Prova Fundamentos de Processos e Operações Unitárias II - Engenharia Química

Orientações A tarefa abrirá às 18h00 do dia 18122023 e fechará às 22h00 do dia 19122023 Resolva as questões e faça upload dos arquivos em pdf com a resolução Questão sem resolução não será considerada Identifique a resolução com seu nome e número de matrícula Verifiqueas antes de submeter a prova Respostas absolutamente idênticas encontradas em provas diferentes serão anuladas sem direito a revisão Boa prova Questões 1 O fluxograma de recuperação de um produto farmacêutico é apresentado a seguir Tratase de um processo com múltiplas unidades com reciclo e sem reação química no estado estacionário Denominando o produto farmacêutico como F e a água como A a rotulação de cada corrente é apresentada na tabela a seguir Corrente 1 Corrente 2 reciclo Corrente 4 Corrente 5 Corrente 6 𝑚 1 120 𝑘𝑔ℎ 𝑚 2 𝑚 4 𝑚 5 𝑚 6 Composição mássica 15 em F 85 em A Composição mássica 286 em F 714 em A Composição mássica 100 em A Composição mássica 70 em F 30 em A Composição mássica 886 em F 114 em A Calcule os valores das vazões mássicas das correntes 𝑚 2 𝑚 4 𝑚 5 𝑒 𝑚 6 25 pontos Curso Engenharia Química e Química Bacharelado Disciplina Fundamentos de Processos Operações Unitárias II Profª Maristhela Marin Nome do aluno RGM Dp Prova Exame Data 18122023 Nota 2 O acetileno é hidrogenado para formar etano A alimentação do reator contém 150 mol de H2mol C2H2 a Determine o reagente limitante e calcule a percentagem pela qual o ouro reagente está em excesso b Calcule a vazão mássica de alimentação de hidrogênio kgs necessária para produzir 4106 toneladas de etano por ano admitindo que a reação seja completa e que o processo opere por 24 horas por dia 300 dias por ano c Calcule para as condições do item b a vazão mássica de acetileno 25 pontos Observação escreva a reação para resolver a questão 3 Considere o seguinte par de reações 𝑨 𝟐𝑩 𝒅𝒆𝒔𝒆𝒋𝒂𝒅𝒐 𝝃𝟏 𝑨 𝑪 𝒊𝒏𝒅𝒆𝒔𝒆𝒋𝒂𝒅𝒐 𝝃𝟐 Suponha que 100 mol de A são fornecidos a um reator batelada e que o produto final contém 10 mol de A 160 mol de B e 10 mol de C Calcule a A conversão fracional de A b A percentagem de rendimento de B c A seletividade de B em relação a C d A extensões de cada reação 25 pontos 4 No processo Deacon para a fabricação de cloro HCl e O2 reagem para formar Cl2 e H2O Alimenta se o ar 79 molar N2 21 O2 o suficiente para fornecer 35 de excesso de oxigênio e conversão fracional de HCl de 085 Com extensão de reação 𝜉 igual a 425 mol calcule as frações molares dos componentes na corrente de produto saída do reator 25 pontos Reação do processo Deacon 2𝐻𝐶𝑙𝑔 12𝑂2𝑔 𝐶𝑙2𝑔 𝐻2𝑂𝑣 m4 xA 1 xF 0 1 Volume de controle externo Balanço de massa global m1m4m6 120m4m6 Balanço de massa componente F m1x Fm4x Fm6 xF 120015m40m60886 m62032kgh 120m4m6 120m42032 m49968kgh Volume de controle centrífuga Balanço de massa global m3m4m5 m1m2m4m5 120m29968m5 m52032m2 Balanço de massa componente F m1x Fm2x Fm4x Fm5x F m1 120 kgh xA 085 xF 015 m2 xA 0714 xF 0286 m5 xA 030 xF 070 m6 xA 0114 xF 0886 120015m2028699680m5070 18m20286m5070 18m202862032m2070 18m2028614224m2070 3776m20414 m2912kgh m52032m2 m52032912 m52944 