Lista de Exercícios Resolvidos de Condições de Contorno

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O fluxograma do processo de recuperação de um produto farmacêutico é apresentado na Figura. Trata-se de um processo com múltiplas unidades, com reciclo e sem reação química no estado estacionário.

Denominado o produto farmacêutico como F e a água como A, calcule os valores das variáveis indicadas na Tabela que segue.

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Calcular os dados de equilíbrio sob a forma y versus x para o sistema m-xileno / o-xileno à pressão total de 0,4   a t m ( x A e y A são as frações molares de m-xileno na fase líquida e na fase vapor respectivamente). São dadas as pressões de vapor dos componentes em atm na tabela a seguir:

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Dez metros cúbicos de uma solução de cloreto de sódio N a C l   -   2 M são misturados com 15   m 3 de uma solução de sulfato de amônio N H 4 2 S O 4   -   1 M . Supondo constantes e iguais as massas específicas das duas soluções e da solução resultante, obtenha as concentrações em g / L dos íons cloreto ( C l   - ) e amônio ( N H 4   + ) na solução resultante.

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Gás hélio está armazenado a 20 ° C em um vaso esférico feito com sílica fundida ( S i C O 2 ), que tem um diâmetro de 0,20   m e uma espessura de parede de 2   m m . Se o vaso é carregado até uma pressão inicial de 4   b a r , qual é a taxa na qual essa pressão diminui com o tempo?

Dados para Hélio-Sílica fundida a 20 ° C : D A B = 0,4 ⋅ 10 - 13   m 2 / s e S A B = 0,45 ⋅ 10 - 3   k m o l / m 3 ⋅ b a r .

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No processo Haber-Bosch de produção de amônia, o hidrogênio ( H 2 ) proveniente de gás natural e o nitrogênio ( N 2 ) proveniente do ar reagem em condições elevadas de pressão e temperatura ( 200   a t m e 450 ° C ), de acordo com a seguinte equação:

N 2 + 3 H 2 → 2 N H 3

Os reagentes são alimentados no processo na razão molar de 2   m o l s   H 2 / 1   m o l   N 2 , e a conversão global em relação ao hidrogênio ( X G ) é de 95 % . Considerando que a unidade de separação recicla 98 % dos reagentes não convertidos no reator, calcule a conversão no reator e a taxa de reciclo numa planta que produz 100   t o n e l a d a s   d e   N H 3 por dia.

Pode-se notar que se trata de um processo contínuo com reciclo e com reação no estado estacionário. O fluxograma da Figura ilustra o processo em questão.

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Uma das etapas do processo de produção de açúcar é a clarificação do caldo com a queima de enxofre S produzindo S O 3 que em contato com a água presente no caldo, gera H 2 S O 4 e abaixa o pH do caldo, precipitando e flotando impurezas presentes no caldo de cana. Trata-se de um processo contínuo com reação no estado estacionário. A reação global é dada por:

S + 3 2 O 2 + H 2 O → H 2 S O 4

Considere o fluxograma de sulfitação da Figura:

Se uma unidade de sulfitação processar 200   m 3 / h de caldo de cana reduzindo o pH do caldo de 6,0 para 3,0 ; calcule as vazões de alimentação requeridas de enxofre (em k g / h ) e de ar (em m 3 / h a 30 ° C e 1   a t m ), supondo que o mesmo esteja em excesso de 40 % .

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No processo de fabricação de etanol, o mosto de fermentação é preparado a partir da diluição de melaço (mel final) com água ou com caldo de cana. As massas específicas e as concentrações em grau Brix desses fluidos são apresentadas na tabela a seguir. Grau Brix representa a porcentagem em massa de sólidos solúveis contida em soluções aquosas de açúcares ou fração mássica ( x i ). É uma medida indireta do teor de açúcares em soluções, uma vez que a maioria dos sólidos solúveis nesses fluidos são açúcares.

Supondo que a vazão de mosto que alimenta uma dorna de fermentação seja de 80   m 3 / h e que o mesmo deva ter uma concentração de 20 °   B r i x . Calcular as vazões de melaço e de água e de melaço e de caldo de cana, dependo do tipo da diluição (com água ou caldo) e as respectivas massas específicas dos mostos ρ M , supondo que a massa específica da mistura ρ _ seja dada por:

O fluxograma do processo de diluição com água ou caldo de cana (corrente 2) é ilustrado na Figura:

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O bagaço de cana, que representa 25 % da cana-de-açúcar em massa, apresenta a seguinte composição mássica típica: 50 % de água, 24 % de carbono, 22 % de oxigênio e 4 % de hidrogênio. Supondo que 2 % da combustão do bagaço seja parcial ou incompleta e considerando que 80 % do bagaço produzido seja queimado na caldeira para geração de vapor numa usina, calcular por tonelada de cana ( T C ) moída:

  1. as quantidades de C O 2 e de C O produzidas.
  2. a quantidade alimentada de ar supondo um excesso de 40 % .

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