UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ

CECE - CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS

PROF. LEILA DENISE FIORENTIN FERRARI

LISTA 1° BIMESTRE: PRINCÍPIOS E CÁLCULOS DA ENGENHARIA QUÍMICA

Questão 1) Fazer exercícios Cap 3 – Escolhendo uma base: Exemplo 3.1, 3.2, 3.5. Questão 2) Selecione uma base de cálculo. Você tem 25 lb de um gás com a seguinte composição: CH4=80%, C2H4=10% e C2H6=10%. Qual é a massa molecular média da mistura? Qual é a fração ponderal (mássica) de cada composto da mistura? Não precisa resolver. Questão 3) Dois engenheiros estão calculando a massa molecular média de uma mistura gasosa contendo oxigênio e outros gases. Um deles utiliza o valor correto de 32 para a massa molecular do oxigênio, determinando a massa molecular média da mistura como 39,2. O outro utiliza erradamente 16 para a massa molecular do oxigênio, encontrando 32,8 para a massa molecular média. Este é o único erro cometido em seus cálculos. Qual é a percentagem de oxigênio na mistura expressa em % molar? Apenas aponte uma base adequada para resolver o problema, não é necessário resolvê-lo. Questão 4) Um fabricante formula óleo lubrificante misturando em um tanque 300 kg/min de óleo N° 10 com 100 kg/min de óleo N° 40. O óleo é homogeneizado, sendo retirado do tanque a uma vazão de 380 kg/min. Admita que o tanque não contenha óleo no início do processo de mistura. Quanto óleo permanece no tanque ao final de uma hora de operação? R: 1200 kg.

Questão 5) Água entra em um tanque de 2,00 m3 com uma vazão de 6,0 kg/s e é esvaziado com uma vazão de 3,0 kg/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 que possivelmente serão cancelados. R: 3,0 kg/s. Questão 6) Tanques com agitação podem ser usados para misturar correntes de composições diferentes, de modo a produzir uma corrente de saída com composição intermediária. Avalie o fechamento do balanço material global e dos balanços materiais de componentes para esse processo. O fechamento de balanço significa quão adequadamente os valores das entradas concordam com os das saídas em um processo estacionário. R: Balanço fecha satisfatoriamente, mas não exatamente.

Questão 7) Examine os processos na Figura. Cada caixa representa um sistema. Para cada um deles determine se: a) O processo está em: estado estacionário, estado não-estacionário ou condições desconhecidas. b) O sistema é: fechado, aberto, nenhum dos dois ou ambos. Nesta figura a linha ondulada representa o nível inicial do vaso quando se inicia o escoamento. No caso (c) o tanque mantém-se fechado.

Questão 8) Considere um aquecedor de água doméstico. Admita que o casco de metal do tanque seja a fronteira do sistema. a) Qual é o sistema? b) O que está do lado de fora do sistema? c) O sistema está trocando material com o seu exterior? d) Você poderia escolher outra fronteira do sistema? Questão 9) Para o processo abaixo, quantas equações de balanço material podem ser escritas? Escreva-as. Quantas equações de balanço material independentes existem nesse conjunto? Resolva. R: 3 equações independentes.

Questão 10) No processo em estado estacionário, nenhuma reação química ocorre, pede-se para determinar se existe uma única solução para os valores das variáveis. Mostre todos os cálculos e considerações. Faça análise do N°GL (número de grau de liberdade). R: N° GL=-1

Questão 11) O conteúdo do tanque A, com 90% de nitrogênio, é misturado com o do tanque B, com 30% de nitrogênio, para se obter o conteúdo do tanque C, com 65% de nitrogênio. Pede-se que você determine a razão entre as quantidades de gás usadas dos tanques A e B. Escreva a eq. do balanço, simplificações, analise de N°GL. R: A/B=1,4. Questão 12) Trezentos galões de uma mistura contendo 75% em massa de etanol e 25% de água (densidade relativa da mistura=0,877) e uma quantidade de mistura de 40% em massa de etanol e 60% de água (densidade relativa=0,952) são misturados para produzir uma mistura 60% em massa de etanol. Desenhe e rotule o fluxograma do processo e faca uma análise do grau de liberdade. Calcule V40, o volume requerido da mistura de 40%. R: 207 gal Questão 13) Destilam-se mil kilogramas por hora de uma mistura contendo partes iguais em massa de metanol e água. As correntes de produto saem pelo topo e pelo fundo da coluna de destilação. A vazão da corrente de produto do fundo é 673 kg/h, enquanto a corrente de produto do topo contém 96%, em massa de metanol. a) Desenhe e rotule um fluxograma do processo e faça a análise dos graus de liberdade b) Calcule as frações mássica e molar de metanol e as vazões molares de metanol e água na corrente de produto de fundo. R. fração molar metanol: 0,176 mol CH3OH/mol. Questão 14) A fração orgânica em efluentes é medida em termos de material com demanda bioquímica de oxigenio (DBO), a saber a quantidade de oxigênio requerida para biodegradar o teor de produtos orgânicos. Se a concentração de oxigênio dissolvido (OD) em um corpo hídrico torna-se muito baixa, os peixes nessa corrente morrerão. A agência de proteção ambiental americana estabeleceu um valor mínimo de OD para lagos no verão de 5 mg/L. Uma corrente hídrica escoa a 0,3 m3/s e tem uma DBO inicial de 5 mg/L antes de chegar ao ponto de descarga de uma planta de tratamentos de esgotos. Sabendo

que essa planta descarta 3,785 ML/dia de resíduos tratados, com um nível de DBO de 0,15 g/L, qual será o valor de DBO imediatamente após o ponto de descarte da planta? Causará algum problema ao meio ambiente este descarte? R: 23,475.10-3g/L. Questão 15) Fazer exercícios Cap 11 – Problemas de balanço material..... Exemplos11.1, 11.2, 11.3, 11.4. Questão 16) A figura mostra um processo de separação em três estágios. A razão de P3/D3 é 3, a razão de P2/D2 é 1 e a razão de A para B na corrente P2 é 4 para 1. Calcule a composição e o percentual de cada componente na corrente E. Escreva a eq. do balanço, considerações, análise do N°GL. R: D1=D2=P2=P3=30, E=10, D3=10.

Questão 17) Uma mistura líquida contendo 30% molar de benzeno (B), 25% de tolueno (T) e o resto de xileno (X) alimenta uma coluna de destilação. O produto de fundo contém 98% molar de X e nenhum B e 96% do X na alimentação são recuperados nesta corrente. O produto de topo alimenta uma segunda coluna. O produto de topo da segunda coluna contém 97% do B contido na alimentação desta coluna. A composição desta corrente é 94% molar de B e o resto de T. a) Desenhe e rotule um diagrama de fluxo para esse processo e faça uma análise do grau de liberdade b) Calcule (i) a percentagem do benzeno na alimentação do processo (a alimentação da primeira coluna) que sai no produto de topo da segunda coluna e (ii) a percentagem do tolueno na alimentação do processo que sai no produto de fundo da segunda coluna. R: benzeno 97% e tolueno 89%.