.5.). A vazão de uma
(massa/tempo) ou como vazão volumét
Figura 2.5.: Representação da vazão e
 
As vazões mássicas das corrent
processo, mas muitas vezes é mais con
comum é medir V e calcular usand& m&
 
 
 
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entais e estimadas para duas misturas. 
ecífica em g/cm3 de uma solução aquosa 50% em massa de 
experimental 1,3951 g/cm3. (Dados: densidade da H2O 0,998 
3). 
azão Mássica e Volumétrica 
 
nsportado através de uma linha de processo é a vazão do 
 corrente de processo pode ser expressa como vazão mássica 
rica (volume/tempo). 
 
m uma linha de processo. 
es do processo devem ser conhecidas para muitos cálculos de 
veniente medir a vazão volumétrica. Então, um procedimento 
o a densidade da corrente de fluido (2.17). 
md
V
=
&
& (2.17) 
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 A partir da vazão volumétrica, você pode calcular a velocidade média (v) numa tubulação se 
a área A for conhecida (2.18). 
 
 V A v= ⋅& (2.18) 
 
 Um medidor de vazão (ou medidor de fluxo) é um aparelho montado em uma linha de 
processo que fornece uma leitura contínua da vazão (Figura 2.6.). 
 
 
Figura 2.6.: Medidores de vazão: (a) rotâmetro e (b) medidor de orifício. 
 
Exemplos 2.8.: 
(i) A vazão mássica de hexano (d = 0,659 g/cm3) em uma tubulação é 6,59 g/s. (a) Qual é a vazão 
volumétrica? (b) Qual a velocidade média do fluido sabendo que o tubo possui um diâmetro de 
50mm? 
 
(ii) A vazão volumétrica de CCℓ4 (d = 1,595 g/cm3) em uma tubulação é 100,0 cm3/min. Qual é a 
vazão mássica? 
 
(iii) Uma corrente de água fluindode forma estacionária (vazão constante) é dirigida até uma 
proveta por 30 s, durante os quais são coletados 50 mL. Qual é a vazão volumétrica (mL/min) e 
vazão mássica (g/min) da corrente? 
 
(iv) Uma solução aquosa 0,5 mol/L de H2SO4 entra em uma unidade de processo com uma vazão de 
1,25 m3/min. A densidade relativa da solução é 1,03. Calcule (a) a concentração mássica do 
H2SO4 em kg/m3, (b) a vazão mássica de H2SO4 em kg/s e (c) a fração mássica do H2SO4. 
 
2.6. Pressão e Carga Hidrostática 
 
 É a razão entre uma força e a área sobre a qual esta força atua (2.19). 
 
 
FP
A
= (2.19) 
 
 Além de ser expressa como força por unidade de área, a pressão pode também ser expressa 
como uma carga hidrostática de um fluido particular, quer dizer, como a altura de uma coluna 
hipotética deste fluido que exerceria a pressão dada na sua base (2.20). 
 
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 0p dgh p= + (2.20) 
 
Exemplos 2.9.: 
(i) Expresse 2,00 x 105 Pa em termos de mmHg. A densidade relativa do Hg é 13,6. 
 
(ii) Qual é a pressão (em Pa) 30,0 m abaixo da superfície de um lago? A pressão atmosférica (na 
superfície) é de 10,4 m H2O, e a massa específica da água é 1000,0 kg/m3. Admita que g é 
9,807 m/s2. 
 
É possível realizar a conversão entre diferentes cargas hidrostáticas sabendo-se apenas a 
densidade dos dois fluidos . 
 
 1 1 2 2d h d h⋅ = ⋅ (2.21) 
 
Exemplo 2.10.: Converta 800 mmHg em mH2O sabendo que a densidade relativa do Hg é 13,6 e da 
água 1,0. 
 
 Você tomar cuidado para não confundir os diferentes conceitos de pressão que são 
comumente usados na indústria. 
• Pressão Padrão: pressão num campo gravitacional padrão equivalente a 1 atm, 760 mmHg ou 
101,3 kPa. 
• Pressão Atmosférica: pressão variável exercida pela atmosfera, seu valor dve ser obtido em um 
barômetro (Figura 2.7.). 
 
Figura 2.7. Um barômetro. 
 
• Pressão Manométrica: é uma medida de pressão que pode ser relativa à pressão atmosférica 
(Figuras 2.8. e 2.9.). 
 
 
 
 
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Figura 2.8. (a) Manômetro aberto em uma das extremidades mostrando uma pressão acima da 
atmosférica. (b) Manômetro de pressão absoluta. 
 
 
Figura 2.9. Instrumentos medidores de pressão tipo Bourdon. (a) Bourdon “C”; (b) Bourdon espiral. 
 
• Pressão de Vácuo: pressões menores que a atmosférica. 
• Pressão absoluta: pressão realmente exercida pelo fluido (2.22). 
 
 absoluta manométrica atmosféricap p p= + (2.22) 
 
Exemplos 2.11.: 
(i) A partir da Figura 2.10. determine a pressão absoluta do gás He em inHg e Pa. 
 
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Figura 2.10. Ilustração do exemplo 2.11. (i). 
 
(ii) Sabendo que um manômetro de tubo aberto indica uma pressão de vácuo de 10 mmHg e que o 
barômetro indica uma pressão de 750 mmHg. Qual a pressão absoluta? 
 
A medição da pressão de um fluido usando um manômetro é realizada usando-se o seguinte 
princípio: “A pressão na altura da superfície inferior de um fluido manométrico é a mesma nos dois 
braços do manômetro”. Ver Figura 2.11. e comparar com a equação geral do manômetro (2.23). 
 
 
 
Figura 2.11. Ilustração de um manômetro com três fluidos manométricos. 
 
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 (2.23) 1 1 1 2 2 2 3P d gh P d gh d gh+ = + + 3
 
 Em um manômetro diferencial os fluidos superiores de ambos os braços do manômetro são 
os mesmos e a equação geral pode ser simplificada (2.24). 
 
 ( )fmP d d g∆ = − h (2.24) 
 
 A queda de pressão pode ser relacionada com a velocidade de escoamento para um tubo de 
Pitot através da equação (2.25). 
 
 2 pv
d
∆
= (2.25) 
 
Exemplo 2.12.: Ao medir a vazão de fluidos numa tubulação, um manômetro diferencial, como é 
mostrado na Figura 2.12., pode ser usado para determinar a diferença de pressão numa placa de 
orifício. A vazão está relacionada a queda de pressão observada. (a) Calcule a queda de pressão ∆p 
em Pa para o manômetro da Figura 2.12. (b) A partir da queda de pressão determine a velocidade 
média de escoamento e a vazão volumétrica sabendo que o tubo possui um diâmetro de 10 cm. 
 
 
Figura 2.12. Manômetro diferencial exemplo 2.12. 
 
 
2.7. Exercícios 
 
1) Complete a tabela a seguir com as temperaturas equivalentes apropriadas: 
 
ºC ºF K ºR 
- 40,0 
 77,0 
 698 
 69,8 
 
 
 
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2) Um termopar é um dispositivo para medição de temperatura que consiste em dois fios metálicos 
diferentes juntos em um extremo. Um diagrama bastante simplificado aparece em seguida. 
 
