Relatorio-de-Destilacao-Acetona-Acido-Acetico-Analise-de-Balanço-de-Massa-e-Energia

100 mols de uma mistura tendo uma pressão de vapor de 155 mmHg e β085 kgl e μ 4CP contendo 65 molar de acetona Ac com mol 589 gmol de 35 ácido acético AA com mol 6005 gmol e é enviada a uma coluna de destilação a 675 ºC sendo então separada em produto destilado De produto de topo corrente 2 a 63 ºC e 2 molar de AA e condensado e dividido em duas partes iguais correntes 3 que retorna à coluna a 568 ºC e 4 que sai como produto destilado D no fundo temse um líquido que é parcialmente vaporizado no refrigerador retornando uma parte para a coluna corrente 6 a 987 ºC e 456 molar de AA e outra parte como produto de fundo B corrente 5 a 987 ºC e 845 de AA Não há perda de calor na coluna e todo calor transferido neste destilação está no condensador e no refrigerador c F 035 100 mols 6005 gmol 065 100 mols 589 gmol F 587125 gs 1 kg1000 g 3600 sh 211388 kgh F Ef 211383 kgm³ 850 μgh 2427 m²h 19 gpm h 0227 m² 10956 gpm Pv 155 mmHg 147 psi760 mmHg 3 psi NPSH Psuc Pv Pdesc 45 psig 147 psi 597 psi Psuc NPSH pv Psuc 10 3 13 psi Hbomba Pdesc Psuc Hbomba 597 13 467 psi 231085 1269 ft BHP Q H Prelativa 3960 η BHP 10955 1269 085 3960 x 045 663 HP motor 10 HP d Perda de carga da CV AMT 0301 AMT Pdesc Psuccão 597 13 467 psi 03 1401 psi ΔPcV 1401 psi O manômetro Pf indica 45 psig Calcular a potência HP da bomba para um rendimento de 45 d Calcular a perda de carga na válvula de controle CV01 utilizada neste processo em psi a Balanço de massa F D B 100 D B D 100 B Balanço por componente 035 100 002 D 0845 B 35 002 100 B 0845 B 35 0825 B B 40 mols D 100 40 D 60 mols Balanço de energia Σ m h sai Σ m h entrada 098 60 002 60 0155 40 1375 0845 40 1312 Σ m h sai 529337 cals Σ m h entra Σ m h 035 100 385 065 100 354 Σ m h entra 34735 Q 529337 34735 181987 cals b m2 m3 m4 m2 60 60 corrente 3 e 4 iguais m2 120 mols enunciado Σ m h sai Σ m h entra Qt Q cond h entro é vapor hv 002 120 098 0 002 120 6807 098 120 7322 Q cond 277402 cals Qt Q cond Q ref Q ref 181987 277402 Q ref 2956007 cals c Qual o fluxo de calor Kcalh a ser fornecida pelo evaporador através do vapor de 40 psig e qual a vazão mássica Kghh deste vapor Pvap 070 Kgfcm2 Pvap Patm Pvap Pabs 1033 070 Pabs 0333 Kgfcm2 Cp0 11 Btu lb ºF 1 KJ kg K 023886 Btu lb ºF 461 KJ kg K Cp 14 Btu lb ºF 1 KJ kg K 023886 Btu lb ºF 586 KJ kg K Entrada F QF m cp ΔT qF 400000 Kgf h 461 KJ Kgf 25 0 K qF 46100 000 KJ h Líquido qL m cp ΔT qL 100000 Kg h 586 KJ kg 709 0 K qL 41547000 KJ h Vapor qV m hv qV 300000 262950 KJ Kg qV 788850000 KJ h Pabs 0333 Kgfcm2 na tabela encontramos Ts 709 Entra Sai Qtotal QF QV QL Qtotal QV QL QF Qtotal 830397000 46100000 Qtotal 784297000 KJ h Qtotal 784 297 000 KJ h 023901 Kcal Kj Qtotal 18744698300 Kcal h 40 psig 384 Kgfcm2 A Tabela 5107 S Q m hv m Q hv 187 446 983 kcal h 5107 Kcal Kg m 3664792 Kg h achar diametro Q v A A Q v 100m3h 10863 m h A π D2 4 D 4A π 40092 π D 0108 m 32608 ft 1m 0355 ft 12 in 1 ft D 426 in DN 4 in Perdas de carga Truncho 1 é ft de liq 1 em Psi 1 reto 2 valv Gaveta 1 valv Globo 2 té para reta 2 curvas 90 Std 20 m 32808 ft 1 m 2 23 ft 1 110 ft 2 6 9 ft 811 ft Leq 282016 ft pag 93 Re ρ v D μ 