Usando como matérias-primas
de solução de ácido nítrico a
e
de cal extinta, contendo 48 % de hidróxido de cálcio e o restante de impurezas insolúveis que não participam da reação química, deseja-se produzir
de nitrato de cálcio.
A equação química do processo é a Eq.(1):
Considerar o reator com massa inicial de 10.000 kg de água desmineralizada e que, durante toda a operação, essa massa permanece constante.
Pedem-se:
o fluxograma simplificado do processo, em regime permanente, indicando os parâmetros de corrente e os parâmetros de composição de corrente;
a concentração do produto desejado, nitrato de cálcio, na solução produzida no regime permanente;
Considerar o reator com massa inicial de 10.000 kg de água desmineralizada e que, durante toda a operação, essa massa permanece constante.
Pedem-se:
o fluxograma simplificado do processo, em regime permanente, indicando os parâmetros de corrente e os parâmetros de composição de corrente;
a concentração do produto desejado, nitrato de cálcio, na solução produzida no regime permanente;
Passo 1
O processo recebe duas correntes de alimentação em regime permanente: uma solução de ácido nítrico e um sólido de cal extinta. A reação química é
Queremos identificar as vazões mássicas e composições das correntes de entrada e saída e calcular a concentração em massa de
na solução produzida.
Passo 2
Determinar as composições das correntes de alimentação:
A solução de ácido nítrico entra a ,kg/h e é
em massa de
, logo
A solução de ácido nítrico entra a
O sólido de cal extinta entra a
,kg/h, contendo
de
e
de impurezas insolúveis, daí
Passo 3
Para produzir
,kg/h de
, calculamos a quantidade de reação:
massa molar ,g/mol, então
massa molar
Da estequiometria segue consumo de
e
:
Reage também a formação de água:
mol de
por mol de reação, com massa molar
,g/mol, dando
Passo 4
Aplicando balanço mássico em cada espécie temos na saída do reator:
unidade de sólidos insolúveis
,kg/h (todo o sólido alimentado);
sólido não reagido
,kg/h;
não reagido
,kg/h;
produto
,kg/h;
água total na corrente de saída
,kg/h.
A somatória de todas as correntes de saída é ,kg/h, igual à somatória das entradas.
unidade de sólidos insolúveis
sólido
produto
água total na corrente de saída
A somatória de todas as correntes de saída é
Passo 5
Fluxograma simplificado em regime permanente (valores em kg/h e composição em massa):
Alimentação ácido: ,kg/h com
e
.
Alimentação cal: ,kg/h com
e
impurezas.
Reator (adição de kg de água inicial mantida constante).
Saída do reator dividida em:
– corrente sólida: ,kg/h impurezas
,kg/h de
não reagido;
– corrente líquida (para purificação): kg/h
,
kg/h
e
kg/h
.
Alimentação ácido:
Alimentação cal:
Reator (adição de
Saída do reator dividida em:
– corrente sólida:
– corrente líquida (para purificação):
Passo 6
Na solução líquida final, a massa total é
logo a concentração em massa de
é
Resposta
O fluxograma simplificado em regime permanente é:
Alimentações
Reator
Separador sólido–líquido
\quad Sólido ( kg/h impurezas
kg/h
)
\quad Líquido ( kg/h
+
kg/h
+
kg/h
)
\quad Sólido (
\quad Líquido (
A concentração de
na solução produzida é aproximadamente
em massa.