 
 
Uma tensão gerada no ponto de junção metálica é lida em um potenciômetro ou em milivoltímetro. 
Quando certos metais são usados, a tensão varia linearmente com a temperatura no ponto de junção 
dos dois metais: 
 
V(mV) = aT(ºC) + b 
 
 Um termopar de ferro-constantan (liga de cobre e níquel) é calibrado colocando-se a junção 
metálica em água fervente (100ºC) e lendo-se uma tensão V = 5,27 mV, e depois colocando-se a 
junção em cloreto de prata no seu ponto de fusão (455ºC) e medindo V = 24,88 mV. 
(a) Deduza a equação linear para V(mV) em termos de T(ºC). Depois converta-a para uma equação 
para T em função de V. 
(b) Se o termopar é montado em um reator químico e a tensão passa de 10,0 mV a 13,6 mV em 20 s, 
qual é o valor médio da taxa de mudança da temperatura, dT/dt, durante o período de medição? 
 
3) Uma mistura líquida de butano, pentano e hexano tem a seguinte composição mássica: 50% 
C4H10, 30% C5H12 e 20% C6H14. Para essa mistura, calcule: 
(a) A fração molar de cada componente. 
(b) A massa molecular média. 
 
4) Calcular a fração molar de cada componente de uma mistura constituída de 25 kg de pentano, 75 
kg de hexano e 180 kg de heptano. 
 
5) Tem-se uma mistura dos componentes benzeno-tolueno-xileno com a seguinte composição em 
massa: 72 kg de benzeno, 115 kg de tolueno e 53 kg de xileno. Calcule a fração molar de cada 
componente. 
 
6) O ácido sulfúrico comercial é 98% H2SO4 e 2% H2O. Qual é a razão molar entre H2SO4 e a H2O? 
 
7) Você é chamado para decidir qual o tamanho do tambor a ser usado no transporte de 1000 lb de 
óleo de semente de algodão com densidade relativa igual a 0,926. Qual seria o tamanho mínimo do 
tambor expresso em galões? 
 
8) A densidade relativa de uma solução de KOH a 15ºC é 1,0824 e contém 0,813 lb KOH por gal de 
solução. Quais são as frações em massa de KOH e H2O na solução? 
 
9) A densidade de uma certa solução é 8,80 lb/gal a 80ºF. quantos pés cúbicos serão ocupados por 
10010 lb desta solução, a 80ºF? 
 
10) Duzentos quilogramas de um líquido contêm a seguinte composição molar: 40% de butano 
(C4H10), 40% de pentano (C5H12), e 20% de hexano (C6H14). Determine a massa em quilogramas de 
cada componente do líquido. 
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11) Uma mistura de metanol (CH3OH) e acetato de metila (CH3COOCH3) contém 15,0% em peso 
de metanol. 
(a) Determine quantos gmol de metanol estão presentes em 200,0 kg de mistura. 
(b) A vazão de acetato de metila na mistura é 100 lbmol/h. Qual deve ser a vazão da mistura em 
lb/h? 
 
12) Uma suspensão de partículas de carbonato de cálcio (CaCO3) em água escoa através de uma 
tubulação. Sua tarefa é determinar a vazão e a composição em massa desta lama. Você coleta a 
corrente em uma proveta graduada por 1,00 minuto; depois pesa a proveta, evapora a água e pesa de 
novo a proveta. Os resultados são os seguintes: 
Massa da proveta vazia: 65,0g 
Massa da proveta + lama coletada: 565g 
Volume coletado: 455mL 
Massa da proveta depois da evaporação: 215g 
Calcule: 
(a) as vazões mássica e volumétrica da suspensão; 
(b) a densidadeda suspensão; 
(c) a fração mássica de CaCO3 na suspensão. 
 
13) O manômetro num tanque de CO2, utilizado no enchimento de garrafas de bebidas carbonatadas 
marca 51,0 psi (Figura abaixo). Ao mesmo tempo, o barômetro marca 28 in Hg. Qual é a pressão no 
tanque em psia? 
 
 
14) Ar escoa de um tubo em função de uma sucção de 4,0 cm de coluna de H2O (Figura abaixo). O 
barômetro indica que a pressão atmosférica é de 730 mm Hg. Qual é a pressão absoluta de ar em 
polegadas de mercúrio? 
 
 
15) Pequenos animais, tais como ratos, podem viver em pressões reduzidas de até 20 kPa (embora 
não confortavelmente). Num teste, um manômetro de mercúrio foi conectado a um tanque, Figura 
abaixo. Nele lê-se 64,5 cm Hg, e o barômetro marca 100 kPa. Os ratos sobreviverão? 
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16) Converta uma pressão de 800 mm Hg para as seguintes unidades: 
(a) psia; 
(b) kPa; 
(c) atm; 
(d) ft H2O. 
 
17) Suponha que um submarino afunde inadvertidamente, atingindo o fundo do oceano a uma 
profundidade de 1000 metros. Propõe-se baixar um sino de mergulho até o submarino e tentar entrar 
pela torre de comando. Qual deve ser a pressão interna mínima no sino de mergulho na 
profundidade do submarino para impedir que a água entre no sino quando a sua porta de entrada for 
ligeiramente aberta? Dê sua resposta em quilopascals absolutos. Considere uma densidade constante 
de 1,024 g/cm3 para a água do mar. 
 
18) Os prédios com telhado plano são um estilo arquitetônico popular em climas secos devido à 
economia de material de construção. Contudo, durante a estação das chuvas, a água pode empoçar 
na cobertura de modo que devem ser feitas considerações estruturais devido ao aumento do peso. Se 
25 cm de água se acumularem numa área de 10 m X 10 m durante uma forte tempestade, determine: 
(a) O peso total adicional que o prédio deve suportar. 
(b) A pressão da água sobre o telhado plano em psi. 
 
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CAPÍTULO 3 
 
ESTEQUIOMETRIA 
INDUSTRIAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3.1. Cálculo Estequiométrico 
 
O cálculo das quantidades de reagentes e produtos de uma reação química recebe o nome de 
cálculo estequiométrico. A palavra estequiometria é originada do grego: stoicheion, que significa 
“elemento’, e metron, que significa “medida”. 
O cálculo estequiométrico é fundamental para o estudo e controle de um processo que 
envolve uma reação química. 
 
3.2. Os significados de uma equação química 
 
Qualitativo: uma equação química simplesmente descreve quais são os produtos e reagentes de uma 
reação. 
Quantitativo: uma equação química balanceada especifica uma relação numérica das quantidades 
de reagentes e produtos de uma reação. 
 
Exemplo 3.1.: Na fermentação anaeróbica de um cereal, a bactéria Saccharomyces cerevisiae 
fermenta a glicose das plantas para formar o etanol através da seguinte reação: 
 
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
 
A equação química balanceada de uma reação é usada para estabelecer a razão molar, o fator 
usado para converter a quantidade de uma substância na quantidade de outra (Figura 3.1.). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.1. Representação do procedimento básico usado para converter a quantidade de uma 
substância na quantidade de outra. 
 
Exemplo 3.2.: Quantos mols de etanol serão produzidos se 2,25 mol de glicose forem fermentados 
pelas bactérias? 
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
 
Em um cálculo massa a massa, converta a massa fornecida em quantidade de mols, aplique o 
fator de conversão mol a mol para obter a quantidade desejada e, por fim, converta a quantidade de 
mols em massa (Figura 3.2.). 
 
 
 
 
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Figura 3.2. Representação do procedimento para fazer uma conversão massa-massa. 
 
Exemplo 3.3.: Quantos quilogramas de etanol serão produzidos se 360 kg de glicose forem 
fermentados pelas bactérias? 
 