1000 kg m3 3017 m s 0108 m 0001 kg ms 325836 ρ 1kg l 1000l m3 1000 kgm v 99 ft s 1m 32802 3017 ε aço inox f 00159 f 16364 ln 0135 ε D 65 Re 2 f 16364 ln 0135 000005 9355 65 325 836 ε aço inox f 00159 calcular o hf b hf f L D v2 2 g 00159 282016 0355 992 2 322 1922 ft liq 1922 ft liq 1 231 832 psi Trecho 2 I reto 1 V Gaveta 2 té 90 1 té pan reta 3 curva 90 std 28m 32808 ft 1m 123 ft 222 ft 169 311 Leq 17806 ft leq Re ρ v D μ 1000 3017 0108 018 18105 como Re 2100 e laminar f 64 Re f 64 18105 f 0353 hf f LD v2 2g 0353 17806 0358 992 2322 hf 2694 ft liq hf 2694 ft liq 1 231 1166 psi Área de troca térmica A m m2 Q U A ΔT A Q U ΔT A 187160 936 4624 Kcal h Km2 C 1415 709 706 C A 5733 mm2 Tabala pág 207 Pressão evap 0333 Temper 709 Pressão 384 Potência Kw ρ g Q H 1000 η Kw 1000 98 002278 12087 1000 060 Kw 5488 140 0746 Kw 735 HP Curva de Bomba H 130 11806 Q2 H 130 11806 00 2282 H 130 9124 H 12087 Q 100 m3 h 1h 3600 00278 m3 s Prova de Proprieta I prof Flávio Duração 2h 30 min O acenso produto Flavel é armazenado em um evapoador EV01 A solução do Flavel comerc P DAnsol e 840 alimenta o EV01 com uma concentração de 10 alcançada na saída EV01 enquanto B concentra 18 e a concentração de 60 Vapor dÁgua sai pelo topo de EV01 e pos uma velocidade de 235 fts a tubulação é de CS 80X3 de diâmetro nominal de 3 in A pressão no EV02 é de 4 kgcm² manométrica e a do motor R10 é de 05065 MPa abs A corrente B ρ 815 lbft³ μ 095 cP é enviada pela bomba B01 ao reator R10 e vazão controlada pela válvula de controle que perde 25 do total da perda de descarga conforme o diagrama abaixo As constantes para a equação de Antoine da produtos Flavel 60 são A 705 B 1647 e C 2149 para Pv mmHg e T em C Todose que a perda de carga no trocador TT05 é 12 psi a velocidade na seção da B01 é 19 fts e na descarga 32 fts a tubulação de descarga tem um comprimento reto L de 107 ft tubão material 1 de CS 80X3 1 2 pes qual o vazão volumétrico da corrente 1 e da B em lbs 2 2 pes determinar as perdas de carga hL em ft nas belas de secção e da descarga método do L equivalente 3 2 pes qual a altura manométrica da bomba B01 com ft de liquido 4 2 pes qual o NPSH0 em ft quando o EV01 estiver com o nível mínimo e qual a capacidade da bomba B01 em HP e em Watts 5 1 pes Se a vazão de B01 for aumentada em 15 de quanto será manométrica a perda carga hL de Darcy O acetato de etila CH3COOCH2CH3 é um fluido muito utilizado para simular os movimentos de reação a água em refrigeração e não mecanicamente São apresentados Introdução acetaldeído CH3CHO a 25ºC e é bombeado a um reator arido no Pressupe e catalisadores de alumínio e zinco é convertido o acetato de etila conforme a reação de equilíbrio a seguir 2 CH3CHO CH3COOCH2CH3 Sendo necessário que a temperatura do meio reacional esteja em 5ºC empregase um ciclo de refrigeração que opera com propileno C3H8 O problema está esquematizado na figura abaixo As pressões estão em escala absoluta Dados dos calores específicos Cp Acetaldeído 4506 0448 T 00017 T² 2710⁴ T³ JmolK K Cp Acetato de etila 6283 0841 T 00027 T² 3710⁶ T³ JmolK K Massas atômicas C 12u O 16u e H 1u A 25 ºC ΔHº REAÇÃO 872 kJmol Considerando conversão de 95 e produção de 10227 Kmol de acetate