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Faculdade de Engenharia Química (FEQUI)
Operações Unitárias 2 – 3ª Lista de Exercícios
Profº Carlos Henrique Ataíde (agosto de 2013)
- Concurso Petrobras Engenheiro de Processamento Junior (questão 35 de 2012). No processo de destilação descrito na figura abaixo, a alimentação tem uma mistura de 390 kg/h de benzeno e 460 kg/h de tolueno. O destilado tem composição de 10% (molar) de tolueno e, na base, a composição de saída é de 80% (molar) em tolueno. Além disso, a razão de refluxo (refluxo/destilado) é 3. O refluxo na coluna, em kmol/h, e a composição dessa corrente, em %(molar), são, respectivamente,
(A) 4,3 e 10 % em tolueno (B) 4,3 e 90 % em benzeno (C) 12,9 e 10 % em tolueno (D) 12,9 e 10 % em benzeno (E) 12,9 e 50 % em benzeno
- Concurso Petrobras Engenheiro de Processamento Junior (questão 42 de 2012).
Em um processo de flash, tem-se uma mistura homogênea de dois compostos P e Q. A
alimentação do processo é de 1.200 kg/h, com composição de Q de 50% (m/m). No topo do processo, têm-se 98% molar de P e, no fundo, 3% molar de P.
Se MM. P = 100 e MM. Q = 200, quais são, em kmol/h, as vazões molar de topo e de fundo, respectivamente?
(A) 3,06 e 5, (B) 4,45 e 4, (C) 4,54 e 4, (D) 5,94 e 3, (E) 6 e 3
- Concurso Petrobras Engenheiro de Processamento Junior (questão 43 de 2012). Um método bastante utilizado para estudo de destilação é o McCabe-Thiele, em que a resolução gráfica permite determinar diversos parâmetros da coluna de destilação. Nesse método, a reta q delimita as retas de retificação e o esgotamento para a condição
de uma determinada coluna. Além de efetuar a separação entre áreas dentro do destilador, a reta q:
(A) descreve a condição da alimentação e do prato respectivo. (B) indica quando se têm misturas azeotrópicas. (C) determina o número de pratos mínimos. (D) determina as condições de operação da zona de retificação. (E) determina os parâmetros do condensador do destilador.
- Fluxo limite de vapor em coluna de destilação. Uma coluna com 15 pratos
perfurados ( sieve-tray) é utilizada para produzir um destilado com 99%(molar) de
metanol. A alimentação é líquido saturado com 40% (molar) de metanol e 60% (molar) de água. Os pratos têm 8% de área livre, furos de ¼ in e altura do vertedouro (segmentar reto) de 2 in. Se a coluna opera a pressão atmosférica, estimar o fluxo limite de vapor para a condição de inundação na coluna, considerando as condições ou propriedades da mistura no topo da coluna (metanol quase puro). Fazer as considerações e aproximações pertinentes. Os dados de equilíbrio para esse sistema para a pressão de 101,3 kPa já foram fornecidos.
- Concurso Petrobras Engenheiro(a) de Processamento Junior (questão 31 de 2001). Com relação às operações unitárias para a separação de fluidos, julgue os itens abaixo:
a. Em uma coluna com cinco estágios de equilíbrio, operando em regime permanente para a separação de uma mistura binária, as composições das correntes de destilado e de produto de fundo estão conectadas por uma linha de amarração. b. No método simplificado de Fenske-Underwood-Gilliland para o projeto de coluna de destilação, dois componentes-chave são sempre aqueles em maior concentração na corrente de alimentação da coluna (ainda vou ensinar essa parte). c. Suponha que o produto de topo de uma coluna de destilação seja um composto puro,
cuja temperatura de ebulição, na pressão P 1 inicialmente cogitada para a operação do condensador, seja igual a 10 °C. Para que se possa utilizar água de resfriamento disponível na instalação industrial a 30 °C, como fonte fria no condensador, este deve
operar a uma pressão P 2 menor que P 1. d. O valor da razão de refluxo mínimo de uma coluna de destilação cuja recuperação dos compostos-chave esteja especificada é determinado a partir do numero mínimo de estágios teóricos na coluna. e. A condição de refluxo mínimo em uma coluna de destilação pode acarretar a existência
de mais de uma zona de composição constante ( pinch) na coluna.