3.3. Balanceamento de Equações Químicas 
 
 Uma equação química tem de ser balanceada antes que qualquer informação quantitativa útil 
possa ser obtida sobre a reação. Balancear uma equação garante que o mesmo número de átomos de 
cada elemento apareça em ambos os lados da equação. Muitas equações químicas podem ser 
balanceadas por tentativa e erro, embora algumas envolvam mais tentativas do que outras. 
 Ao balancear equações químicas, você deve se lembrar de duas coisas importantes: 
• As fórmulas para reagentes e produtos devem estar corretas, caso contrário a equação não tem 
significado. 
• Os subscritos nas fórmulas dos reagentes e dos produtos não podem ser mudados para balancear 
uma equação. Essas fórmulas identificam as substâncias, e mudar os subscritos altera a 
identidade da substância. Por exemplo, não se pode mudar CO2 para CO para balancear uma 
equação; o monóxido de carbono, CO, e o dióxido de carbono, CO2, são compostos diferentes. 
 
Exemplo 3.4.: Balanceie as seguintes equações: 
(a) Cr + O2 Cr2O3 
(b) Cu2S + O2 Cu + SO2 
(c) C6H5CH3 + O2 H2O + CO2 
 
3.4. Cálculo Estequiométrico Massa/Massa 
 
Exemplo 3.5.: (a) Qual a massa de FeS2 e oxigênio necessária para formar 100 lb de Fe2O3? O outro 
produto da reação é o dióxido de enxofre. (b) Qual a massa de dióxido de enxofre formada? 
 
Exemplo 3.6.: Calcule a quantidade de ar necessária (m3) para realizar a combustão completa de 5 
kg de noneno (C9H18). Considere que o ar possui 21% em massa de oxigênio e sua densidade seja 
1,184 g/L. 
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Exemplo 3.7.: A produção eletrolítica de gás cloro a partir de uma solução de cloreto de sódio é 
realizada pela seguinte reação (não balanceada): 
 
uantos kg de Cℓ2 podem ser produzidos a partir de 10 m3 de uma solução contendo 5% em peso 
de NaCℓ? A massa específica da ,07. 
 
elo seco, conforme mostra 
 Figura 3.3.. (a) Quantos quilogramas de heptano devem ser queimados por hora? (b) Quantos kg 
 
NaCℓ + H2O NaOH + H2 + Cℓ2
Q
 solução em relação à água a 4ºC é 1
Exemplo 3.8.: O CO2 é produzido na combustão do heptano. Suponha que você quer produzir 500 
kg de gelo seco por hora e que 50% do CO2 possam ser convertidos em g
a
de outros produtos serão obtidos por hora? (c) Quantos litros de ar por hora devem ser fornecidos 
para o reator para proporcionar uma combustão completa? 
 
Figura 3.3.: Reator para produção de gelo seco. 
 
Exemplo 3.9.: Uma análise de calcário fornece: CaCO3 92,89%; MgCO3 5,41% e insolúveis 1,70%. 
io podem ser obtidas a partir de 5 toneladas desse 
alcário? (b) Quantos kg de CO2 podem ser recuperados? (c) Quantos kg de calcário são necessários 
MgCO3 MgO + CO2
Ver Figura 3.4.. (a) Quantos kg de óxido de cálc
c
para produzir 1 tonelada de cal? 
CaCO3 CaO + CO2
 
 
 
Figura 3.4. Produção de cal a partir do calcário. 
 
3.5. Cálculo Estequiométrico – Alguns Complicadores 
Em condições reais raramente os reagentes são alimentados em quantidades 
estequiométricas. Ou outras informações 
obre a reação sejam conhecidas. 
 
tras complicações de natureza prática também exigem que
s
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so. A porcentagem de excesso é a razão entre o excesso e o 
Um reagente é chamado de reagente limitante se está presente em quantidade menor que a 
sua proporção estequiométrica em relação a qualquer outro reagente, e os outros reagentes são 
chamados de reagentes em exces
requisito estequiométrico (3.1). 
 
 
mol (massa) em excesso% excesso 100
mol (massa) necessário
= × (3.1) 
 
xemplo 3.10.: Hidrogenação do acetileno para formar etano: 
 
C2H2 + H2 C2H6
Suponha que 520 kg/h de acetileno e 100kg/h de hidrogênio são fornecidos a um reator. (a) Qual o 
reagente limitante? (b) Qual o excesso p os kg/h de etano serão produzidos? 
 
são 
ompleta do reagente limitante, em vez disso, o efluente do reator sai ainda com algum conteúdo de 
agent
E
 
ercentual? (c) Quant
 As reações químicas não acontecem instantaneamente, de fato, com muita freqüência elas 
acontecem bastante lentamente. Em tais casos, não é prático projetar o reator para a conver
c
re e não consumido e é submetido a um processo de separação para remover os reagentes não 
consumidos da corrente de produto. O reagente separado é então reciclado de volta à alimentação 
do reator. A porcentagem de conversão pode ser descrita pela equação (3.2). 
 
 
mol (ou massa) que reage% conversão 1
mol (ou massa) da alimentado
= × 00 (3.2) 
 
xemplo 3.11.: Suponha que para a combustão do heptano (C7H16) temos um
10kg/h de heptano e uma saída de 14,4 kg/h de dióxido de carbono (CO2). Qual a porcentagem de 
onversão do heptano? 
C3H6 + NH3 + O2 C3H3N + H2O 
 alimentação contém a seguinte proporção em massa: 15% de propileno, 7% de amônia e 78% de 
ar. Sabe-se também que ocorre limitante. (a) Qual o reagente 
limitante? (b) Qual o excesso percentual dos outr s reagentes? (c) Qual a percentagem mássica de 
uto em uma única reação química. Infelizmente, os reagentes podem 
ombinar-se em mais de uma forma, e o produto formado pode, por sua vez, reagir para 
E a alimentação de 
c
 
Exemplo 3.12.: A acrilonitrila é produzida pela reação entre propileno, amônia e oxigênio: 
 
 
A
 uma conversão de 30% do reagente
o
todos componentes da saída? 
 
 Na maior parte das reações químicas, os reagentes são combinados com o objetivo de 
produzir um determinado prod
c
transformar-se em algum outro produto menos desejável. O resultado destas reações paralelas é uma 
perda econômica: obtém-se menos do produto desejado para uma dada quantidade de reagente, ou 
maior quantidade de reagente precisa ser fornecida ao reator para obter uma quantidade específica 
de produto. O engenheiro que projeta o reator e especifica as condições de operação para um 
processo com reações paralelas deve considerar não apenas formas de maximizar a produção do 
produto desejado, mas também formas de minimizar a produção de componentes não desejados. 
 Os termos rendimento (3.3) e seletividade (3.4) são usados para descrever o grau em que 
uma determinada reação prevalece sobre as outras. 
 
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mol (massa) do produto% Rendimento
mol (massa) e
= 100
sperada para o produto
× (3.3) 
 
 
mol (massa) do produto desejadoSeletividade
mol (massa) do produto indesejável
= (3.4) 
 
xemplo 3.13.: O antimônio é obtido pelo aquecimento da estibinita pulve
presença de aparas de ferro, com a retirada do antimônio fundido pela base do reator. 
uponha que 0,600 kg de estibinita e 0,250 kg de aparas de ferro sejam aquecidos juntos, dando 
0,200 kg de Sb metálico. Determine: 
(a) O reagente limitante. 
tibinita. 
 CaO + CO2, ocorre num certo forno industrial com 
nversão do calcário. 
) Qual é a composição (% massa) do sólido retirado do forno? 
qual a principal reação é: 
Fe2O3 + C Fe + CO 
Fe2O3 + C FeO + CO 
Após misturar 600 lb de carbono (coq xido de ferro puro, o processo produz 
(a) O excesso percentual de carbono a ação principal. 
 por tonelada de Fe2O3 alimentada. 
SO2 + O2 SO3
Foi solicitado o cálculo de algumas qua serem utilizadas como parte do projeto 
preliminar de uma planta de ácido sulf dade de 2000 toneladas/dia, de solução 
66ºBe (Baumé), 93,2% H2SO4 em mass
E rizada (Sb2S3) na 
 
Sb2S3 + Fe Sb + FeS 
 
S
(b) A percentagem de reagente em excesso. 
(c) A porcentagem de conversão da es
(d) Rendimento. 
 
