Analise e Simulação

Atividade de fixação 1 ASVP 1 Faça as seguintes conversões a de 200 kcal para BTU b de 15 Js para lbfin2 c de 1 gL para lbmin3 d de 2 atmLs para W e de 1 atm para Ncm2 f de 381 fts para milhash g de 921 kgm3 para lbmft3 h de 1 mL água para lbm 2 A densidade relativa da gasolina é aproximadamente 070 a Calcule a massa kg de 500 litros de gasolina b A vazão mássica de gasolina saindo de um tanque de refinaria é 1150 kgmin Estime a vazão volumétrica litross c Estime a vazão mássica média lbmmin fornecida por uma bomba de gasolina d Gasolina e querosene densidade relativa 082 são misturados para obter uma mistura com uma densidade relativa de 078 Calcule a razão volumétrica volume de gasolinavolume de querosene dos dois compostos na mistura admitindo que Vmistura Vgasolina Vquerosene 3 Em abril de 2010 o pior vazamento de petróleo já registrado ocorreu quando uma explosão e incêndio na sonda de perfuração Deepwater Horizon deixou 11 mortos e começou a vazar petróleo no Golfo do México Uma das tentativas para conter o vazamento envolveu o bombeamento de lama de perfuração para o poço para equilibrar a pressão do óleo vazando contra uma coluna de fluido a lama com uma densidade significativamente maior que aquelas da água do mar e do petróleo Nos problemas seguintes você pode assumir que a água do mar tem uma densidade relativa de 103 e que a cabeça do poço submarino estava a 5053 ft abaixo da superfície do Golfo a Estime a pressão manométrica psig no Golfo a uma profundidade de 5053 ft b Medidas indicam que a pressão dentro da cabeça do poço é de 4400 psig Suponha que um tubo entre a superfície do Golfo e a cabeça do poço está cheio com lama de perfuração e equilibra aquela pressão Estime a densidade relativa da lama de perfuração c A lama de perfuração é uma lama estável de água do mar e barita DR 437 Qual é a fração mássica de barita na lama 4 Por uma tubulação escoa tolueno líquido com uma vazão de 175 m3h a Qual é a vazão mássica desta corrente em kgmin b Qual é a vazão molar em mols 5 Uma reação química em fase líquida A B acontece em um tanque bem agitado A concentração de A na alimentação é CA0 molm3 e a concentração dentro do tanque e na corrente de saída é CA molm3 Nenhuma destas concentrações varia com o tempo O volume do conteúdo do tanque é V m3 e a vazão volumétrica na entrada e na saída é m3s A taxa da reação a taxa na qual A é consumido pela reação no tanque é dada pela expressão r mol A consumidoss kVCA em que k é uma constante a Este processo é contínuo em batelada ou em semibatelada Transiente ou estacionário b Que valor você esperaria da concentração CA se k 0 sem reação A que valor se aproximaria se k reação infinitamente rápida c Escreva um balanço diferencial de A estabelecendo quais termos da equação geral do balanço acúmulo entrada geração saída consumo foram descartados e por quê Use o balanço para derivar a seguinte relação entre as concentrações de A na entrada e na saída 6 Uma coluna de destilação é uma unidade de processo na qual uma mistura de alimentação é separada por múltiplas vaporizações e condensações parciais para formar duas ou mais correntes de produto A corrente de produto de topo é rica nos componentes mais voláteis da mistura de alimentação aqueles que vaporizam com maior facilidade e a corrente de produto de fundo é rica nos componentes menos voláteis O fluxograma seguinte mostra uma coluna de destilação com duas correntes de alimentação e três correntes de produto a Quantos balanços de massa independentes podem ser escritos para este sistema b Quantas vazões eou frações molares desconhecidas devem ser especificadas antes que as restantes possam ser calculadas c Suponha que são dados valores a ṁ1 e x2 Escreva uma série de equações cada uma envolvendo apenas uma incógnita para as variáveis restantes Indique com um círculo a variável para a qual você resolveria cada equação Lembrese uma vez que uma variável é calculada em uma destas equações ela pode aparecer em equações subsequentes sem ser considerada uma incógnita 7 A extração líquida é uma operação usada para separar os componentes de uma mistura líquida de duas ou mais espécies No caso mais simples a mistura contém dois componentes um soluto A e um solvente líquido B A mistura é posta em contato em um tanque agitado com um segundo solvente C que tem duas propriedades principais ele dissolve A e é imiscível ou quase imiscível com B Por exemplo B pode ser água C um óleo mineral e A uma espécie que dissolve tanto na água quanto no óleo Parte do A se transfere de B para C e depois a fase rica em B o rafinado e a fase rica em C o extrato separamse em um tanque decantador Se o rafinado é