- Concurso Petrobras Engenheiro(a) de Processamento Junior (questão 32 de 2001). Julgue os itens que se seguem, acerca das operações unitárias para a separação de fluidos.
a. Supondo que o comportamento termodinâmico de uma mistura binária de dois hidrocarbonetos seja bem descrito pela lei de Raoult, conclui-se que a pressão no ponto de orvalho de uma mistura equimolar desses dois compostos, em uma
(B) vai, em sua totalidade, compor a corrente de líquido ascendente do prato, sendo que o equilíbrio líquido-vapor fica inalterado. (C) vai dividir-se em líquido e vapor, sendo que o equilíbrio líquido-vapor fica alterado pela adição de massas nas correntes de líquido e vapor na coluna. (D) condensa parte do vapor da corrente ascendente do prato, logo ocorre um deslocamento do equilíbrio líquido-vapor para formação de líquido. (E) vaporiza parte do líquido da corrente descendente do prato, logo ocorre um deslocamento do equilíbrio líquido-vapor para formação de vapor.
- Concurso Petrobras Distribuidora, Profissional Junior - Engª Química (questão 59 de 2010). No método McCabe-Thiele gráfico, a condição de vazão molar constante transforma em linhas retas as equações de balanços molares efetuados para cada seção da coluna. Para tornar possível essa transformação, o método se baseia em determinadas hipóteses simplificadoras, dentre as quais NÃO se inclui a hipótese de que
(A) as variações de calor sensível sejam desprezadas. (B) a diferença de entalpia entre as correntes que se cruzam, líquida e vapor, em um prato qualquer da coluna, seja o calor de vaporização do componente mais leve. (C) a coluna seja adiabática. (D) o calor de vaporização seja constante ao longo da coluna. (E) o calor de mistura das várias correntes seja desprezado.
- Concurso Petrobras Distribuidora, Profissional Junior - Engª Química (questão 62 de 2010). No que se refere a colunas de prato e de recheio, analise as afirmações a seguir.
I - Nas colunas de pratos, para garantir uma operação estável e um bom desempenho do equipamento, a fase líquida não deve gotejar pelos orifícios do prato nem deve ser arrastada pelo vapor, e a fase vapor deve ser transportada pela fase líquida. II - Nas colunas de pratos, quando a velocidade do vapor for muito abaixo do valor estipulado pelo projeto, a fase líquida pode gotejar através dos orifícios dos pratos diminuindo a eficiência do prato. III - Com a aproximação da condição de inundação em uma coluna recheada, a altura equivalente do prato teórico aumenta devido à redução de contato entre as fases líquida e gasosa. IV - Quanto maior for a transferência de massa entre as fases líquida e vapor em uma coluna de destilação recheada, maior será a altura de uma unidade de transferência de massa.
Está correto APENAS o que se afirma em
(A) I e II. (B) II e III. (C) III e IV. (D) I, II e IV. (E) II, III e IV.
- Concurso Petrobras Químico(a) de Petróleo Júnior (questão 68 de 2010). A respeito de colunas de pratos, analise as afirmações a seguir.
I - O gotejamento sempre ocorre quando a velocidade do vapor, através dos orifícios do prato, for muito menor que a velocidade de vapor operacional. II - O gotejamento aumenta o tempo de contato da fase líquida no prato, diminuindo a carga líquida no prato inferior. III - O arraste de líquido pelo vapor, quando excessivo, aumenta a eficiência do prato. IV - O arraste excessivo de líquido pelo vapor diminui a perda de carga.
V - A altura total de líquido no downcomer ou calha descendente é resultante de todas
as perdas de carga que o vapor e o líquido devem vencer em cada prato.
Está correto APENAS o que se afirma em
(A) I e III. (B) I e V. (C) II e III. (D) II, III e IV. (E) III, IV e V.
- Concurso Transpetro Químico(a) de Petróleo Júnior (questão 37 de 2010). O campo de operação de uma coluna recheada é limitado por vazões da fase líquida e da fase vapor que podem acarretar problemas capazes de comprometer seriamente a
operação da coluna. Entre essas anomalias de funcionamento, o gotejamento ( weeping)
causa uma diminuição significativa na eficiência do prato. O gotejamento é causado quando a fase
(A) vapor tem uma velocidade muito baixa. (B) vapor tem uma velocidade muito alta. (C) líquida tem uma vazão muito baixa. (D) líquida tem uma velocidade muito alta. (E) líquida e a fase vapor têm a mesma velocidade.
- Análise de desempenho de uma coluna de absorção. Estuda-se a possibilidade da utilização de uma coluna de absorção de 1,0 ft de diâmetro e 12 ft de altura de recheio na “limpeza” de 6000 ft^3 /h de um efluente gasoso. Um recheio aleatório constituído de selas de Berl de 1,0 in (diâmetro nominal) é utilizado na operação de absorção. A mistura gasosa que alimenta continuamente a base coluna tem 5% (molar) de NH 3 e 95% de ar e água pura é empregada como solvente absorvedor. A coluna opera à 80ºF e a pressão de 1,0 atm e, nessas condições, a relação de equilíbrio é y*=1,414x. Verificar se a coluna disponível é SATISFATÓRIA OU ADEQUADA para reduzir a concentração de soluto para 0,04%.
