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

Perodo: 01/2015 Atualizado em: 12 de maio de 2015 DEQ/EQ/UFRJ

5 Lista de Exerccios

1. Considere um processo no qual a reao principal :

Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO

E a secundria :

Fe2O3 + C 2FeO + CO

Aps misturar 600 lb de carbono com 1 ton de Fe2O3, a corrente que deixa o reator constituda por

1200 lb de Fe puro e 183 lb de FeO. Calcule:

a. O percentual em excesso de C alimentado, baseado na reao principal. b. O percentual de converso de Fe2O3 em Fe. c. A quantidade, em lb, de C consumida e de CO produzida, por tonelada de Fe2O3 alimentada

no processo.

2. Uma pequena indstria obtm Cl2 para seu consumo fazendo passar uma mistura seca de HCl e ar presso atmosfrica pelo interior de tubos contendo um catalisador aquecido, que promove

a oxidao do HCl. Emprega-se 40% de ar em excesso. Admitindo-se ainda que a reao de

obteno de cloro 50% completa, calcule a composio dos gases que saem do reator tubular e

a quantidade de matrias primas necessrias por tonelada de Cl2 produzido. Dados auxiliares:

Peso Molecular Mdio de Ar = 28,84 kg/kgmol.

3. O cido sulfrico pode ser produzido pelo processo de contato de acordo com as seguintes reaes:

S + O2 SO2

2SO2 + O2 2SO3

SO3 + H2O H2SO4

Como parte do projeto preliminar de uma planta com capacidade de produo 2000 t/dia de cido

sulfrico (93,2% de H2SO4 em peso), deve-se calcular:

a. Quantas toneladas de enxofre puro so consumidas por dia? b. Quantas toneladas de oxignio so necessrias por dia? c. Quantas toneladas de gua so necessrias por dia para a reao (3)?

4. Na produo de etileno, a partir da desidrogenao de etano, 100kgmoles/h de uma corrente contendo 85% de C2H6 e 15% de inertes alimentam um reator. Sabendo-se que a composio na

sada do mesmo :

C2H6 - 30,3% C2H4 28,6% H2 26,8% CH4 3,6% inertes: 10,7%

Calcule:

a. A converso do etano. b. Os rendimentos do etileno, baseados na alimentao e consumo de reagentes. c. A seletividade do etileno em relao ao metano.



5. Em uma tentativa para gerar NO de modo econmico, NH3 gasosa queimada com 20% de excesso de O2, de acordo com a reao

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

A reao 70% completa. O NO separado de NH3 que no reagiu e este reciclado conforme

esquema a seguir:

Calcule:

a. O nmero de mols de NO formados por 100 mols de NH3 alimentados. b. O nmero de mols de NH3 reciclados por mol de NO purgado.

6. Um isomerizador um reator cataltico onde h rearranjo de ismeros, de tal modo que o nmero de mols que entra igual ao nmero de mols que sai. Um processo mostrado no

esquema a seguir tem sido utilizado para produzir um produto rico em p-xileno, a partir de uma

carga de aromticos constituda pelos seguintes compostos:

A etilbenzeno B o-xileno C m.xileno D p.xileno

Sabe-se ainda que 80% do etilbenzeno alimentado torre removido no topo da mesma e que a

razo do nmero de mols da carga (CP) do processo em relao ao nmero de mols do produto do

cristalizador (P) 1,63.

Tomando por base as informaes fornecidas, calcule:

a. A razo de reciclo (RC/FI). b. O nmero de mols que saem do isomerizador (FI) por mols de carga pura (CP).

Nota: Na isomerizao no h mudana no nmero de mols. Assim, o nmero de mols na

alimentao deve ser igual ao na sada. Do resto, lembre-se que somente h reao no interior do

isomerizador.

Todas as composies do fluxograma esto em % molar.

Reator

Separador

O2

NH3

Reciclo de amnia H2O

NO

O2

Cristalizador IsomerizadorColuna de

destilao

Produto (P)

Reciclo (RC)

Carga Pura (CP)

A=15

B=20

C=50

D=15

FI

A=4

B=29,4

C=54

D=12,5

FT

A=7

B=27

C=44,4

D=21,6

DT

A=60

B=6,5

C=16,5

D=17



7. Uma caldeira flamotubular queima leo diesel para produzir e disponibilizar vapor dgua para vrios setores de uma planta. Neste equipamento esto conectadas tubulaes separadas para a

entrada de gua, oxignio e combustvel, e sada de vapor e de gs residual de combusto. O

oxignio e o combustvel alimentam o circuito de combusto, que utiliza 30% de excesso de

oxignio, considerando como reagentes limitantes o carbono e o hidrognio. O circuito de

gua/vapor independente do circuito de combusto, no havendo contato direto entre estes

circuitos. Os gases formados atravs da combusto so formados pela queima completa dos

componentes do combustvel e so enviados para a chamin da caldeira.