posto em contato com novo C em outra etapa mais A será transferido dele Este processo pode ser repetido até que essencialmente todo o A tenha sido extraído de B A seguir um fluxograma de um processo no qual o ácido acético A é extraído de uma mistura de ácido acético e água B com 1hexanol C um líquido que é imiscível com água a Qual é o número máximo de balanços de massa independentes que podem ser escritos para este processo b Calcule ṁC ṁE e ṁR usando a vazão da mistura de alimentação dada como base e escrevendo balanços em uma ordem tal que você nunca tenha uma equação que envolva mais do que uma incógnita c É relativamente difícil separar completamente o ácido acético da água por destilação e relativamente fácil separálo do hexanol por destilação Desenhe um fluxograma para um processo de separação com duas unidades que possa ser usado para recuperar ácido acético quase puro de uma mistura ácido acéticoágua 8 Efluentes de plantas de acabamento metálico têm o potencial de descarte de quantidades indesejadas de metais tais como cádmio níquel chumbo manganês e cromo em formas que são deletérias para a qualidade da água e do ar Uma planta local de acabamento metálico identificou uma corrente de água residual que contém 515 em massa de cromo Cr e vislumbra a seguinte abordagem para reduzir o risco e recuperar o metal valioso A corrente de água residual alimenta uma unidade de tratamento que remove 95 do cromo na alimentação e o recicla de volta à planta A corrente líquida residual que sai da unidade de tratamento é enviada a uma lagoa de resíduos A unidade de tratamento tem uma capacidade máxima de 4500 kg de dejetosh Se os dejetos saem da planta com uma vazão maior do que a capacidade da unidade de tratamento o excesso qualquer coisa acima de 4500 kgh é desviado da unidade e se combina com o líquido residual que sai dela a corrente combinada é então levada à lagoa a Sem admitir uma base de cálculo desenhe e rotule o fluxograma do processo b Os dejetos saem da planta com uma vazão ṁ1 6000 kgh Calcule a vazão do líquido encaminhado à lagoa ṁ6 kgh e a fração mássica de Cr neste líquido x6kg Crkg c A companhia contratou você como consultor para ajudar a decidir se vale a pena aumentar a capacidade da unidade de tratamento para aumentar a recuperação de cromo O que você precisa saber para recomendar ou não esta decisão Atividade de fixação 1 ASVP 1 Faça as seguintes conversões a de 200 kcal para BTU b de 15 Js para lbfin2 c de 1 gL para lbmin3 d de 2 atmLs para W e de 1 atm para Ncm2 f de 381 fts para milhash g de 921 kgm3 para lbmft3 h de 1 mL água para lbm 2 A densidade relativa da gasolina é aproximadamente 070 a Calcule a massa kg de 500 litros de gasolina b A vazão mássica de gasolina saindo de um tanque de refinaria é 1150 kgmin Estime a vazão volumétrica litross c Estime a vazão mássica média lbmmin fornecida por uma bomba de gasolina d Gasolina e querosene densidade relativa 082 são misturados para obter uma mistura com uma densidade relativa de 078 Calcule a razão volumétrica volume de gasolinavolume de querosene dos dois compostos na mistura admitindo que Vmistura Vgasolina Vquerosene 3 Em abril de 2010 o pior vazamento de petróleo já registrado ocorreu quando uma explosão e incêndio na sonda de perfuração Deepwater Horizon deixou 11 mortos e começou a vazar petróleo no Golfo do México Uma das tentativas para conter o vazamento envolveu o bombeamento de lama de perfuração para o poço para equilibrar a pressão do óleo vazando contra uma coluna de fluido a lama com uma densidade significativamente maior que aquelas da água do mar e do petróleo Nos problemas seguintes você pode assumir que a água do mar tem uma densidade relativa de 103 e que a cabeça do poço submarino estava a 5053 ft abaixo da superfície do Golfo a Estime a pressão manométrica psig no Golfo a uma profundidade de 5053 ft b Medidas indicam que a pressão dentro da cabeça do poço é de 4400 psig Suponha que um tubo entre a superfície do Golfo e a cabeça do poço está cheio com lama de perfuração e equilibra aquela pressão Estime a densidade relativa da lama de perfuração c A lama de perfuração é uma lama estável de água do mar e barita DR 437 Qual é a fração mássica de barita na lama 4 Por uma tubulação escoa tolueno líquido com uma vazão de 175 m3h a Qual é a vazão mássica desta corrente em kgmin b Qual é a vazão molar em mols 5 Uma reação química em fase líquida A B acontece em um tanque bem agitado A concentração de A na alimentação é CA0 molm3 e a concentração dentro do tanque e na corrente de saída é CA molm3 Nenhuma destas concentrações varia com o tempo O volume do conteúdo do tanque é V m3 e a vazão volumétrica na entrada e na