01 - Um determinado processo de produção de zinco, onde se aplica energia elétrica correspondente a 10 kW, pode ser descrito pelos seguintes fluxos:
mols de
Considerando os dados de entalpia das espécies (cal/mol):
T (K)
ZnO
C
Zn
CO
400
-82180
250
625
-25458
-92437
723
500
- 81060
570
1270
-24429
-90622
1455
600
-79900
950
1940
-24279
-90964
2210
1200
-72450
3850
35600
-15766
-74967
7040
Pede-se:
A) determine o tempo para produzir 100 mols de Zn , considerando que as perdas térmicas correspondem a 20% da energia elétrica empregada;
B) propõe-se substituir a energia elétrica, muito cara, por
pré-aquecido (que sairia do reator a 1200 K ). Qual a quantidade requerida se a temperatura de admissão do mesmo for igual a 1000 K ? E a 1400 k ? Comente os resultados.
T (K) | ZnO | C | Zn | CO |
|
|
400 | -82180 | 250 | 625 | -25458 | -92437 | 723 |
500 | - 81060 | 570 | 1270 | -24429 | -90622 | 1455 |
600 | -79900 | 950 | 1940 | -24279 | -90964 | 2210 |
1200 | -72450 | 3850 | 35600 | -15766 | -74967 | 7040 |
A) determine o tempo para produzir 100 mols de Zn , considerando que as perdas térmicas correspondem a 20% da energia elétrica empregada;
B) propõe-se substituir a energia elétrica, muito cara, por
Passo 1
O enunciado trata da produção de zinco por redução de óxido de zinco com carbono, gerando zinco gasoso e monóxido de carbono. Precisamos fazer balanço de entalpia para a reação
e, a partir do calor necessário, calcular o tempo de reação com potência elétrica de
,kW (mas só
dessa potência é útil). Depois, para a parte B, substituir essa energia por nitrogênio pré–aquecido, calculando quantos mols são necessários quando a admissão for a
,K e a
,K.
Passo 2
Calcular a entalpia da reação por mol de Zn formado usando os valores da tabela:
Substituindo:
Passo 3
Para produzir
mol de Zn o calor total é
Passo 4
A potência elétrica útil é
O tempo de operação é
Passo 5
Para a parte B o calor é fornecido pelo ar quente de nitrogênio que entra a
e sai a
,K. O calor cedido por mol de
é
Passo 6
Se
,K, então
logo
Passo 7
Se
,K então o nitrogênio esfria de
a
,K:
Resposta
A)
h (
h
min).
B) mol se
,K, e
mol se
,K. Note que aquecer mais o
reduz só ligeiramente sua vazão necessária.
B)