Para reduzir a emisso de poluentes na atmosfera, os gases que saem da chamin so enviados a

um absorvedor (separador). O gs carbnico e o vapor dgua formados na combusto so separados atravs deste absorvedor, onde alimentada uma soluo de NaOH em

contracorrente, gerando duas correntes de efluentes: uma corrente lquida de carbonato de sdio

(Na2CO3), decorrente da reao com todo o gs carbnico formado, e uma corrente gasosa

contendo os demais gases provenientes da combusto.

Dad

os

da

pla

nta

Processo: Laboratrio:

Vazo de entrada de gua: 500 l/h Densidade do combustvel: 0,9 kg/l

Vazo de entrada de combustvel: 30 l/h Frao mssica de carbono (C) no combustvel: 85 %

Frao mssica de hidrognio (H) no combustvel: 8 %

Frao mssica de inerte no combustvel: 7 % Obs.: Os dados foram medidos em estado estacionrio

a. Desenhe o fluxograma do processo, identificando as vazes e composies de todas as correntes, indicando as variveis conhecidas e desconhecidas;

b. Qual a vazo mssica de vapor produzida ? c. Qual a vazo molar de oxignio utilizada ? d. Qual a vazo e composio mssica da corrente gasosa na sada do separador ? e. Se fosse utilizada uma corrente de ar como comburente, qual a vazo mssica da mesma?

8. (Petrobrs Engenheiro de Processamento Junior 2010) O metanol pode ser produzido a partir da oxidao do metano, utilizando-se catalisadores em condies controladas de temperatura e presso, segundo

a reao:

CH4 + O2 CH3OH

Um reator, resfriado com camisa, recebe uma corrente de alimentao de 56 kg/h, cuja composio

de 60% de metano e 40% de oxignio, em base molar. A corrente de gua alimentada camisa

com uma vazo de 100l/h, permitindo que a corrente de sada de produto mantenha-se em torno

de 20oC.

a. Qual o reagente limitante? b. Qual a vazo mssica na sada do reator, considerando um rendimento em relao

alimentao igual 1 ?

c. Qual a vazo molar de sada de gua de resfriamento?

9. (Petrobrs Engenheiro de Processamento Junior 2006) O propano (C3H8) desidrogenado para formar propileno (C3H6) em um reator cataltico. O processo precisa ser projetado para uma converso

global de 95% de propano. O produto da reao enviado a um separador, que por sua vez

produz duas correntes: uma corrente de hidrognio (H2), propileno (C3H6) e propano (C3H8);

uma corrente de propano (C3H8) no reagido e propileno (C3H6), que reciclada e entra na

corrente de alimentao do reator.

Qual a composio molar do propileno na corrente de produto final?



10. (Petrobras Biocombustveis, 2010) O fluxograma abaixo mostra as substncias presentes em cada corrente para um processo de decomposio de um composto A pela reao A B + C. A corrente de alimentao do processo consiste de 100kmol/h de A e 1kmol/h de inerte I. O

efluente do reator contm 68kmol/h de A e a corrente de purga, 34kmol/h de A.

a. Qual a converso por passe? b. Qual a converso global? c. Qual a concentrao molar do inerte na corrente de alimentao do reator?

Gabarito: 1.

a. 20,69 b. 77,81 c.938 lb CO/ton Fe2O3 e 402 lb C/ton Fe2O3

2. HCl = 19,67 Cl2 = 9,84 O2 = 8,85 N2 = 51,80 H2O = 9,84

2,056 ton HCl/ton Cl2, 2708 kg Ar/ton Cl2

3. a. 608,65 ton S/dia b.913 ton O2/dia c.478 ton H2O/dia

4. a. 50,02 b. RAlimentao = 47,16% / RConsumo = 94,3% c. 7,94

5. a. 100 mols NO b.0,4286 mols NH3/mol de NO purgado

6. a. 0,9067 b.4,4125 moles FT/ moles CP

7. a. b.500kg/h c. 3,19 kmols/h d. 44,89 kg/h; 53% de O2, 4 % de inerte, 43 % H2O

e. 437,4 kg/h

8.

a. CH4 b. 56 kg/h c. 5,56 kmol/h 9.

a. 48,7% 10.

a. 50% b. 66% c. 1,5%

Reator

Separador1

A,I

2

A,I

3

A,I,B,C

4 B

5

C

6 A,I

7

A,I

8

A,IPurga

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