EQE-112 Introduo aos Clculos de Processo/EQA Profa. Andrea Valdman

Perodo: 01/2015 Atualizado em: 30 de abril de 2015 DEQ/EQ/UFRJ

4 Lista de Exerccios

1. Uma soluo aquosa de hidrxido de sdio contm 20% de NaOH, em massa. Deseja-se produzir uma soluo a 8% de NaOH diluindo-se a soluo a 20% com gua pura. Calcule:

a. A razo entre a quantidade de gua pura utilizada e a quantidade de soluo alimentada (g H2O pura/g de soluo a 20% de NaOH);

b. A razo entre a quantidade de soluo retirada e a quantidade de soluo alimentada (g de soluo a 8% de NaOH /g de soluo a 20% de NaOH);

c. Determine as vazes de alimentao necessrias produo de 2310 lb/min de soluo diluda.

2. A figura abaixo apresenta um esboo de um rim artificial, um dispositivo mdico usado

para remover metablitos residuais do sangue em caso de disfuno renal. O fluido de dilise passa sobre um cilindro oco de membrana sinttica, atravs da qual os metablitos residuais se difundem a partir do sangue. As mudanas de densidade causadas pela adio ou remoo dos metablitos residuais em qualquer das correntes so desprezveis. O sangue alimentado na unidade a uma taxa de 220 mL/min, enquanto o sangue regenerado deixa o processo a 215mL/min. Quanta gua e uria (o principal metablito residual) passa para o dialisado se a concentrao de uria no sangue de 2,30 mg/mL na entrada e de 1,70 mg/mL na sada?

Se o fluido de dilise entra na unidade a uma taxa de 1500 mL/min, qual a concentrao de uria no dialisado?

3. Uma planta de fabricao de verniz deve fornecer 1000 lb de soluo de nitrocelulose

a 8%. O fabricante tem em estoque soluo a 5,5%. Quanto de nitrocelulose pura deve ser dissolvido na soluo para atender ao pedido ?

4. Uma mistura polimrica deve ser formulada a partir de tres produtos A, B e C, contendo

diferentes teores de trs componentes polimricos. Frmulas aproximadas dos componentes e composies dos produtos esto listados na tabela. Determine as percentagens de cada produto A, B e C a serem adicionadas em um formulador para alcanar a composio desejada.

Composio (%)

Componente A B C Mistura desejada

(CH4)x 25 35 55 30

(C2H6)x 35 20 40 30

(C3H8)x 40 45 5 40

Total 100 100 100 100

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5. Um qumico tenta preparar cristais de brax (Tetraborato de sdio, Na2B4O7.10H2O) de alta pureza dissolvendo 100 g de Na2B4O7 em 200 g de gua fervente. A seguir, ele resfria a soluo cuidadosamente, at que certa quantidade de brax cristalize. Calcule a massa em g de Na2B4O7.10H2O recuperada nos cristais de por 100 g da soluo inicial (Na2B4O7 + H2O), sabendo que a soluo residual a 55 C contm 12,4% de Na2B4O7 aps a remoo dos cristais.

6. (Transpetro, 2012) No processamento de lcool a partir de beterraba, utiliza-se a

extrao por gua quente, retirando acares que, posteriormente, sero fermentados, gerando o lcool. Em tal processo, a beterraba triturada e lavada continuamente com gua quente. Considere uma situao na qual so processados 1000 kg/h de beterraba com 20% em massa de acar, sendo extrados 90% dos acares da beterraba. A frao mssica do acar na soluo final de 0,25 e, na corrente de polpa processada, a vazo mssica de gua trs vezes a vazo mssica do rejeito da beterraba. Qual a quantidade total de gua em kg/h que deixa o processo ?

7. A figura abaixo mostra um esquema para fazer gua fresca a partir de gua do mar

atravs de congelamento. A gua do mar pr-resfriada aspergida em um recipiente a baixa presso. O frio requerido para congelar alguma parte da gua do mar alimentada vem da evaporao de uma frao da gua que entra na cmara. A concentrao da corrente da salmoura, B, 4,8% de sal. O vapor de gua pura livre de sal comprimido e alimentado em um trocador de calor a alta presso, onde o calor de condensao do vapor removido atravs do calor de fuso do gelo que no contm sal. Como resultado, gua fria pura e salmoura concentrada (6,9%) saem do processo como produtos.

a. Determine as taxas mssicas das correntes W e D, se a alimentao 1000 Kg/h b. Determine as taxas mssicas por hora das correntes C, B e A.