etila calcular a A vazão mássica de acetaldeído kgh alimentada ao reator b A quantidade de calor Q total KJh liberada na reação QnhSAR nhENTRA QF c A vazão de propileno kgh necessária para este resfriamento d A vazão de água de resfriamento kgh a ser empregada no condensador do ciclo varia da temperatura máxima da água de 10ºC O isométrico da tubulação da saída da serpentina até o compressor é mostr terminar a perda de carga hL em psi neste trecho pelo método do L equival cosidade do gás 001 cP não considerer perda de carga na saída nem entrada na tubulaçã aula ela aberta Cristais de C6H6Cl 6 são produzidos conforme processo abaixo O produto contido no vaso G2 que esta a 100ºC é enviado para o catalisador continuo II através da bomba B1 para a promoção da cristalização o produto resfriado até 30ºC para tanto a água de resfriamento 2 é utilizada no cristalizador H A saída do cristalizador produto vai para a centrífuga I1 para que sejam separados os cristais ainda úmido corrente 3 do líquido licor corrente 2 Os dados do balanço de massa libradia são dadas abaixo mas a empresa só trabalha 12 horas por dia qual o calor retirado no cristalizador H para que ocorra a cristalização do C6H5CL 6 em Btoh b determinar a área de troca térmica no cristalizador a assumer coef global U 12 Btoh ft ²F c calcular o diâmetro da linha de sucção da bomba B1 in vei 1 14 d determinar o NPSHd ft a AMT ft e o motor da bomba B1 rendimiento 32 Dados Cp Kcal kg C C6H6 0446 C6H5CL 6 0211 C6H5CL 0309 d 2 ptos a Pressão de vapor de misturas é dada em função da P vapor de cada componente e sua fração molar Pv mix xA PVA xB PVB Assim sendo uma bomba instalada a 35m na linha vertical abaixo do separador como mostra a figura apresenta uma perda de carga hf desprezível no tubo 4 Qual o NPSH0 em mca para esta bomba As constantes de Antoine para equação em ln neperiano Pv em bars e T em K são A B C HCOH 7293 1084 1639 HCOOH 10368 3599 2609 H2O 6067 31323 3985 e 1 pto Determinar a perda de carga hf em psi na tubulação 6 isométrico abaixo pelo método do L equivalente tendo a viscosidade do metanol de 001 cP todas medidas em ft curvas 90º std Para projeto das tubulações do processo todas de aço carbono Sch 40STD um balanço de massa é necessário assim a reação é estudada Eteno é obtido a partir da desidrogenação do Etano C2H6 C2H4 H2 Se as condições do processo não forem controladas adequadamente a reação secundária não desejada ocorre produzindo metano C2H6 H2 2 CH4 No processo industrial efluente do reator com 320 kgh de metano passa por uma etapa de separação a 800ºC e um manômetro indica pressão de 18 psig onde praticamente 50 do etano que não reage é reciclado e o restante do efluente é separado conforme figura abaixo Dados 85 de seletividade 62 de conversão por passe a Vazão molar do efluente do reator corrente 3 kmolh b Composição da corrente 3 c Vazão molar das correntes 1 e 5 d Conversão global e Densidade gL e viscosidade cP do efluente do reator Viscosidades CH4 0026 C2H6 0030 C2H4 0028 H2 0028 f Diâmetro interno e nominal da tubulação 3 g Determinar a perda de carga hf em psi na tubulação 3 isométrico abaixo pelo método do L equivalente todas medidas em ft curvas 