Atividade de Processos Químicos Industriais

Desejase produzir em uma unidade industrial 1940 kgh de uma solução aquosa de Etilenoglicol C2H6O2 a 50 em massa 50 da massa da solução é Etilenoglicol O processo é baseado na hidrólise catalítica do óxido de etileno C2H4O O processo começa com uma corrente de C2H4O carga nova sendo misturada a corrente de reciclo de C2H4O e outra corrente contendo água inicialmente a 30ºC Essas substâncias são alimentadas em um vaporizador V aquecidos e vaporizados até 200ºC A mistura é inserida em um reator que opera isotermicamente a 200C O efluente gasoso que sai do reator passa em um condensador C para ser resfriado para que toda água se torne líquido saturado O oxido de etileno gasoso é separado dos líquidos e reciclado e uma solução aquosa de etilenoglicol sai do fundo do separador conforme fluxograma Sabendo que nas condições de processo a conversão do óxido de etileno na reação é de 73 C2H4Og H2Og C2H6O2g E lembrando ainda que a ÁGUA NÃO CONVERTIDA NÃO É RECICLADA E SAI JUNTO COM O PRODUTO FINAL determine use ponto para separar os decimais nas respostas ex 075 a A carga nova em tonano de óxido de etileno C2H4O 10 ponto Carga nova de Óxido de Etileno tano b A carga nova em tonano água necessárias ao processo 10 ponto Carga Nova de água tano c A taxa de reciclo de óxido de etileno utilizadas kmolh 10 ponto A taxa de reciclo de óxido de etileno utilizada foi kmolh d Determine o Potencial econômico Básico PE1 do processo em USkg de solução a 50 20 ponto o Potencial econômico Básico PE1 do processo é USkg de solução a 50 Benzaldeído C6H5CHO é produzido em processo contínuo a partir do tolueno C6H5CH3 como representado pela reação C6H5CH3v O2g C6H5CHOv H2Ov Considere o diagrama que representa simplificadamente o processo e a seguinte descrição Ar seco 79vol de N2 e 21vol de O2 é misturado a tolueno a uma temperatura de 40ºC e juntos passam no aquecedor A e alimentados em um reator a 200ºC e 1atm com 40 de ar em excesso A conversão de tolueno no reator é de 185 e os produtos deixam o reator a 300ºC Os gases efluentes do reator passam através de um condensador C até que toda a água presente na mistura esteja condensada como líquido saturado O resíduo gasoso é separado dos líquidos em uma torre de flash S e são descartados Os líquidos seguem para um sistema de separação composto por duas torres na primeira D removemos toda á agua produzida no processo enquanto na segunda torre T separamos o Benzaldeído puro e o tolueno que será reciclado Considerando que são produzidos 1240 kgh de benzaldeído puro determine a A alimentação do processo kgh e o reciclo kmolh de Tolueno 15 ptos A carga nova de Tolueno será de kgh 10 ponto e o reciclo de tolueno será de kmolh 05 pontos b O fluxo molar da corrente entra no separador S 05 ptos O fluxo molar total na corrente que entra no separador S será de kmolh c A vazão de ar que entra no processo kmolh 10 ptos a quantidade de N2 associada ao ar da alimentação será de kmolh e a quantidade de ar será de kmolh d O potencial econômico básico PE1 20 ptos O potencial econômico básico será de US kg de Benzaldeído O metanol pode ser produzido pela reação CO2g 3 H2g CH3OHv H2Ov Uma mistura contendo CO2 e H2 é alimentada no Reator R na proporção molar de 15 1mol de CO2 para cada 5 de H2 A corrente de saída do reator é resfriada no condensador C onde todo metanol saia como líquido saturado e separados dos demais gases no separador S Os gases são reciclados e misturados a carga nova que é em seguida é aquecida no aquecedor A de 30ºC a 250ºC A mistura é alimentada no reator opera isotermicamente e sua taxa de conversão é de 66 em relação ao CO2 Os líquidos são purificados na coluna de destilação D e