Atividade Eng de Processos

UNIVAP FEAU FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA DE PROCESSO 2024 LISTA 02 BALANÇO DE MASSA SEM REAÇÃO QUÍMICA Observação o anexo a ser entregue deverá ter o seguinte nome Lista 02 Nome do aluno 1 Um vapor com fração em massa propano 300 nbutano 300 e npentano 40 é carga de uma torre de destilação O teor mínimo de propano no destilado deve ser de 650 em massa O destilado será enviado para outra torre onde a recuperação do propano deve ser de 960 Calcular a A vazão mássica da carga da primeira torre de destilação para se produzir 12 Mgd de propano no destilado da segunda torre se a relação destiladocarga da primeira torre corresponde a 40 em massa b A recuperação do propano em relação à carga da primeira torre de destilação 2 As frações em massa da carga e do destilado de uma torre de destilação são dadas abaixo Calcule a fração mássica do resíduo sabendose que o destilado corresponde a 40 em quantidade de matéria da carga 3 Um sólido contendo 280 de água é continuamente alimentado com a vazão mássica de 1000 kgh em um secador a ar para reduzir o teor de água a um máximo de 35 O ar fresco usado para aquecimento tem a umidade de 090 kg água100 kg ar seco e o ar efluente do secador deve ser limitado a 214 kg água100 kg ar seco Calcular A de remoção de água do sólido original A vazão mássica de ar fresco na entrada do secador 4 Uma lama de talco contém 700 em massa de água 80 da água é removida por filtração e secagem o que faz reduzir a massa de lama em 750 kg Calcular A massa original de lama A de água presente na lama após a filtração e secagem 5 Em uma fábrica de produção de chocolate no processo de secagem das sementes temos 1500 Kg de sementes de cacau contendo 58 de umidade em massa serão secas utilizando um secador O ar quente presente no secador apresenta 4 de umidade em massa O produto final deverá apresentar 1 em massa de umidade e o ar de saída do secador deverá conter 30 em massa de água Determinar a massa de ar quente necessário 6 Uma solução de soda cáustica a 14 deve ser concentrada em um evaporador onde 8000 kg da água da solução são evaporados e removidos Se a solução concentrada final contiver 282 de NaOH Calcular a massa da solução concentrada final 7 Polpa de papel úmida contém 70 em massa de água Após a secagem 150 Kg que correspondem a 70 da água original são removidos Determinar a A massa da polpa úmida e da polpa seca kg b A composição da polpa seca c A massa de água removida por quilograma de polpa úmida 8 Desejase separar por destilação uma mistura de 3 componentes α β e γ em três produtos enriquecidos cada um em um dos 3 componentes Para tal utilizase duas colunas de destilação operando em série de acordo com o desenho A mistura a ser separada F carga global do processo contém fração mássica XFα 50 XFβ 30 XFγ 20 A massa de alimentação F é de 400 Mgh Na primeira coluna deverá ser recuperado no destilado D1 90 do componente α Na segunda coluna deverá ser recuperado 80 do componente β no destilado D2 e 75 do componente γ no resíduo B2 recuperação expressa em relação a carga global do processo O destilado da primeira coluna deverá ter a seguinte composição XD1α 943 XD1β 42 O destilado D2 da segunda coluna deverá corresponder a 60 da carga B1 da segunda coluna Calcular a As massas de B1 D1 D2 e B2 Mgh 15 pontos b Todas as frações mássicas de B1 D2 e B2 15 pontos c A recuperação percentual de β em D2 em relação a carga de β em F 05 pontos d A recuperação percentual de γ em B2 em relação a carga γ em F 05 pontos UNIVAP FEAU FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA DE PROCESSO 2024 LISTA 02 BALANÇO DE MASSA SEM REAÇÃO QUÍMICA Observação o anexo a ser entregue deverá ter o seguinte nome Gabarito 1 R a Vazão mássica da carga da primeira torre de destilação Primeiramente precisamos calcular a quantidade de propano que precisa estar presente no destilado da primeira