Exemplo 3.14.: A queima de calcário, CaCO3 
apenas 70% de co
(a
(b) Quantos kg de CO2 são produzidos por kg de calcário queimado? Suponha que o calcário seja 
CaCO3 puro. 
 
Exemplo 3.15.: Pode-se considerar, de um ponto de vista simples, o alto-forno com um processo no 
Porém outras reações secundárias não-desejadas também ocorrem, principalmente 
ue) com 1 tonelada de ó
1200 lb de ferro puro, 183 lb de FeO. Calcule os seguintes itens: 
limentado, com base na re
(b) A percentagem de conversão de Fe2O3 em Fe. 
(c) As massa de carbono consumidas e a massa de CO produzidas
(d) Qual a seletividade deste processo (Fe em relação ao FeO)? 
 
Exemplo 3.16.: O ácido sulfúrico pode ser fabricado de acordo com as seguintes reações: 
S + O2 SO2
SO3 + H2O H2SO4
ntidades para 
úrico com capaci
a. Então responda: 
(a) Quantas toneladas de enxofre puro são consumidas por dia na operação desta planta? 
(b) Quantas toneladas de oxigênio são necessárias por dia? 
(c) Quantas toneladas de água são consumidas por dia? 
 
 
 
 
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3.6. Exercícios 
 
1) Balanceie as seguintes equações químicas: 
(a) Fe2O3 + Mg MgO + Fe 
(b) AℓCℓ3 + H2O Aℓ(OH)3 + HCℓ 
)2 + CO2 + H2O 
ente com O2 suficiente para uma combustão completa, 
) Quantos kg de CO2 serão obtidos como produto? 
oxidar completamente o C7H16? 
uantos kg de ar serão necessários para realizar 
4 g/L) 
C6H6) for oxidado com oxigênio, quantos quilogramas de O2 serão 
LiOH + CO2 Li2CO3 + H2O 
(b) Qual será a penalização (aume ado NaOH que é mais barato em 
mento e deterioração. Para neutralizar o papel, um tratamento a vapor deve utilizar 
m composto que seja volátil o suficiente para penetrar na estrutura fibrosa do papel em uma massa 
(C2H5)2Zn + O2 ZnO + CO2 + H2O 
dio causado pela DEZ a massa a 
ser neutralizada será destruída. 
? 
CaC2 + H2O Ca(OH)2 + C2H2
(c) NaNO3 + H2SO4 Na2SO4 + HNO3
(d) NiCO3 + HNO3 Ni(NO3
 
2) Se 10 kg de C7H16 reagem completam
(a) Monte a reação balanceada do processo. 
(b
(c) Quantos kg de H2O serão obtidos como produto? 
(d) Quantos kg de O2 serão necessários para 
(e) Sabendo que o ar contém 21% em massa de O2. Q
uma combustão completa? 
(f) Quantos litros de ar são necessários para a combustão completa? (dar = 1,18
 
3) Se 1 kg de benzeno (
necessários para converter todo o benzeno em CO2 e H2O? 
 
4) A remoção de CO2 de uma espaçonave tripulada tem sido feita por absorção com hidróxido de 
lítio, de acordo com seguinte reação. 
(a) Se 1,00 kg de CO2 for liberado por dia por uma pessoa, quantos quilogramas de LiOH serão 
necessários por pessoa por dia? 
nto percentual) do peso se for us
vez do LiOH? 
 
5) O resíduo ácido no papel oriundo do processo de fabricação a partir de polpa de madeira provoca 
o seu envelheci
u
de livros, mas que possa ser manipulado quimicamente de modo a formar um composto básico 
suave e essencialmente não volátil. George Kelly e John Williams conseguiram este objetivo com 
sucesso em 1976, projetando um processo de desacidificação da massa usando dietila de zinco 
gasosa (DEZ). 
 À temperatura ambiente, a DEZ, é um líquido incolor e ferve a 117ºC. Quando ela se 
combina com o oxigênio ocorre uma reação altamente exotérmica: 
 Como a DEZ líquida sofre ignição espontânea quando exposta ao ar, a primeira 
consideração a ser feita é usá-la na ausência de ar. No caso de incên
(a) A equação mostrada está balanceada? Se não estiver, balanceie. (b) Quantos kg de DEZ devem 
reagir para formar 1,5 kg de ZnO? (c) Se 20 cm3 de água se formarem durante uma reação completa, 
quantos gramas de DEZ reagiram
 
6) Em instalações de solda oxiacetilênica, o acetileno C2H2, é obtido pela reação entre a água e o 
carbeto de cálcio (CaC2). 
Deseja-se preparar 100,0 g de acetileno, (a) quantos gramas de CaC2 e (b) de água são necessários. 
 
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7) Uma planta industrial produz CO2 pelo tratamento de calcário dolomítico com ácido sulfúrico 
omercial. A análise da dolomita é: 68,0% CaCO3, 30% MgCO3 e 2,0% SiO2; o ácidoé formado 
r tonelada de dolomita tratada. 
2SO4 MgSO4 + H2O + CO2
 
8) O método mais econômico de tratamento de efluentes de esgotos é a digestão por bactéria. Como 
uma etapa intermediária na conversão de nitrogênio em nitrato, já se relatou que células da bactéria 
2 + 52 H2O + 109 H
 
Se 20000 um tanque 
séptico inoculado com a bactéria, quantos quilogramas de tecido celular serão produzidos 
vejante hipoclorito de sódio é através da reação: 
 
O gás cloro é borbulhado atra e sódio e depois o produto é 
separado do cloreto de sódio (um subproduto da reação). Uma solução aquosa com 1145 lb de 
ação da reação, expresso em mol de NaOCl para mol de NaOCl 
nte complementada? 
dicam as duas 
quações abaixo: 
2 ZnS (s) + 3 O2 (g) 2 ZnO (s) + 2 SO2 (g) 
 
Qual a massa de zinco que pode nS? 
 
nia (NH3), em três etapas 
presentadas pelas seguintes equações: 
 
c
por 94% de H2SO4 e 6% de H2O. Calcule: 
(a) Libras de CO2 produzidas por tonelada de dolomita tratada. 
(b) Libras de ácido comercial necessárias po
Suponha que as reações são completas. 
CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + H2O + CO2
MgCO3 + H
 
 
 
Nitrosomonas metabolizam compostos de amônia no interior do tecido celular, e então o nitrito é 
expelido como um subproduto, conforme a seguinte reação global: 
 
5 CO2 + 55 NH4+ + 76 O2 C5H7O2N (tecido) + 54 NO - +
kg de efluentes que contêm 5% em peso de íons amônia escoarem através de 
considerando que 95% do NH4+ sejam consumidos? 
 
