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Calculo de Processos
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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
EQE-112 Introduo aos Clculos de Processo/EQA Profa. Andrea Valdman
Perodo: 01/2015 Atualizado em: 30 de abril de 2015 DEQ/EQ/UFRJ
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
EQE-112 Introduo aos Clculos de Processo/EQA Profa. Andrea Valdman
Perodo: 01/2015 Atualizado em: 30 de abril de 2015 DEQ/EQ/UFRJ
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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Perodo: 01/2015 Atualizado em: 30 de abril de 2015 DEQ/EQ/UFRJ
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