torre para que após a segunda torre tenhamos 12 Mgd megagramas por dia de propano considerando uma recuperação de 96 Se precisamos de 12 Mgd de propano após a segunda torre e a recuperação de propano nesta torre é de 96 a quantidade de propano no destilado da primeira torre D1 deve ser D11209612 125Mgd Sabendo que o teor mínimo de propano no destilado da primeira torre deve ser de 65 podemos calcular a vazão mássica total do destilado D1 dessa torre D 125065 1923 Mgd Dado que a relação destiladocarga da primeira torre corresponde a 40 em massa podemos calcular a vazão mássica da carga C da primeira torre DC 040 C D040 1923040 4808 Mgd b Recuperação do propano em relação à carga da primeira torre de destilação A recuperação do propano em relação à carga da primeira torre pode ser calculada com base na quantidade de propano na carga e a quantidade de propano no destilado da segunda torre A fração em massa de propano na carga é de 30 Portanto a quantidade de propano na carga Cpropano é Cpropano030C030480814424Mgd A quantidade de propano recuperado na segunda torre é 12 Mgd conforme o enunciado Assim a recuperação do propano R em relação à carga da primeira torre é R 121442412 1 00 8317 2 R Vamos calcular a fração mássica no resíduo para cada componente Propeno fPropeno resíduo 0290405006 029020 06 009 06 015 Propano fPropano resíduo 02004035 06 020014 06 006 06 010 Buteno fButeno resíduo 03404010 06 034004 06 030 06 050 nButeno fnButeno resíduo 01704005 06 017002 06 015 06 025 Vamos verificar se a soma das frações mássicas no resíduo é igual a 1 ou 100 fPropeno resíduofPropano resíduofButeno resíduosnButeno resíduo 015010050025100 Portanto as frações mássicas do resíduo para Propeno Propano Buteno e n Buteno são respectivamente 15 10 50 e 25 confirmando que os cálculos estão corretos e as proporções somam 100 3 R A vazão mássica de ar fresco na entrada do secador pode ser calculada usando a equação da quantidade de água que deve ser removida por hora do sólido dividida pela umidade do ar fresco Quantidade de a gua ˊ a ser removida por hora100028035 Umidade do ar fresco090 kg a gua100 ˊ kg ar seco Vazao massica de ar fresco Quantidade de a gua ˊ a ser removida por hora umidade do ar fraco Vazao ma ssica ˊ de ar fresco 245kgh 090kg 100kg ar seco 2722222kgh 4 R Para resolver esse problema podemos usar a conservação da massa Primeiro vamos calcular a massa original de lama Se 80 da água é removida por filtração e secagem então restará 20 de água na lama após o processo Seja x a massa original de lama Sabemos que essa massa é composta por 70 de água Portanto a massa de água na lama original é 070X Após a remoção de 80 dessa água a massa de água restante será 020070x014x Dado que a massa da lama após o processo de filtração e secagem é x75 kg podemos escrever a seguinte equação x75014x x014x75 086x75 x75086 x8721 kg Agora podemos resolver essa equação para encontrar x que é a massa original de lama Depois de encontrar a massa original de lama podemos calcular a de água presente na lama após a filtração e secagem A massa original de água na lama é 070x Após a remoção de 80 resta 20 ou seja 020070X014X Portanto a de água presente na lama após o processo de filtração e secagem é o14xx X100 Vamos agora calcular esses valores A massa original de água na lama é 070x0708721 kg A massa de água restante após a filtração e secagem é 014x0148721 kg Então a de água presente na lama após o processo de filtração e secagem é 014 X 8721 8721 x 100 122094 8721 x 100 1399 5 R Para determinar a massa de ar quente necessário podemos usar o princípio da conservação da massa considerando a quantidade de água que deve ser removida das sementes de cacau e a quantidade de água que deve ser adicionada ao ar quente Calcular a massa de água nas sementes de cacau inicialmente A massa de água inicial nas sementes de cacau é 58 de 1500 kg que é 05815000581500 kg Calcular a massa de