kgh 2 a C2H2 2H2 C2H6 nH 2 nC2H 2 15 1 152 H2 é o reagente limitante 2 mol H2 1 mol C2H2 15 mol H2 x x 075 quantidade teórica emexcesso1075 0 75 100333 b 410 6ton ano 10 3kg 1ton 1ano 300dias1dia 24h 1h 3600s 1kmolC2H6 30kgC2 H6 2kmol H 2 1kmolC2H6 2kg H 2 1kmol H2 20 58 kg H2 s c 2 mol H2 1 mol C2H2 4 kg H2 26 kg C2H2 2058 kg H2 x nO 2 nN2 nCl 2 nH 2O x 13377 kgs 3 a f 90 100090 b Rendimento160 2000880 c Seletividade160mol B 10molC 16 mol B molC d nBnB0vBε1 1602ε1 ε 180 e nCnC0vCε2 101ε 2 ε 210 4 Base de cálculo 100 mol de HCl na alimentação O2teórico100mol HCl05molO2 2mol HCl 25molO2 Quantidade de ar na alimentação 100mol HCl nar nHCl 100mol A 10mol A 10molC 160mol B 021nar13525 nar1607mol Considerando 85 de conversão temos nHCl1008515mol Temos que nini0viε ε425 Balanço de massa O2 nO 202116071 2425125mol Balanço de massa N2 nN20791607127 mol Balanço de massa Cl2 nCl 21425425mol Balanço de massa H2O nH 2O1425425mol m4 xA 1 xF 0 1 Volume de controle externo Balanço de massa global 𝑚1 𝑚4 𝑚6 120 𝑚4 𝑚6 Balanço de massa componente F 𝑚1𝑥𝐹 𝑚4𝑥𝐹 𝑚6𝑥𝐹 120 015 𝑚4 0 𝑚6 0886 𝒎𝟔 𝟐𝟎 𝟑𝟐 𝒌𝒈𝒉 120 𝑚4 𝑚6 120 𝑚4 2032 𝒎𝟒 𝟗𝟗 𝟔𝟖 𝒌𝒈𝒉 Volume de controle centrífuga Balanço de massa global 𝑚3 𝑚4 𝑚5 𝑚1 𝑚2 𝑚4 𝑚5 120 𝑚2 9968 𝑚5 𝑚5 2032 𝑚2 Balanço de massa componente F 𝑚1𝑥𝐹 𝑚2𝑥𝐹 𝑚4𝑥𝐹 𝑚5𝑥𝐹 m1 120 kgh xA 085 xF 015 m2 xA 0714 xF 0286 m5 xA 030 xF 070 m6 xA 0114 xF 0886 120 015 𝑚2 0286 9968 0 𝑚5 070 18 𝑚2 0286 𝑚5 070 18 𝑚2 0286 2032 𝑚2 070 18 𝑚2 0286 14224 𝑚2 070 3776 𝑚2 0414 𝒎𝟐 𝟗 𝟏𝟐 𝒌𝒈𝒉 𝑚5 2032 𝑚2 𝑚5 2032 912 𝒎𝟓 𝟐𝟗 𝟒𝟒 𝒌𝒈𝒉 2 a C2H2 2H2 C2H6 𝑛𝐻2 𝑛𝐶2𝐻2 15 1 15 2 H2 é o reagente limitante 2 mol H2 1 mol C2H2 15 mol H2 x x 075 quantidade teórica 𝑒𝑚 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜 1 075 075 100 𝟑𝟑 𝟑 b 4 106𝑡𝑜𝑛 𝑎𝑛𝑜 103𝑘𝑔 1𝑡𝑜𝑛 1 𝑎𝑛𝑜 300 𝑑𝑖𝑎𝑠 1 𝑑𝑖𝑎 24 ℎ 1 ℎ 3600 𝑠 1 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻6 30 𝑘𝑔 𝐶2𝐻6 2 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐻2 1 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻6 2 𝑘𝑔 𝐻2 1 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝟐𝟎 𝟓𝟖 𝒌𝒈 𝑯𝟐 𝒔 c 2 mol H2 1 mol C2H2 4 kg H2 26 kg C2H2 2058 kg H2 x x 13377 kgs 𝑛𝑂2 𝑛𝑂2 𝑛𝑁2 𝑛𝑂2 𝑛𝐶𝑙2 𝑛𝑂2 𝑛𝐻2𝑂 𝑛𝑂2 3 a 𝑓 90 100 090 b 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 160 200 08 80 c 𝑆𝑒𝑙𝑒𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 160 𝑚𝑜𝑙 𝐵 10 𝑚𝑜𝑙 𝐶 16 𝑚𝑜𝑙 𝐵 𝑚𝑜𝑙 𝐶 d 𝑛𝐵 𝑛𝐵0 𝑣𝐵 𝜀1 160 2 𝜀1 𝜀1 80 e 𝑛𝐶 𝑛𝐶0 𝑣𝐶 𝜀2 10 1 𝜀2 𝜀2 10 4 Base de cálculo 100 mol de HCl na alimentação 𝑂2𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 100 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 05 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 2 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 25 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 Quantidade de ar na alimentação 021 𝑛𝑎𝑟 135 25 𝑛𝑎𝑟 1607 𝑚𝑜𝑙 Considerando 85 de conversão temos 100 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 𝑛𝑎𝑟 𝑛𝐻𝐶𝑙 100 𝑚𝑜𝑙 𝐴 10 𝑚𝑜𝑙 𝐴 10 𝑚𝑜𝑙 𝐶 160 𝑚𝑜𝑙 𝐵 𝑛𝐻𝐶𝑙 100 85 15 𝑚𝑜𝑙 Temos que 𝑛𝑖 𝑛𝑖0 𝑣𝑖 𝜀 𝜀 425 Balanço de massa O2 𝑛𝑂2 021 1607 1 2 425 125 𝑚𝑜𝑙 Balanço de massa N2 𝑛𝑁2 079 1607 127 𝑚𝑜𝑙 Balanço de massa Cl2 𝑛𝐶𝑙2 1 425 425 𝑚𝑜𝑙 Balanço de massa H2O 𝑛𝐻2𝑂 1 425 425 𝑚𝑜𝑙