9) Um método comumente usado na fabricação do al
 
Cl2 + 2 NaOH NaCl + NaOCl + H2O 
vés de uma solução aquosa de hidróxido d
NaOH puro reage com 851 lb de cloro gasoso. O NaOCl formado pesa 618 lb. 
(a) Qual foi o reagente limitante? 
(b) Qual o excesso percentual do reagente usado em excesso? 
(c) Qual é o grau de complement
que poderiam ter sido formado se a reação tivesse sido totalme
 
10) É possível obter zinco a partir de seu principal minério (ZnS), conforme in
e
 
ZnO (s) + C (s) Zn (s) + CO (g) 
 
ser produzida a partir de 873 kg de Z
11) O ácido nítrico (HNO3) é produzido industrialmente a partir da amô
re
H2SO4
dolomita 
 H2O
CO2
SO4
4
Ca
MgSO
CaCO3
MgCO3
SiO2
SiO2
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4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O 
 
2 NO + O2 2 NO2
3 NO2 + H2O 3 + NO 
Quantas toneladas de ácido nítrico podem ser produzidas a partir de 1071 kg de amônia? 
 
 
 2 HNO
 
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CAPÍTULO 4 
 
BALANÇOS 
MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4.1. Fundamentos 
 
 O princípio dos balanços materiais é a lei da conservação das massas: a massa de um 
sistema fechado permanece constante durante os processos que nele ocorrem. 
 
Exemplo 4.1.: Conforme a Figura 4.1., um pedaço de papel é colocado dentro de uma cuba (1). A 
seguir foi colocado fogo no papel (2). As cinzas foram deixadas em (3). Se tudo tivesse sido pesado 
(a cuba, o prato e as substâncias). Qual afirmação poderia ser feita com relação as massas em cada 
etapa? 
 
Figura 4.1. Ilustração do princípio da conservação das massas. 
 
 Antes de iniciar a apresentação de exemplos de balanços materiais é importante apresentar 
alguns conceitos básicos. 
 Processo: é uma ou uma série de ações, operações ou tratamentos que resultam num fim 
(produto). 
 Processo em batelada: a alimentação é carregada no sistema no começo do processo, e os 
produtos são retirados todos juntos depois de algum tempo. 
 Processo contínuo: as entradas e saída fluem continuamente ao longo do tempo total de 
duração do processo. 
 Processo em semibatelada (ou semicontínuo): qualquer processo que não é nem contínuo nem 
em batelada. 
 Estado estacionário: os valores das variáveis de processo não variam com o tempo. 
 Estado não-estacionário (transiente): quando o valor das variáveis de processo mudam com 
tempo. 
 Balanço diferencial: indica o que está acontecendo em sistema em um instante determinado de 
tempo. É usado principalmente em processos contínuos. 
 Balanço integral (total): descreve o que acontece entre dois instantes de tempo. 
 
4.2. Equação Geral do Balanço Material 
 
 Um balanço de uma quantidade conservada (massa total, massa de uma espécie particular, 
energia, momento) em um sistema (uma unidade de processo, uma série de unidades ou um 
processo completo) pode ser escrito na forma de uma equação geral de balanço material. 
 
 (4.1) acúmulo = entrada + geração - saída - consumo
 
 Dependendo das características do processo é possível fazer algumas simplificações na 
equação geral de balanço: 
 Em processos não reacionais: geração e consumo são iguais a zero. 
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 Em processos em estado estacionário: o acúmulo é igual a zero. Ou seja, a razão de entrada é 
igual à razão de saída e, portanto, a massa do sistema não varia com o tempo. 
 
Exemplo 4.2.: A cada ano, 50000 pessoas se mudam para uma cidade, 75000 pessoas abandonam a 
cidade, 22000 nascem e 19000 morrem. Escreva um balanço da população desta cidade. 
 
4.3. Técnica dos Balanços Materiais 
 
 Um balanço material poderá ser realizado de maneira informal, intuitiva, sempre que as 
relações entre as diversas correntes do processo forem óbvias. No entanto, um tratamento 
sistemático do problema é em geral desejável, quando não imperioso. Uma seqüência eficiente deve 
conter as seguintes etapas: 
1. Procurar fazer idéia mais precisa possível do processo considerado, tendo em vista, naturalmente, 
as limitações dos dados disponíveis. 
2. Esquematizar o processo num fluxograma simplificado, onde figure apenas as correntes que 
intervêm no caso específico considerado. 
3. Estudar o fluxograma e os dados de modo a relacionar mentalmente as diversas correntes do 
processo e as quantidades das diversas substâncias que compõem estas correntes. 
4. Escolher uma base de cálculo apropriada e indicá-la com clareza e destaque. 
5. Selecionar o sistema (ou sistemas) em torno do qual serão feitos os balanços. 
6. Obter um número de equações igual a quantidade de incógnitas do problema. 
 
4.4. Balanço Material em Processos sem Reação Química 
 
Exemplo 4.3.: Um espessador numa unidade de tratamento de efluentes remove água proveniente 
de lodo ativado de efluentes domésticos, conforme mostrado na Figura 4.2.. Quantos quilogramas 
de água sairão a cada 100 kg de lodo ativado que entram no espessador? O processo se dá no estado 
estacionário. 
 
 
Figura 4.2. Fluxograma do exemplo 4.3.. 
 
Exemplo 4.4.: Um tanque de armazenamento de água quente destinada a lavar lama de carbonato 
numa instalação de recuperação de soda do processo sulfato para produção de celulose recebe água 
de várias fontes. Num dia de operação, 240 m3 de condensado da fábrica são enviados para este 
tanque, 80 m3 de água quente contendo pequena quantidade de hidróxido de cálcio e soda cáustica 
vem do lavador de lama e 130 m3 são provenientes do filtro rotativo. Durante esse mesmo período, 
300 m3 são retirados para usos diversos, 5 m3 são pedidos por evaporação e 1 m3 por vazamentos. A 
capacidade do tanque é de 500 m3 e, no início do dia, está cheio pela metade. Quanta água haverá 
no tanque, no fim do dia? 
 
Exemplo 4.5.: Em uma indústria açucareira, procede-se à moagem de cana BC – 47. A referida cana 
apresenta, no período de safra, um teor médio de 80,60% de caldo com 18ºBrix (18% de açúcares). 
Na moagem, observa-se um rendimento de 97,5% em remoção de caldo. A usina tem capacidade de 
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moagem de 25 toneladas por hora com 24 horas/dia de trabalho no período de safra. Estabelecer um 
balanço material de produção de açúcar por 24 horas.Exemplo 4.6.: Duas misturas metanol-água estão contidas em recipientes separados. A primeira 
contém 40,0% em massa de metanol e a segunda 70,0%. Se 200g da primeira mistura são 
combinados com 150g da segunda, quais são a massa e a composição do produto. 
 
Exemplo 4.7.: Em um processo industrial, em produção contínua, tem-se como sub-produto uma 
solução ácida residual com a seguinte constituição em peso: 15% de ácido nítrico, 32% de ácido 
sulfúrico e 53% de água. A essa solução residual, deve-se adicionar ácido nítrico a 90% em peso e 
ácido sulfúrico a 98% em peso. Estabelecer o balanço material para se obter 1000 kg da mistura 
com 32% de ácido nítrico, 35% de ácido sulfúrico e 33% de água. 
 
Exemplo 4.8.: Temos 1500 kg de uma solução aquosa contendo 15% em massa de um sal. Deseja-
se concentrar esta solução até 40% em massa do sal. Estabeleça o balanço material. 
 
Exemplo 4.9.: Leite semidesnatado é preparado através da remoção de parte da gordura do leite 
integral. A composição em massa do leite semidesnatado é 90,5% água, 3,5% proteína, 5,1% 
carboidratos, 0,1% gordura e 0,8% cinzas. Se o leite integral contém 4,5% de gordura, calcule sua 
composição, assumindo que apenas a gordura é removida no processo de obtenção do leite 
semidesnatado. 
 
