Serviço Público Federal – Ministério da Educação - Universidade Federal de UberlândiaFaculdade de Engenharia Química - Curso de Graduação em Engenharia Química

Introdução à Engenharia Química - Prof. Adilson J. de Assis (ajassis@ufu.br)

Curso no Moodle: http://www.moodle.ufu.br/course/view.php?id=959

Lista de Exercícios: Introdução aos Balanços de Massa Badino Jr., A. C.; Cruz, A. J. G. Fundamentos de Balanços de Massa e Energia. São Carlos: EdUFSCAR, 2010. Cap. 4

Na 3ª avaliação, será cobrado APENAS balanços de massa no estado estacionário e sem reação química, ou seja, do Cap. 4, somente os itens 4.1 a 4.7, 4.11 [exemplos 1 a 3]. 1) Caso julgar necessário, revise os conceitos principais de Balanço de Massa sem reação química e no estado estacionário que está disponível na aula a seguir: http://www.youtube.com/watch?v=c0jBNR2U4FE

2) Exercícios propostos do capítulo 4: 1, 2 e 4 (pp. 112 e 113) [o 3 já foi resolvido em sala];Erratum: no exercício 2, a solução aquosa de nitrocelulose é de 7,5% m/m.

3) Uma corrente de vazão de 1 L/min e concentração de 25 g/L é misturada dentro de uma caixa d'água com outra corrente de vazão de 2 L/min e concentração de 10 g/L. Um dispositivo no fundo da caixa d'água bombeia para outro reservatório uma terceira corrente a fim de manter o nível constante. Suponha que o sistema já tenha atingido o estado estacionário. Pede-se para calcular a vazão da corrente de saída e também a concentração da mesma (ver Fig. 1).

4) Paraxileno, estireno, tolueno e benzeno são separados em torres de destilação, como mostrado na Fig. 2.

a) Calcule as vazões molares D1, D2, B1 e B2;

b) Determine as vazões molares e as composições de D e B;

Resposta do item a): D1 = 26,25 kmol/min, D2 = 8,75 kmol/min, B1 = 17,50 kmol/min e B2 = 17,50 kmol/min;

5) O sistema de abastecimento de água em um complexo turístico no deserto do Atacama utiliza um processo de osmose inversa [erroneamente chamada de osmose reversa, pois a tradução de “reverse” do inglês para o português é “inversa”] para reduzir a concentração de sais na água a níveis potáveis. O processo global está ilustrado na Fig. 3. A unidade de osmose inversa produz uma água com concentração de 100 mg de sais por litro. Outras informações estão na figura citada.

a) Justifique a existência de “by pass” neste processo;

b) Determine o valor da vazão F' que deve ser alimentada na unidade de osmose inversa, em litros por segundo, e a quantia de água potável produzida P para 10 litros por segundo alimentados no processo;

c) Calcule a concentração de sais na salmoura exausta em miligramas por litro.

Resposta parcial: P = 2,0668 L/s e 12 475 mg/L de sal na salmoura exausta.

IEQ – FEQUI – UFU – BM no estado estacionário --- 1

Fig. 1

Fig. 2

6) [APLICAÇÃO PRÁTICA DE BALANÇOS DE MASSA] Leia o artigo intitulado “Balanços de massa com reconciliação e certificação de dados” que está disponível no link a seguir [ou no próprio Moodle] e responda às questões: http://www.cbta.com.br/artigos/BalancoMassaReconciliacaoCertificacaoDados_2.pdf

a) Qual o assunto que está sendo tratado no artigo?

b) O que é reconciliação de dados num processo químico? Qual sua importância?

c) Qual a relação entre os balanços de massa e a reconciliação de dados?

d) Se numa indústria A a quantia a ser produzida não coincide com a quantia que está saindo do processo, de acordo com as medidas existentes, aponte uma solução para este problema, de acordo com o apresentado no artigo.

7) O diagrama de fluxo de um processo no estado estacionário para recuperar cromato de potássio cristalino (K2CrO4) de uma solução aquosa deste sal é mostrado na Fig. 4. 4500 kg/h de uma solução que é 1/3 K2CrO4 em massa se junta a uma corrente de reciclo contendo 36,4% K2CrO4, e a corrente combinada alimenta um evaporador. A corrente concentrada que deixa o evaporador contém 49,4% K2CrO4; esta corrente entra em um cristalizador, no qual é resfriada (causando a precipitação de cristais sólidos de K2CrO4) e logo filtrada. A torta de filtro consiste de: cristais de K2CrO4 e uma solução que contém 36,4% de K2CrO4 em massa; os cristais constituem 95% da massa total da torta de filtro. A solução que passa através do filtro, também contendo 36,4% K2CrO4, é a corrente de reciclo.

4) A taxa de produção de K2CrO4 cristalino é:

a) 749 kg/h b) 1498,5 kg/h c) 735 kg/h d) 1470 kg/h

5) A razão de reciclo [massa de reciclo/massa de alimentação virgem] é:

a) 1,26 b) 0,26 c) 2,50 d) 1,06

5) A quantia de água evaporada é:

a) 3001,5 kg/h b) 2950 kg/h c) 2500 kg/h d) 2700 kg/h

IEQ – FEQUI – UFU – BM no estado estacionário --- 2

Fig. 3

Fig. 4