Dado empírico MUITO USUAL: Fluxo mássico de gás OPERACIONAL é a METADE do Fluxo mássico de gás na condição de INUNDAÇÃO Dados médios usuais para Altura de Global de Unidade de Transferência ( HOy ) para
colunas recheadas. FONTE: Distillation Design by Henry Kister (McGraw-Hill, ISBN
- Número de unidades de transferência na fase líquida. Uma corrente aquosa
contendo 1,0% peso de NH 3 deve ser submetida a uma operação de limpeza ( stripping)
com ar puro. A operação desenvolve-se numa coluna de recheio para remover 99% da amônia presente na água. Qual a taxa MÍNIMA de ar em kg de ar/kg de água, se a coluna opera a 40 ºC. Calcular o Número Global de Unidades de Transferência na fase líquida requeridos, quando a taxa de ar for igual a duas vezes a mínima. Alguns dados de equilíbrio para o sistema foram mostrados na tabela do Exercício anterior.
Troca do tipo de recheio randômico por estruturado. Sobre a substituição da sela Intalox de 1 in do Exemplo 1( resolvido em sala de aula) por recheio estruturado do tipo Gempack 230 A2T fabricado pela Glitsch (ver diagrama a seguir). Qual o incremento da capacidade de processamento da coluna (aumento do fluxo de gás). Lembrando que no Exemplo 1 o fluxo de gás ascendente foi igual à metade da condição de inundação.
Coluna de recheio para absorção. Uma coluna com 8 ft de diâmetro e 20 ft de altura de recheio (selas de Berl de 1 in) é utilizada para limpar uma corrente de ar na seguinte condição: 1,5 atm e 40 °C. A estagiária acredita que a coluna encontra-se inundada, considerando que a queda de pressão na coluna indicada no manômetro é de 24 in de água. A mesma estagiária observou que para essa queda de pressão (24 in H 2 O) o fluxo mássico de líquido (água) é 8,5 vezes o de gás. Calcular:
(a) O valor da queda de pressão na coluna se a sela de Berl de 1 in foi substituída por sela Intalox de 1,5 in, mantendo a razão entre os fluxos de 8,5. (b) O incremento ou aumento no fluxo mássico de gás para o recheio maior para atingir a mesma queda de pressão da sela de Berl (24 in H 2 O).
- Queda de pressão na coluna de absorção gasosa. Uma coluna de absorção opera com 680 kg/h de gás e 9.000 kg/h de líquido, com fluxos contracorrentes. Pode-se admitir que os fluidos têm as propriedades físicas do ar e água pura a 20 °C e 1 atm. O diâmetro da coluna é 0,42 m e o recheio é selas cerâmicas Intalox de ½ in. Calcular a queda de pressão na coluna sabendo que a altura de recheio é de 9,0 m.
- Concurso Petrobras: Químico de Petróleo Junior (questão 63 de março/2010). O processo ilustrado na figura a seguir consiste na remoção de gases ácidos (H 2 S, CO 2 ) de gás natural bruto, visando a enquadrá-lo nas especificações comerciais. Para realizar essa operação, utiliza-se de uma solução contendo aminas que pode ser regenerada e retorna ao separador.
A operação de separação realizada é de: (A) esgotamento, com objetivo de recuperar o gás. (B) esgotamento, com o objetivo de recuperar a amina. (C) separação centrífuga, utilizando como princípio a diferença de massa específica entre as fases. (D) destilação reativa, uma vez que ocorre uma reação de neutralização. (E) absorção, com coluna empacotada em função da natureza corrosiva da carga.
- Concurso Petrobras: Químico de Petróleo Junior (questões 171 a 175 de 2004). A absorção é um método muito usado na separação de componentes de uma mistura gasosa. Acerca desse processo, julgue os itens subseqüentes.
a) Para determinar o número de estágios necessários para que ocorra a absorção desejada, é correto usar o método gráfico, traçando-se uma curva de operação e outra de equilíbrio em função da composição. Essas curvas podem ser corretamente aproximadas para uma reta, quando a variação volumétrica das fases durante o processo for pequena. b) Como as entalpias envolvidas na transferência de um componente do gás para o líquido podem ser desprezadas, a temperatura na coluna de absorção é sempre constante. c) Para uma eficiente separação de um componente de uma mistura gasosa, é necessário que os demais compostos sejam pouco ou completamente insolúveis na fase líquida. Considerando que uma torre de absorção opera a pressões moderadas, admite-se que o equilíbrio líquido-vapor do componente que é extraído de uma mistura gasosa de hidrocarbonetos pela fase líquida tem um comportamento ideal e pode ser expresso pela Lei de Raoult. d) Frações de hidrocarbonetos líquidos dissolvidos em gases de refinaria, ou no gás natural, podem ser extraídas em uma torre de absorção, passando uma mistura de hidrocarbonetos pesados, como querosene, em contracorrente.