Exemplo 4.10.: Mil quilogramas por hora de uma mistura de benzeno (B) e tolueno (T) contendo 
50% em peso de benzeno são separados por destilação em duas frações. A vazão mássica de 
benzeno na corrente de topo é 450 kg B/h, e a de tolueno na corrente de fundo é 475 kg T/h. A 
operação se desenvolve no estado estacionário. Escreva os balanços do benzeno e do tolueno para 
calculas as vazões do componente desconhecido nas correntes de saída. 
 
Exemplo 4.11.: Uma mistura líquida contendo 45,0% de benzeno (B) e 55,0% de tolueno (T) em 
massa alimenta uma coluna de destilação. Deseja-se uma corrente no topo da coluna com 95,0% de 
benzeno em massa e uma corrente de produto de fundo com 8% de benzeno em massa. A 
alimentação é de 2000 kgmol/h. Determine a vazão mássica da corrente de topo (destilado) e de 
fundo (resíduo). Estabelecer a razão entre a massa de destilado e resíduo em kg/h. 
 
Exemplo 4.12.: Temos 200kg de uma solução contendo 5% de CaCℓ2 em água. Por abaixamento de 
temperatura 50% do sal cristaliza na forma de CaCℓ2.4H2O e precipita. Calcule: 
a) A quantidade, em kg, de cristais de CaCℓ2.4H2O depositados. 
b) A concentração remanescente após a cristalização. 
 
4.5. Balanço Material em Processos com Reações Químicas 
 
 Vários balanços materiais somente podem ser equacionados quando se conhecem as reações 
químicas que nele intervêm. Neste caso, observa-se a formação de um ou mais componentes 
mediante reação química dos produtos que alimentam o processo. Os cálculos de balanços materiais 
que envolvem reação química estão baseados na estequiometria química e, geralmente, a unidade de 
massa empregada é o mol ou kgmol. 
 
Exemplo 4.13.: A corrosão em tubos de caldeiras pelo oxigênio pode ser reduzida através do uso de 
sulfito de sódio. O sulfito de sódio remove o oxigênio do alimentador de água conforme a seguinte 
reação: 
2 Na2SO3 + O2 2 Na2SO4
 
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Quantos quilogramas de sulfito de sódio são requeridos teoricamente (para a reação completa) para 
remover o oxigênio de 100 toneladas de água, contendo 10,0 partes por milhão (ppm) de oxigênio 
dissolvido e, ao mesmo tempo, manter um excesso de 35% de sulfito de sódio? 
 
 A combustão, a reação rápida de um combustível com oxigênio, é talvez mais importante do 
que qualquer outro tipo de reação química industrial, muito embora os produtos obtidos da 
combustão (CO2, H2O e freqüentemente CO e SO2) sejam menos valiosos que os combustíveis 
queimados para obtê-los. A importância das reações de combustão reside na tremenda quantidade 
de energia que liberam, energia que pode ser usada para produzir vapor, que é usado para mover as 
turbinas que geram parte da energia elétrica do mundo. 
 A maior parte do combustível usado em fornalhas de combustão em plantas de energia é 
carvão (carbono, algum hidrogênio e enxofre e vários materiais não combustíveis), óleo 
(principalmente hidrocarbonetos de alto peso molecular e alguma quantidade de enxofre), gás 
(geralmente gás natural, constituído quase que exclusivamente de metano) ou gás liquefeito de 
petróleo, usualmente propano e/ou butano. Quando um combustível é queimado, o carbono reage 
para formar CO2 ou CO, o hidrogênio forma H2O e o enxofre SO2. A temperaturas maiores do que 
1800ºC, o nitrogênio do ar pode reagir para formar óxido nítrico (NO). Uma reação de combustão 
na qual é formado CO a partir de um hidrocarboneto é chamada de combustão parcial ou 
incompleta do hidrocarboneto em questão. 
 Por motivos óbvios, a fonte de oxigênio mais usada para combustão é o ar atmosférico, que 
é de graça. O ar seco tem a seguinte composição molar média: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na ma
composição pa
 Antes d
usados em pro
 Gás de ch
de combus
 Análise d
exceto o v
 
Figura 4.3. Co
 
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ÇN2 78,03% O2 20,99% Ar 0,94% Massa molecular média = 29,0
CO2 0,03% 
H2, He, Ne, Kr, Xe 0,01% 
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ior parte dos cálculos de combustão, é perfeitamente aceitável simplificar esta 
ra 79% e 21% O2, ou seja, 79 mol N2/21 mol O2. 
e prosseguir com alguns exemplos, necessitamos enfatizar alguns termos comumente 
blemas de combustão. 
aminé ou gás resultante da combustão: são todos os gases resultantes de um processo 
tão, incluindo o vapor de água, às conhecido como base úmida. 
e Orsat ou base seca: Todos os gases resultantes de um processo de combustão, 
apor de água (Figura 4.3.). 
 
mparação de análises de gases sob diferentes bases. 
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 Ar teórico (ou oxigênio teórico): é a quantidade de ar (ou oxigênio) exigida pelo processo para 
combustão completa. Às vezes, esta quantidade é denominada ar (ou oxigênio) requerido. 
 Ar em excesso (ou oxigênio em excesso): é a quantidade de ar (ou oxigênio) em excesso àquela 
requerida para a combustão completa (4.2). A quantidade calculada de ar em excesso não 
depende de quanto material realmente é queimado, mas sim do que pode ser queimado. Mesmo 
se ocorrer apenas combustão parcial, como por exemplo, a queima de C dando CO e CO2, o ar 
(oxigênio) em excesso é computado como se o processo de combustão produzisse apenas CO2. 
 
 
2 2
2
O que entra no processo O teórico% oxigênio em excesso 100
O teórico
−
= × (4.2) 
 
 Se dois reagentes participam em uma reação e um deles é consideravelmente mais caro do 
que o outro, a prática usual consiste em alimentar o componente mais barato em excesso em relação 
ao mais caro. Isto tem o efeito de aumentar a conversão do reagente valioso à custa do gasto de 
reagente barato e os gastos de bombeamento adicionais. O caso extremo de um reagente barato é o 
ar, que é de graça. Portanto, as reações de combustão são invariavelmente realizadas com mais ar 
do que necessário para fornecer ao combustível o oxigênio em proporções estequiométricas. 
 
Exemplo 4.14.: Um gás de chaminé contém 60,0% molar N2, 15,0% CO2, 10,0% O2 e o resto é H2O. 
Calcule a composição molar do gás em base seca. 
 
Exemplo 4.15.: Uma análise Orsat fornece a seguinte composição molar em base seca: N2 65%, 
CO2 14%, CO 11% e 10% O2. Uma medição de umidade mostra que a fração molar de H2O no gás 
de chaminé é 0,07. Calcule a composição molar do gás de chaminé em base úmida. 
 
Exemplo 4.16.: Estão sendo pesquisados combustíveis alternativos à gasolina para uso em veículos, 
porque eles geram níveis menores de poluentes do que a gasolina. O propano comprimido foi 
sugerido como um combustível econômico para veículos. Suponha que, num teste, sejam 
queimados 20kg de C3H8 com 400 kg de ar, produzindo 44 kg de CO2 e 12 kg de CO. (a) Qual a 
percentagem de ar em excesso? (b) Suponha que o combustívelseja uma mistura de 20 kg de 
propano e 20 kg de O2, e agora, qual a percentagem de oxigênio em excesso? 
 