saem do processo Determine considerando uma produção de 1340 kgh de metanol contendo 3 de água em sua composição use ponto para separar os decimais nas respostas ex 075 a A vazão de CO2 e H2 alimentadas no processo em tonano 10 ponto A carga nova de CO2 será de tano A carga nova de H2 será de tano b A taxa mássica de água kgh que sai do processo 10 ponto A taxa mássica de água que sai do processo será de kgh c Qual o vapor saturado indique temperatura e pressão deve ser utilizado para para aquecer a corrente de entrada em A 10 ptos A pressão do vapor saturado a ser utilizado no processo será de kgfcm² e a temperatura de ºC d Sabendo que devem ser removidos 3 GJh de calor para efetuar o resfriamento no condensador C determine a quantidade de água m³h que deve ser empregada sabendo que ela está disponível a 30ºC e não deve ultrapassar 50ºC 10 ponto A vazão mássica de água de resfriamento será de kgh e a vazão de água de resfriamento será de m³h e O custo da água utilizada no condensador C em USano 10 ponto O custo de água de resfriamento será de USh e o custo anual será de USano 1 Produção desejada 1940 kgh de C2H6O2 50 mm 970 kgh de etilenoglicol 970 kgh de H2O Reação C2H40 H2O C2H6O2 Saída 970 kgh C2H6O2 35645 kmolh 970 kgh H2O 539 kmolh Recalo C2H4O não convertido 15645 kmolh 73 x 100 x 21431 kmolh 21431 kmolh 15645 kmolh 5786 kmolh Entrada C2H4O novo C2H4O recado 21431 kmolh C2H4O novo 15645 kmolh H2O nova H2O reage H2O produto H2O nova 15645 kmolh 539 kmolh 69534 kmolh Respostas a carga nova de óxido de etileno 15645 kmolh 44 kgkmol 8760 hano 1 t1000 kg 603027 tano b carga nova de água 69534 kmolh 18 kgkmol 8760 hano 1 t1000 kg 1096413 tano c recado de óxido de etileno 5786 kmolh d Potencial econômico básico 244440 121454 1940 0633 USkg de solução a 50 valor do produto quantidade de produto custo dos reagentes 2 Produção desejada 3240 kgh de C6H5CHO 3240 kgh C6H5CHO 11698 kmolh Reação C6H5CH3 O2 C6H5CHO H2O Saída produto 11698 kmolh C6H5CHO Recado tolueno não convertido 11698 kmolh 185 x 100 x 63232 kmolh 63232 kmolh 11698 kmolh 51534 kmolh Entrada C6H5CH3 novo C6H5CH3 recado 63232 kmolh C6H5CH3 novo 11698 kmolh O2 O2 reage 40 O2 excesso O2 11698 kmolh 140 16377 kmolh O2 21 de Ar X 100 de Ar X 16377 kmolh 021 77986 kmolh de Ar N2 77986 kmolh 16377 kmolh 61609 kmolh separador Tolueno não reagido O2 excesso N2 H2O Benzal deido 141218 kmolh 51534 4679 61609 11698 11698 kmolh Respostas a carga nova de tolueno e recado 11698 kmolh 92 kgkmol 107622 kgh 51534 kmolh b corrente do separador 14122 kmolh c Quantidade de N2 e quantidade de ar 61609 kmolh e 77986 kmolh d Potencial econômico básico 751410 4450339 1240 2466 USkg de congelado valor do produto quantidade de produto custo dos reagentes Produção desejada 1340 kgh de CH3OH com 3 de H2O 1340 kgh 097 1299 kgh de CH3OH 1340 kgh 003 402 kgh de H2O Reação CO2 3H2 CH3OH H2O Saída produto 1299 kgh de CH3OH 40619 kmolh 402 kgh de H2O 223 kmolh Rendido 40619 kmolh 66 relação 31 entre CH3OH e CO2 x 100 x 61544 kmolh de CO2 61544 kmolh 40619 kmolh 20925 kmolh Alimentação CO2 novo CO2 rendido 61544 kmolh CO2 novo 40619 kmolh H2 novo H2 rendido 5 CO2 H2 novo H2 rendido 30772 kmolh H2 novo H2 consumido H2 novo 40619 x 3 121857 kmolh Respostas a Carga nova de CO2 e H2 40619 kmolh 44 kgkmol 8760 hano 1t1000kg 15655772 tano 121857 kmolh 2 kgkmol 8760 hano 1t1000kg 2135164 tano b Água que sai do processo 402 kgh H2O no produto 6909375 kgh água pura 73114 kgh H2O total no processo c pressão do vapor saturado 42 kgfcm2 temperatura 252 ºC d Vazão mássica m Q Cp ΔT 3 x 106 4167 20 36000 kgh Vazão volumétrica V 36000 kgh 1000 kgm3 36 m3h e Custo da água 36 m3h US 1480 1000 m3 05328 USh 05328 USh 8760 hano 4667328 USano