absorção de H 2 S por meio de DEA. Considere que uma corrente de 100.000 kg/h de GLP, contendo 1% de H 2 S (em massa), sofre tratamento de absorção com DEA, usando-se 20.000 kg/h em torre absorvedora (cilíndrica) de 10 metros de altura e 2 metros de diâmetro. Se, após o processo de absorção, tem-se uma corrente de DEA contendo 2, % (em massa), quantos quilogramas de H 2 S ficam na corrente de GLP?
(A) 381, (B) 400 (C) 500 (D) 600 (E) 618,
Dica: DEA é uma sigla para solução aquosa de dietanolamina (boa solubilidade de frações ácidas de correntes gasosas).
- Concurso Petrobras Engenheiro Processamento Junior (questão 57 de 2006). Para avaliar a eficiência de uma coluna de absorção gasosa podem ser utilizados dois conceitos: o Número de Unidades de Transferência (NTU), que é uma medida da dificuldade de separação, e a Altura Equivalente ao Estágio Teórico (HETP), que é uma forma de comparar a eficiência entre colunas de recheio e colunas com pratos. Em relação a esses conceitos, é INCORRETO afirmar que o:
(A) HETP é mais fácil para se aplicar em sistemas multicomponentes. (B) HETP não pode ser utilizado em conjunto com simuladores de processos para cálculos de colunas multi-estágios. (C) HETP permite fácil comparação com colunas de pratos. (D) NTU é mais complexo e mais difícil de se usar, apresentando resultados com as mesmas precisões do HETP. (E) NTU necessário para efetuar uma dada separação está intimamente relacionado com o número de pratos teóricos.
- Concurso Petrobras Engenheiro Processamento Junior (questão 58 de 2006). Quase toda a separação de misturas líquidas pode ser executada tanto em colunas com bandejas quanto com recheios. O que favorece o uso de recheios são colunas que:
(A) têm diâmetros menores que 3 ft. (B) têm vários pontos de alimentação. (C) apresentam muitos intercondensadores e interrefervedores. (D) operam com cargas que tenham sólidos em suspensão. (E) operam com altas taxas de líquidos.
- Concurso Petrobras Químico de Petróleo Junior (questão 68 de 2010). Uma corrente aquosa com 10% molar de tricloroetileno deve ser purificada em uma coluna de esgotamento recheada com anéis Pall de 0,0254 m, usando o ar como solvente a 293 K e 101.325 Pa. Para obedecer às normas ambientais, o produto líquido deve conter, no
máximo, 0,1% molar de tricloroetileno. A relação de equilíbrio para este sistema nas condições de operação da coluna é y = 0,65 x. Considerando-se as frações molares: x i : do soluto na interface; x *: de uma fase líquida em equilíbrio com uma fase gasosa de composição igual à composição do seio da fase gasosa; x e : da carga da coluna de esgotamento; x s : do produto líquido, e
x: da fase que cruza com uma fase vapor de fração y,
o número de unidades de transferência globais do líquido para esta separação é dado por
(A)
0,
0,001^ *
dx x x
(B)
0,
0,1 i
dx x x
(C)
0,
0,001 i
dx x x 1 x
(D)
( −^ )(^ − )
0,
0,001 *
dx x x 1 x
(E)
( −^ )(^ − )
0,
0,001 *
dx x x 1 x
- Petrobras Distribuidora Profissional Junior: Formação Engenharia Química (questão 63 de 2008). Um gás de processo, com 0,03 mol de A por mol de gás, alimenta uma coluna de absorção. O teor de A foi reduzido para um centésimo do valor inicial após absorção a 30 oC e 1 atm. Admitindo que a relação de equilíbrio é Ye = 2x, e que o solvente sai da torre com 0,0013 mol A por mol de solvente, a altura da coluna, em metros, será: (Dados: vazão de gás de processo = 5 mol/h.m^2 , KGa = 6 mol/h.m^3 )
(A) 10 (B) 17 (C) 20 (D) 25 (E) 40
Obs: Nos concursos da Petrobras não é permitido o uso de calculadoras (nenhum tipo ou modelo) e em alguns casos, a questão não foi bem formulada (ou “furada”).