água nas sementes de cacau após a secagem A massa de água desejada nas sementes de cacau após a secagem é 1 de 1500 kg que é 00115000011500 kg Calcular a quantidade de água que precisa ser removida A diferença entre as massas de água inicial e desejada representa a quantidade de água que precisa ser removida das sementes de cacau Calcular a quantidade de água que deve ser adicionada ao ar quente A diferença entre a umidade desejada no produto final 1 e a umidade do ar quente 4 representa a quantidade de água que deve ser adicionada ao ar quente Calcular a massa de ar quente necessária Dividindo a quantidade total de água que deve ser removida das sementes de cacau pela quantidade de água que pode ser removida por kg de ar quente obtemos a massa de ar quente necessária Vamos calcular cada passo Massa de água inicial nas sementes de cacau 0581500870 kg0581500870kg Massa de água desejada nas sementes de cacau após a secagem 001150015 kg001150015kg Quantidade de água que precisa ser removida 87015855 kg87015855kg Quantidade de água que deve ser adicionada ao ar quente 10040961004096 Massa de ar quente necessária 855096890625 kg096855890625kg Portanto a massa de ar quente necessária é de aproximadamente 89063 kg 6 R Para resolver este problema podemos usar a conservação da massa Inicialmente temos uma certa massa de solução de soda cáustica a 14 e após a evaporação obtemos uma solução concentrada a 282 Vamos calcular a massa da solução concentrada final Massa inicial de soda cáustica NaOH na solução inicial A solução inicial contém 14 de soda cáustica Portanto a massa de NaOH na solução inicial é 14 de 8000 kg Massa inicial de NaOH0148000 kg1120 kgMassa inicial de NaOH0148000kg1120kg Massa de NaOH após a evaporação Como a soda cáustica não é evaporada a massa de NaOH permanece constante Portanto a massa de NaOH na solução concentrada final ainda é de 1120 kg Massa total da solução concentrada final Sabemos que a solução concentrada final contém 282 de NaOH e que a massa de NaOH é 1120 kg Vamos denotar a massa total da solução concentrada final como x kg Podemos montar a seguinte equação para determinar x 0282x1120kg Resolvendo essa equação encontraremos o valor de x que é a massa da solução concentrada final Vamos calcular x1120kgO282 x39716kg Portanto a massa da solução concentrada final é aproximadamente 39716 kg 7 R a Massa da polpa úmida e da polpa seca Inicialmente a polpa úmida contém 70 de água em massa Se 70 da água original são removidos então 30 da água original permanecem na polpa seca Vamos calcular Massa da água removida 70 de 150 kg070150 kg105 kg Massa da polpa seca 150 kg105 kg45 kg150kg105kg45kg Portanto a massa da polpa úmida é 150 kg150kg e a massa da polpa seca é 45 kg45kg b Composição da polpa seca Sabemos que a massa da polpa seca é de 45 kg e que 30 da massa da polpa seca é de água Portanto a composição de polpa seca é 1003070 de material sólido c Massa de água removida por quilograma de polpa úmida A massa de água removida por quilograma de polpa úmida é dada pela razão entre a massa de água removida e a massa da polpa úmida Vamos calcular 150kg105kg07kgkg Portanto a massa de água removida por quilograma de polpa úmida é de 07kgkg 8 R a Massas de B1 D1 D2 e B2 Massa de B1 B1F1XD1α400Mgh10943400Mgh0057228Mgh Massa de D1 D1α400Mgh09433772Mgh Massa de D2 D2B1XD2β228Mgh0042096Mgh Massa de B2 B11XD2β228Mgh10042228Mgh09582184Mgh b Frações mássicas de B1 D2 e B2 Fração mássica de B1 XB1αXFα1XD1α50 XB1βXFβ1XD1β30100423009582874 XB1γXFγ1XD1γ201020 120 Fração mássica de D2 XD2α0 XD2β100 XD2γ0 Fração mássica de B2 XB2α0 XB2β0 XB2γ100 c Recuperação percentual de β em D2 em relação à carga de β em F Recuperação de β em D2 100 X MASSA DE D2CARGA DE B EM F 096 Mgh 120 Mgh X 10008 X10080 d Recuperação percentual de γ em B2 em relação à carga de γ em F Recuperacao de γ em B2 MASSA DE B2 CARGA Y EM F X1002184 Mgh 80 Mgh A1000273 X 100273 None