saída é m3s A taxa da reação a taxa na qual A é consumido pela reação no tanque é dada pela expressão r mol A consumidoss kVCA em que k é uma constante a Este processo é contínuo em batelada ou em semibatelada Transiente ou estacionário b Que valor você esperaria da concentração CA se k 0 sem reação A que valor se aproximaria se k reação infinitamente rápida c Escreva um balanço diferencial de A estabelecendo quais termos da equação geral do balanço acúmulo entrada geração saída consumo foram descartados e por quê Use o balanço para derivar a seguinte relação entre as concentrações de A na entrada e na saída 6 Uma coluna de destilação é uma unidade de processo na qual uma mistura de alimentação é separada por múltiplas vaporizações e condensações parciais para formar duas ou mais correntes de produto A corrente de produto de topo é rica nos componentes mais voláteis da mistura de alimentação aqueles que vaporizam com maior facilidade e a corrente de produto de fundo é rica nos componentes menos voláteis O fluxograma seguinte mostra uma coluna de destilação com duas correntes de alimentação e três correntes de produto a Quantos balanços de massa independentes podem ser escritos para este sistema b Quantas vazões eou frações molares desconhecidas devem ser especificadas antes que as restantes possam ser calculadas c Suponha que são dados valores a ṁ1 e x2 Escreva uma série de equações cada uma envolvendo apenas uma incógnita para as variáveis restantes Indique com um círculo a variável para a qual você resolveria cada equação Lembrese uma vez que uma variável é calculada em uma destas equações ela pode aparecer em equações subsequentes sem ser considerada uma incógnita 7 A extração líquida é uma operação usada para separar os componentes de uma mistura líquida de duas ou mais espécies No caso mais simples a mistura contém dois componentes um soluto A e um solvente líquido B A mistura é posta em contato em um tanque agitado com um segundo solvente C que tem duas propriedades principais ele dissolve A e é imiscível ou quase imiscível com B Por exemplo B pode ser água C um óleo mineral e A uma espécie que dissolve tanto na água quanto no óleo Parte do A se transfere de B para C e depois a fase rica em B o rafinado e a fase rica em C o extrato separamse em um tanque decantador Se o rafinado é posto em contato com novo C em outra etapa mais A será transferido dele Este processo pode ser repetido até que essencialmente todo o A tenha sido extraído de B A seguir um fluxograma de um processo no qual o ácido acético A é extraído de uma mistura de ácido acético e água B com 1hexanol C um líquido que é imiscível com água a Qual é o número máximo de balanços de massa independentes que podem ser escritos para este processo b Calcule ṁC ṁE e ṁR usando a vazão da mistura de alimentação dada como base e escrevendo balanços em uma ordem tal que você nunca tenha uma equação que envolva mais do que uma incógnita c É relativamente difícil separar completamente o ácido acético da água por destilação e relativamente fácil separálo do hexanol por destilação Desenhe um fluxograma para um processo de separação com duas unidades que possa ser usado para recuperar ácido acético quase puro de uma mistura ácido acéticoágua 8 Efluentes de plantas de acabamento metálico têm o potencial de descarte de quantidades indesejadas de metais tais como cádmio níquel chumbo manganês e cromo em formas que são deletérias para a qualidade da água e do ar Uma planta local de acabamento metálico identificou uma corrente de água residual que contém 515 em massa de cromo Cr e vislumbra a seguinte abordagem para reduzir o risco e recuperar o metal valioso A corrente de água residual alimenta uma unidade de tratamento que remove 95 do cromo na alimentação e o recicla de volta à planta A corrente líquida residual que sai da unidade de tratamento é enviada a uma lagoa de resíduos A unidade de tratamento tem uma capacidade máxima de 4500 kg de dejetosh Se os dejetos saem da planta com uma vazão maior do que a capacidade da unidade de tratamento o excesso qualquer coisa acima de 4500 kgh é desviado da unidade e se combina com o líquido residual que sai dela a corrente combinada é então levada à lagoa a Sem admitir uma base de cálculo desenhe e rotule o fluxograma do processo b Os dejetos saem da planta com uma vazão ṁ1 6000 kgh Calcule a vazão do líquido encaminhado à lagoa ṁ6 kgh e a fração mássica de Cr neste líquido x6kg Crkg c A companhia contratou você como consultor para ajudar a decidir se vale a pena aumentar a capacidade da unidade de tratamento para aumentar a recuperação de cromo O que você precisa saber para recomendar ou não esta decisão