Operações Unitárias A

BALANÇO DE MASSA

1) Uma mistura de benzeno e tolueno contendo 40,00% em quantidade de matéria de benzeno é carga de uma torre de destilação. Deseja-se recuperar 90,0% do benzeno no destilado, cuja fração em quantidade de matéria de benzeno deve ser 92,5%. Se se pretende produzir 500 kg/d de benzeno na corrente de destilado, calcule a vazão das três correntes.

2)

3) Uma torre de absorção deverá ser dimensionada para absorver 95% da acetona presente em uma mistura gasosa, cuja composição (xi%) é ar = 80,0% e acetona = 20%. A acetona será absorvida por contato em contracorrente com água pura, gerando uma solução aquosa com vazão mássica de 100 kg/h, contendo 10,0% de acetona (% massa). Calcule:

a) a vazão molar da mistura gasosa a ser alimentada na torre;

b) a composição do gás efluente da torre.

Obs.: despreze a solubilidade do ar na água.

4) As membranas representam uma tecnologia mais recente na separação de gases. Uma aplicação que tem chamado a atenção é a separação de nitrogênio e oxigênio do ar. A figura ilustra uma membrana nanoporosa, que é feita pela colocação de uma camada muito fina de polímero sobre uma camada de suporte porosa de grafite. Qual a composição da corrente de resíduos se esta totaliza 80% da quantidade que entra?

5) 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.

1

Ministério da EducaçãoUniversidade Tecnológica Federal do ParanáDiretoria de Graduação e Educação ProfissionalDepartamento Acadêmico de Química e BiologiaBacharelado em Química

6) O ácido sulfúrico diluído tem que ser adicionado para secar baterias carregadas em postos de gasolina para ativá-las. Você foi solicitado para preparar uma batelada de ácido 18,63% novo, conforme a seguir. Um tanque de uma solução de ácido velha de uma bateria fraca contém 12,43% de H2SO4 (o restante é água pura). Se 200 kg de H2SO4 forem adicionados ao tanque, a solução final será de 18,63% de H2SO4. Quantos quilogramas de ácido de bateria foram feitos?

7) Os peixes capturados pelos homens podem ser transformados em farinha de peixe, e esta pode ser usada como ração para a produção de carne para o homem ou pode ser usada diretamente como alimento. O uso direto da farinha de peixe aumenta significativamente a eficiência da cadeia alimentar. Entretanto, o concentrado de proteínas de peixe, principalmente por motivos estéticos, é usado como fonte suplementar de proteína alimentar. Como tal, ele compete com proteína de soja e outras proteínas oleígenas.

No processamento do peixe, após a extração do óleo, a torta de peixe é secada em secadores de tambor rotativo, moída finamente e empacotada. O produto resultante contém 65% de proteína. Em um certo lote de torta de peixe contendo 80% de água, 100 kg de água foram removidos, e constatou-se que o teor de água na torta de peixe era 40%. Calcule o peso de torta de peixe originalmente colocada no secador.

8) Um tanque contém 10.000 kg de uma solução saturada de Na2CO3 a 30 oC. Você quer cristalizar desta solução 3.000 kg de Na2CO3.10 H2O sem qualquer acompanhamento de água. A que temperatura a solução deve ser resfriada?

Dados de solubilidade em função da temperatura: Temperatura (oC)Solubildade

(g Na2CO3/100 g H2O)0 7

10 12,520 21,530 38,8

9) De um forno queimando gás combustível resultou a seguinte análise de Orsat dos gases de combustão: CO2 = 7,53%, O2 = 7,53%, CO = 0%. Calcule:

a) a % de excesso de ar;

b) a composição do gás de chaminé.

10) Um óleo combustível é queimado em forno gerando um gás de combustão com a seguinte análise de Orsat: CO2 = 13,2%, O2 = 3,6%, CO = 0,4%. Calcule:

a) a % de excesso de ar;

2

Coluna AbsorvedoraAcetona 4%Água 96%(B)

Acetona 19%Água 81%(F)

Ar 95%Acetona 3%Água 2%(G)

Coluna de Destilação

Ar 99,5%Água 0,5%(A)

Água 100%(W)

b) razões mássicas: ar de combustão/óleo combustível e gás de chaminé/óleo combustível;

c) composição centesimal do óleo.

11) Um combustível de hidrocarbonetos é queimado com excesso de ar. A análise de Orsat do gás de combustão fornece: 10,2% de CO2, 1,0% de CO, 8,4% de O2 e 80,4% de N2. Qual a razão atômica de H para C no combustível?

12) Acetona é usada na fabricação de muitos produtos químicos e também como solvente. Nesta última 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 a seguir. Todas as concentrações tanto dos gases quanto dos líquidos estão especificadas em % em massa, neste caso para simplificar os cálculos. Calcule A, F, W, D e B por hora.

Fonte: HIMMELBLAU, D.M. Engenharia Química Princípios e Cálculos. 7. ed. Rio de Janeiro: Prentice-Hall do Brasil, 2006. BRASIL, N. I. Introdução à Engenharia Química. Rio de Janeiro: Ed. Interciência, 1999.

Acetona 99%Água 1%(D)

3