8. Uma das melhores maneiras de reduzir ou eliminar lixo perigoso atravs de uma

reduo da fonte. Geralmente isso significa usar diferentes matrias-primas ou reprojetar o processo de produo de modo a eliminar a gerao de subprodutos perigosos. Como exemplo, considere o seguinte processo de extrao em contracorrente para recuperar xileno de uma corrente que contm 10% em peso de xileno e 90% em peso de slidos. A corrente da qual o xileno deve ser extrado entra na unidade 2 a uma taxa de 2000 Kg/h. O solvente para extrao, benzeno puro, alimentado na Unidade 1 a uma taxa de 1000 Kg/h. As fraes mssicas de xileno na corrente de slidos (F) e a corrente do lquido lmpido (S) tm as seguintes relaes:

Congelamento

por Expanso

Filtro

Compressor1000 kg/h

Alimentao de

gua do mar

resfriada, com

3,45% de NaCl

Vapor de gua pura

Gelo + Salmoura

com 4,8% de NaCl

Salmoura resfriada

com 6,9% de NaCl

gua resfriada

fresca e pura

B D

W

A

C

Gelo Puro

Misturador/

Trocador de Calor

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10 XF1xileno = XS2

xileno e 10 XF2

xileno = XS1

xileno

Determine as concentraes de benzeno e xileno em todas as correntes. Qual a percentagem de recuperao de xileno que entra no processo na Unidade 2?

9. Examine a figura abaixo. Qual a taxa mssica da corrente de reciclo em Kg/h ? Na

corrente C, a composio de 4% de gua e 96% de KNO3.

10. Benzeno, tolueno e outros compostos orgnicos aromticos podem ser recuperados

por extrao com solvente com dixido de enxofre. Como exemplo, uma corrente da reforma cataltica contendo 70% em peso de benzeno e 30 % de material no-benznico passa atravs do sistema de recuperao extrativa em contracorrente mostrado na figura abaixo. 1000 Kg de corrente de reforma e 3000 Kg do minrio de dixido de enxofre so alimentados por hora. A corrente de produto benznico contm 0,15 Kg de dixido de enxofre por Kg de benzeno. A corrente de rejeito contm todo o material no benznico inicialmente carregado, assim como 0,25 Kg de benzeno por Kg de material no-benznico. O componente restante na corrente de rejeito o dixido de enxofre. a. Quantos quilos da corrente de produto (corrente benznica) so extrados por hora? b. Se 800 kg de benzeno, contendo 0,25 Kg de material no-benznico por Kg de

benzeno, esto escoando por hora em um ponto A, e 700 Kg de benzeno, contendo 0,07 Kg de material no-benznico por Kg de benzeno, esto escoando no ponto B, quantos quilos (excluindo o dixido de enxofre) esto escoando nos pontos C e D ?

Unidade

1

Unidade

2

100% de Benzeno

1000 Kg/h

Corrente de Resduos

0,9 de slidos

S1, lquido claro

(Nenhum slido)

0,9 de slidos

F1

Corrente do produto

(Nenhum slido)

0,9 de slidos

0,1 de Xileno

Alimentao

2000 Kg/h

S2S0

F2 F0

Evaporador

Crista

lizador

100% guaW

RM

300F

50%

KNO3

Cristais de KNO3 + H2O

10.000 kg/h de uma

soluo de KNO3 a 20%

Alimentao

C

Reciclo: 100 F

Soluo Saturada (0,6kg/

kg H2O)

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Gabarito:

1. a. 1,5 b. 2,5 c. Soluo a 20%: 924 lb/min; gua pura: 1386 lb/min.

2. a. gua = 5 ml, uria = 141 mg b. 0,0934 mg/mL

3. 26,5 lb

4. a. A=0,600, B= 0,350 e C=0,05

5. 51,8 g Na2B4O7.10H2O/100 gH2O

6. 3000 kg/h

7. a. W = 500 Kg/h e D = 500 Kg/h b. A = 281 Kg/h , B = 719 Kg/h e C = 219 Kg/h

8. - Corrente S1: Xi = 0,968 e Bz = 0,032 - Corrente F1 : Bz = 0,081 e Xi = 0,019 - Corrente S2: Bz = 0,807 e Xi = 0,194 - Corrente F2: Xi = 0,003 e Bz = 0,097 - Recuperao: 96,78%

9. 7667 Kg/h

10. a. 718,75 Kg/h b. 1375 Kg/h em D e 1124 Kg/h em C, ambos livres de SO2.

Corrente

de produtoB

Dixido de enxofre

3000 kg/h

3 2 1

C

A

D

Rejeito

0,25 kg Bz

kg de no Bz

1000 kg/h de reformado

catalitico com 70% de Bz