Exemplo 4.17.: A geração de biogás, rico em metano, é um modo de evitar altos custos para 
eliminação de resíduos, e sua queima pode significar até 60% dos custos de operação de tais plantas 
de transformação de resíduos em energia. Quatro projetos de demonstração em escala industrial 
estão atualmente funcionando na Europa. Considerando apenas a combustão do metano, a Figura 
4.4. apresenta um processo simples de combustão, os detalhes mecânicos podem ser ignorados. 
 
 
Figura 4.4. Fluxograma de um queimador de metano. 
 
 
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4.6. Balanços em Processos de Subsistemas Múltiplos 
 
 Os processos químicos industriais raramente envolvem apenas uma única unidade. Com 
freqüência aparecem um ou mais reatores químicos, mais unidades para mistura de reagentes, para 
aquecimento ou resfriamento de correntes, para separação dos produtos um do outro e dos reagentes 
não consumidos, e para remoção de poluentes potencialmente perigosos das correntes antes da 
descarga no meio ambiente. 
 
Figura 4.5. Diagrama de fluxo de um processo com duas unidades. As linhas tracejadas 
representam as fronteiras dos sistemas em torno dos quais podem ser escritos balanços. 
 
 O procedimento para resolver os balanços de massa em processo de unidades múltiplas é 
essencialmente o mesmo já descrito anteriormente. A diferença é que você deve isolar e escrever os 
balanços para vários subsistemas do processo, de modo a obter equações suficientes para resolver 
todas as incógnitas. 
 
Figura 4.6. Fluxograma de um sistema para recuperação da acetona. 
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Exemplo 4.18.: Acetona é usada na fabricação de muitos produtos químicos e também como 
solvente. Nesta aplicação, existem muitas restrições sobre a liberação de vapor de acetona no 
ambiente. Você foi solicitado para projetar um sistema de recuperação de acetona, tendo o 
fluxograma ilustrado na Figura 4.6.. Todas as concentrações mostradas nesta figura tanto dos gases 
quanto dos líquidos estão especificadas em percentagem em peso, neste caso especial para 
simplificar os cálculos. Calcule A, F, W, B e D por hora. 
 
4.7. Cálculos de Reciclo, bypass e purga 
 
 O reciclo envolve o retorno do material que sai de um processo para o mesmo processo, 
objetivando futuro processamento (Figura 4.7.). As etapas na análise e resolução de problemas de 
balanços materiais que envolvem reciclo são as mesmas descritas anteriormente para sistemas de 
múltiplas unidades. 
 
 
Figura 4.7. Processo com reciclo. Os números designam possíveis fronteiras de sistema para 
balanços materiais. 
 
 
 
 
Figura 4.8. Centrífuga para separação de vitaminas. 
 
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Exemplo 4.19.: A fabricação de produtos, tais como penicilina, tetraciclina, vitaminas e outros 
produtos farmacêuticos, bem como produtos químicos fotográficos, corantes e outros compostos 
orgânicos finos, usualmente requerem separação de sólidos em suspensão da sua água-mãe por 
centrifugação, seguida de secagem da torta úmida. Um sistema em circuito fechado (veja a Figura 
4.8.) para descarregamento de centrífuga, secagem, transporte e recuperação de solvente inclui 
equipamento especialmente projetado para manipulação de materiais que requeiram condições 
estéreis e livres de contaminação. Dada as medidas experimentais na planta-piloto esboçada na 
Figura 4.8., qual é a corrente do reciclo R em lb/h? 
 
Exemplo 4.20.: A glicose isomerase imobilizada é usada como um catalisador na produção da 
frutose a partir da glicose num reator de leito fixo (água é o solvente). Para o sistema ilustrado na 
Figura 4.9., qual a percentagem de conversão de glicose que resulta de um único passe pelo reator 
quando a razão entre a corrente de saída e a corrente reciclada em unidades de massa é igual a 8,33? 
 
 
 
Figura 4.9. Reator de leito fixo para produção de frutose. 
 
 Uma corrente bypass (desvio) é um tipo que pula um ou mais estágios do processo e vai 
diretamente para outro estágio (Figura 4.10.). 
 
 
Figura 4.10. Corrente de bypass. 
 
Exemplo 4.21.: Na seção de preparo de carga de uma indústria de fabricação de gasolina natural, o 
isopentano é removido da gasolina livre de butano. Suponha, para simplificar, que o processo e seus 
componentes sejam aqueles mostrados na Figura 4.11.. Qual é a fração de gasolina isenta de butano 
que é percolada pela torre de isopentano? As etapas detalhadas não serão relacionadas na análise e 
resolução deste problema. O processo se dá no estado estacionário e não ocorre reação. 
 
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Figura 4.11. Planta de separação do isopentano. 
 
 Uma corrente de purga é aquela descartada com o objetivo de remover um acúmulo de 
materiais inertes ou materiais indesejados que, caso contrário, se acumulariam na corrente de 
reciclo. 
 
 
Figura 4.12. Corrente de reciclo com purga. 
 
4.8. Exercícios 
 
1) Água entra em um tanque de 2,00m3 com uma vazão de 6,00kg/s e é esvaziado com uma vazão 
de 3,00kg/s. O tanque está inicialmente pela metade. 
(a) Este processo é contínuo, em batelada ou em semibatelada? É transiente ou estacionário? 
(b) Escreva um balanço de massa para este processo. Identifique os termos da equação geral do 
balanço que estão presentes na sua equação e estabeleça os motivos para a omissão de qualquer 
termo não presente. 
(c) Quanto tempo levará para o tanque transbordar? 
 
2) Uma reação química em fase líquida A B acontece em um tanque bem agitado. A 
concentração de A na alimentação é CA0 (mol/m3) e a concentração dentro do tanque e na corrente 
de saída é CA (mol/m3). Nenhuma destas concentrações varia com o tempo. O volume do conteúdo 
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do tanque é V(m3) e a vazão volumétrica na entrada e na saída é (mv& 3/s). A taxa da reação (a taxa 
na qual A é consumido pela reação no tanque) é dada pela expressão 
 
r(mol A consumidos/s) = kVCA
 
onde k é uma constante. 
 
(a) Este processo é contínuo, em batelada ou em semibatelada? Transiente ou estacionário? 
(b) Que valor você esperaria da concentração CA se k = 0 (sem reação)? A que valor se aproximaria 
se (reação infinitamente rápida)? k →∞
(c) Escreva um balanço diferencial de A, estabelecendo quais termos da equação geral do balanço 
foram descartados e por quê. Use o balanço para derivar a seguinte relação entre as concentrações 
de A na entrada e na saída: 
 
0A
A
vCC
v kV
=
+
&
&
 
 
 Verifique se esta relação prediz os resultados da parte (b). 
 
3) Deseja-se secar um sólido com 25% de umidade em massa, em secador contínuo, conforme a 
figura abaixo. O produto a deve sair com 8% de umidade final. A carga inicial é de 850kg/h. 
Determine a quantidade de água eliminada e a massa de sólido seco produzido por hora. 
 
 
 
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4) Um processo industrial de produção de óleos lubrificantes recebe, de um depósito, um certo tipo 
de óleo de grau A.P.I. 30 à razão de 300kg/min, ver figura abaixo. De um segundo depósito, outro 
tipo de óleo de grau A.P.I. 10 á razão de 150kg/min. Os dois tipos de óleo, ao se misturarem em um 
homogeneizador provocam a formação de gomas na base de 8% em massa dos componentes. Após 
a homogeneização, a mistura de óleos é centrifugada para separação da goma formada. Determine a 
quantidade de goma e óleo homogeneizado por hora de operação da planta. 
 
 
5) O farelo de soja sai do extrator com 8% de umidade. Calcule o balanço material paraa obtenção 
de 1 tonelada de farelo por hora com 12% de umidade final em massa. 
 