90º std PROVA DE PROJETO DE PROCESSOS QUÍMICOS I Prof Flávio Formaldeído é um composto orgânico volátil VOC feito a partir do metanol Ele serve para impedir o crescimento de micro organismos em diversos produtos portanto possui ação conservante Para o projeto das tubulações do processo todas de aço inox Sch 10S um balanço de massa é necessário assim a reação é estudada Formaldeído pode ser obtido pela oxidação catalítica de metanol com excesso de ar 21 O2 e 79 N2 de acordo com a reação CH3OH 12 O2 HCOH H2O Se as condições do processo não forem controladas adequadamente a reação secundária não desejada ocorre produzindo ácido fórmico HCOH 12 O2 HCOOH No processo industrial o efluente do reator com 100 Kmolmin passa por uma etapa de separação a 90 ºC e e um manômetro indica a pressão de 12 atm onde praticamente todo o metanol gás que não reage é reciclado e o restante do efluente é separado em duas correntes uma gasosa contendo N2 e O2 e uma líquida contendo formaldeído ácido fórmico e água conforme fluxograma abaixo O gás efluente do reator apresenta a seguinte composição 785 de metanol 310 de formaldeído 060 de ácido fórmico 370 de água 1610 de oxigênio e 6865 de nitrogênio porcentagens molares Para projetar deve ser considerado velocidades recomendadas para líquidos de 461 fts e para gás de 1057 fts densidades de líquidos KgL ρHCOH 085 ρHCOOH 122 ρH2O 10 Calcule a 2ptos A conversão por passe de metanol b 2ptos A porcentagem de excesso de ar c 2ptos O diâmetro interno em in da tubulação 4 e da tubula P2 Projetos de Processos Químicos I duração 2h 30 min Em um reator contínuo R01 uma corrente com uma vazão de 20000 kgh contendo um composto X a 40C Em presença de um catalisador parte do composto X se converte no produto Y e em hidrogênio H2 O R01 opera a uma pressão de 147 psig e contém duas correntes de saída uma contendo H2 puro a 60C e outra corrente contendo o produto Y formado a partir do composto X também a 60C Como a reação química é endotérmica um fluxo de vapor saturado com pressão manométrica de 9 kgfcm² é enviado ao R01 através de uma camisa o qual sai como líquido saturado na mesma pressão O calor padrão da reação ΔHr é de 121 kJmol A bomba B01 transporta o efluente líquido do reator para um vaso de pressão V01 o qual possui um costado cilíndrico com radiografia spot No trecho de sucção da B01 a velocidade recomendada da mistura é de 416 fts e a perda de carga dos acessórios é de 88 ft No trecho da descarga da B01 a velocidade recomendada da mistura é de 926 fts e a perda de carga dos acessórios é de 622 ft O comprimento de tubo reto da sucção da B01 é de 22 ft e o comprimento de tubo reto da descarga é de 70 ft A tubulação é de CS Schedule 40 St com especificação de material em SA516 grau 70 A pressão na descarga da bomba B01 é de 250 ft O vaso V01 possui um diâmetro de 96 in a Calcule o fluxo de calor em kJs fornecido ao reator e a vazão kgh de vapor necessário b Determine o NPSH da bomba B01 c Calcule a altura manométrica AMT em ft da bomba B01 d Qual a pressão de operação do vaso V01 em psia e Determine a espessura do costado cilíndrico do vaso V01 Reação X l Y l H2 g Entalpia kJmol Líq Líq Constantes de Antoine Composto 40C 50C 60C ρ kgm³ M kgkmol μ cP A B C X L 220 367 515 86650 106 016 69565 1473543 213591 Y L 131 218 304 90900 104 047 70662 1507434 214985 H2 g 152 178 196 2 Composto X 40C H2 60C 20000 Kgh 147 psig P psig 4 ft 38 ft X 2000 Kgh γ 17660 Kgh B01 60C V01 P2 Projetos I LISTÃO 02 Você está preparado para a P2 1 O fluxograma abaixo mostra o bombeamento de 195975 lbh do produto P corrente 1 e seu aquecimento no TT01 de 24 para 685 C feito por vapor dágua de 20 atm abs de pressão antes da válvula controle TV1 Propriedades físicas do produto P Densidade δ 1 kgL cp 08 calgC K 0085 Btuh ft² Fft μ 10 cp psig vapor sat 20 atm abs TV1 PI 120 24 C 685 C bomba TT1 Condensado a 100 C 2 3 12 m V2 toriesférico D 96 temos que na válvula de controle TV1 perdese 1029 psi de pressão na válvula FV1 perdese 40 psi de pressão coeficiente global de troca UD no trocador TT1 60 Btuh ft² F dados do trocador TT1 cascotubo tipo 12 tubos 1 BWG 11 passo quadrado 1 ¼ nº de passagens 6 comprimento do tubo 12 ft Determinar 1 Qual a temperatura do vapor dágua na entrada do trocador TT1 corrente 2 em C 2 Qual a quantidade de calor fornecida pelo vapor ao produto P em kcalh 3 Qual a vazão de vapor no casco na corrente 2 kgh 4 Calcular o número de tubos usado neste trocador TT1 5 Qual o ΔP nos tubos do trocador de calor em psi 6 Qual a pressão de descarga da bomba em ft de líquido e em psi se temos o ΔP na tubulação de descarga de 75 ft 7 Calcular a espessura da parede do vaso V2 em sua parte cilíndrica e na toriesférica material SA 515 grau 70 supor espessura para corrosão 0125 para ambas as partes Solda dupla com líquido penetrante em ambas as partes fator M 154 PROVA DE PROJETOS I prof Flávio PROIBIDA A UTILIZAÇÃO DE CELULARES O etileno é hidratado cataliticamente em um processo contínuo de modo a fornecer etanol no reator R01 A reação não se complementa numa única passagem pelo reator motivo pelo qual a maior parte do etileno é reciclada após a condensação do álcool e da água no condensador C10 que opera a 50 C A reação é CH2 CH2 H2O C2H5OH 1 mol 1 mol 1 mol A alimentação corrente 1 com total de 200 kmolh contém 1 molar de gases inertes que não podem ser acumulados no sistema e devem ser purgados em quantidades tal que seu teor na entrada do reator corrente 3 seja de 25 molar O processo possui reciclo corrente 2 de 500 kmolh Reciclo Etileno 200 Kmolh 1 gás inerte R01 Condensador C10 50 C Produto etanol e água não sai inerte a 1pto Determinar a fração molar de inerte na corrente 2 b 2 ptos Qual a purga P Kmolh a ser realizada no sistema em kmolh de inerte e de etileno c 2 ptos Qual o valor em Kmolh da corrente de Produto Kmolh de água e de etanol d 2 ptos A corrente de Produto sai do condensador a 50 C e vai a outro ponto do processo possuindo massa específica ρ 085 kgL Determinar a fração molar a fração mássica e a viscosidade cP e em cSt desta corrente e 2ptos Para o cálculo da tubulação desta corrente de Produto a velocidade recomendada é v de 1274 fts A tubulação é de aço inox 10S tendo os acessórios 2 válvulas gaveta abertas 1 T de passagem reta 3 curvas std de 90 e uma saída Determinar a perda de carga em ft de líquido e em psi para um trecho reto de 619 ft