6) Uma coluna de destilação é alimentada com uma solução de etanol-água cuja concentração é de 
10% em massa de etanol. No processo de destilação deseja-se um produto destilado à concentração 
de 90% em massa de etanol e o resíduo a 1% em massa de etanol. Calcular a vazão do destilado e 
resíduo sabendo que a vazão de alimentação é de 2000 kgmol/h. Estabelecer a relação entre a massa 
de destilado e resíduo em kg/h. 
 
7) Um fabricante iniciante de álcool para uso como combustível está tendo um pouco de dificuldade 
com uma coluna de destilação. A operação é ilustrada na figura abaixo. Os técnicos acreditam que 
muito álcool está sendo perdido na parte inferior da coluna de destilação (resíduo). Calcule a 
composição do resíduo e a massa de álcool perdida pelo fundo da coluna de destilação. A razão 
entre massa de destilado e alimentação é de 1:10. 
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8) No processamento de peixe, após a extração do óleo, a torta de peixe é secada em secadores de 
tambor rotativo, moída finamente e empacotada. Em um certo lote de torta de peixe contendo 80% 
de água (o restante é torta seca), 100 kg de água foram removidos, e constatou-se que o teor de água 
na torra de peixe era de 40%. Calcule o peso de torta de peixe originalmente colocada no secador, 
conforme a figura abaixo. 
 
 
9) Temos 500kg de uma solução contendo 0,25g de MgSO4 por grama de H2O. Qual a massa de 
MgSO4 na solução? 
 
10) Uma solução aquosa contém 60% de Na2S2O2. Com o resfriamento a 10ºC, o Na2S2O2.5H2O 
cristaliza. Partindo de 45 kg de solução e sabendo que a solubilidade do Na2S2O2.5H2O é de 
1,4kg/kg H2O, calcular: 
a) A massa de Na2S2O2.5H2O precipitado. 
b) A massa de água de hidratação que acompanha o sal precipitado. 
 
11) O ácido residual de um processo industrial encerra 20% de ácido sulfúrico, 10% de ácido nítrico, 
5% de ácido clorídrico e 65% de água, em peso. A fim de ser reutilizado no processo esse ácido 
deve ser fortificado até conter 27,4% de ácido sulfúrico, 21,9% de ácido nítrico e 7,5% de ácido 
clorídrico, empregando-se para isso os respectivos ácidos concentrados, que contêm 92% de H2SO4, 
87% de HNO3 e 35% de HCℓ. Calcular os pesos de ácido residual e de ácidos concentrados 
necessários para obter uma tonelada da mistura desejada. 
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12) Carbono isento de hidrogênio na forma de coque é queimado: 
(a) Com combustão completa usando ar teórico. 
(b) Com combustão completa usando 50% de ar em excesso. 
(c) Usando 50% de ar em excesso, mas com apenas 10% de carbono queimando a CO. 
Em cada situação, calcule que análise de gás deve ser encontrada por testes do gás de combustão 
com um aparelho de Orsat. 
 
13) Na fermentação anaeróbica, o fermento Saccharomyces cerevisiae digere a glicose das plantas 
para formar os produtos etanol e ácido propenóico, através das seguintes reações: 
 
Reação 1: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
 
Reação 2: C6H12O6 2 C2H3CO2H + 2 H2O 
 
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 massa de álcool etílico (C2H5OH) e do ácido 
propenóico (C2H3CO2H) remanescente no mosto? Suponha que nada de glicose é assimilado pela 
bactéria. 
 
14) Uma unidade de separação de dois estágios é mostrada na figura abaixo. Dada a corrente de 
entrada F1, 1000 lb/h, calcule ao valor e a composição de F2. 
 
15) Diversas correntes são misturadas conforme mostrado na figura abaixo. Calcule as vazões de 
cada corrente em quilogramas/segundo. 
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16) Uma coluna de destilação separa 10000 kg/h de uma mistura 50% benzeno-50% tolueno. O 
produto D recuperado do condensador, no topo da coluna, contém 95% de benzeno, e o fundo W da 
coluna contém 96% de tolueno. A corrente de vapor V que entra no condensador pelo topo da 
coluna é igual a 8000 kg/h. Uma parte do produto que sai do condensador é retornado à coluna 
como refluxo, e o restante é recolhido para ser usado em outro lugar. Suponha que as composições 
das correntes no topo da coluna (V), do produto retirado (D) e do refluxo (R) sejam idênticas, já que 
a corrente V é condensada completamente. Ache a razão entre a quantidade de produto refluxada R 
e o produto retirado (D). 
 
 
 
 
 
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17) O éter etílico é produzido pela desidratação do álcool etílico em presença de ácido sulfúrico a 
140ºC: 
2 C2H5OH C2H5OC2H5 + H2O 
Um diagrama do processo simplificado é apresentado na figura abaixo. Se ocorre uma conversão de 
87% do álcool carregado no reator por passe, calcule: 
(a) A vazão de carga fresca em quilogramas por hora. 
(b) A vazão de reciclo em quilogramas por hora. 
 
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LEITURA 
COMPLEMENTAR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Leitura 01 – Representação e Análise de Dados de Processos 
 
Arredondamentos 
 
 A redução de dígitos de um número por um arredondamento obedece às seguintes regras: (1) 
Se o dígito a ser eliminado é maior ou igual a 5, o dígito precedente é aumentado de uma unidade 
(27,76 é arredondado para 27,8); (2) Se o dígito a ser eliminado é menor do que 5, o dígito 
precedente é mantido (27,74 é arredondado para 27,7). 
 
Algarismos Significativos 
 
 Algarismos significativos são dígitos que servem para determinar o valor (tamanho) do 
número, e não para indicar meramente a posição da vírgula no número decimal. Quando um número 
é escrito corretamente, o último algarismo significativo (à direita) é aquele que pode apresentar uma 
certa incerteza ou dúvida. Um método conveniente para expressar a precisão de um número é 
aquele em que o número de algarismos significativos do número indica a precisão relativa do 
próprio número. Como exemplo, imagine você medindo o comprimento de um lápis com o uso de 
uma régua. Numa das extremidades do lápis você demarcou o zero e observou que a medida até a 
outra extremidade está compreendida entre duas graduações da régua, 20,1 cm e 20,2 cm. Na 
determinação de uma medida é prudente obter e registrar o maior número de dígitos que o 
dispositivo e o método de medida permitirem. Portanto, para o exemplo acima você deve expressar 
o tamanho do lápis como 20,10 cm, pois possui certeza de sua medida até a primeira casa decimal e 
sua incerteza encontra-se na segunda casa decimal, ou seja, o comprimento do lápis deve ser 
expresso com 4 algarismos significativos. 
 Na determinação do número de algarismos significativos de um número, seus dígitos são 
contados, inicialmente pelo primeiro dígito diferente de zero à esquerda. Os zeros terminais 
posteriores à vírgula são contados como algarismos significativos, assim como os zeros do interior 
do número. Quando um número é escrito em notação exponencial, seu número de algarismos 
significativos é determinado somente pelos dígitos do coeficiente. 
Exemplo: 
Número Número de algarismos significativos 
7,41 3 
7,0400 5 
0,00700 3 
7,00 x 10-3 3 
 
Operações com Algarismos Significativos 
 
Regra de adição-subtração: No uso destas duas operações aritméticas, o número de dígitos à direita 
da vírgula no resultado calculado deve ser o mesmo do número com menos dígitos à direita dos 
números somados ou subtraídos. 
Exemplo: Uma amostra de açúcar de 11,51 g de massa é colocada em um recipiente de 137 g de 
massa.