Princípios de processos químicos, Exercícios de Química Industrial

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PRINCÍPIOS DOS

PROCESSOS QUÍMICOS

Docente: Profª. Dra. Kelly Bossardi Dias [email protected] [email protected]

SLIDES 6

EXERCÍCIO 1) O diagrama de fluxo de um processo em estado estacionário para recuperar cromato de potássio cristalino (K2CrO4) de uma solução aquosa deste sal é mostrado abaixo:

a) Calcule a taxa de evaporação, a taxa de produção de K2CrO4 cristalino, as taxas de alimentação para as quais o evaporador e o cristalizador devem ser projetados e a razão de reciclo (massa de reciclo)/(massa de alimentação fresca).

b) Suponha que o filtrado fosse descartado em lugar de ser reciclado. Calcule a taxa de produção dos cristais. Quais são benefícios da reciclagem?

Em termos das variáveis rotuladas as quantidades pedidas pelo enunciado do problema são: 𝑚 2 (kg W evaporada/h). 𝑚 4 (kg K(s)/h) - produção de K2CrO4 cristalino 𝑚 1 (kg/h fornecidos ao evaporador). 𝑚 3 (kg/h fornecidos ao cristalizador). 𝑚 6 /4500 = (kg de reciclo/kg de alimentação fresca).

BMC - K2CrO4:

Os cristais constituem 95% da massa total

da torta de filtro → 𝒎𝟒 = 𝟎, 𝟗𝟓 (𝒎𝟒 + 𝒎𝟓) →

𝟎,𝟎𝟓. 𝒎𝟒

𝟎,𝟗𝟓 →^ 𝒎𝟓^ = 0,0526.^ 𝒎𝟒^ (2)

Substituindo (2) em (1):

𝑚 4 = 1498,5 − 𝑚 5 .(0,364)

𝑚 4 = 1498,5 − (0,0526. 𝑚 4 ) .(0,364)

𝑚 4 = 1498,5 − 0,0191. 𝑚 4 →

𝒎𝟒 = 1470,4 kg K2CrO4 cristais/h

Vamos calcular 𝒎𝟓:

𝒎𝟓 = 0,0526. 𝒎𝟒 → 𝒎𝟓 = 0,0526. (1470)

𝒎𝟓 = 77,3 kg solução impregnada /h

E, calcular 𝒎𝟐: BMG: 4500 = 𝑚 2 + 𝑚 4 + 𝑚 5

𝒎𝟐 = 2952,3 kg H2O evaporada /h

BMC – H2O:

Temos: 𝑚 5 = 77,3 kg/h

𝑚 3. (0,506) = 77,3. 0,636 + 𝑚 6 .(0,636) 𝑚 3. (0,506) = 49,16 + 𝑚 6 .(0,636) (4)

Substituindo (3) em (4):

𝑚 3. (0,506) = 49,16 + 𝑚 6 .(0,636)

(1547,7 + 𝑚 6 ). (0,506) = 49,16 + 𝑚 6 .(0,636)

783,1 + 𝑚 6 .(0,506) = 49,16 + 𝑚 6 .(0,636)

𝑚 6 = 733,9 / 0,13 → 𝒎𝟔 = 5645,4 kg/h

Vamos calcular 𝒎𝟑:

𝑚 3. (0,506) = 49,16 + 𝑚 6 .(0,636)

𝑚 3. (0,506) = 49,16 + 5645,4 .(0,636)

𝒎𝟑 = 7193 kg/h fornecidos ao cristalizador

Calcular razão kg de reciclo/kg de alimentação fresca:

𝑚 6

4500 =^

5645,

4500 = 𝟏, 𝟐𝟓^

𝑘𝑔 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑘𝑔 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜

b) Suponha que o filtrado fosse descartado em lugar de ser reciclado. Calcule a taxa de produção dos cristais. Quais são benefícios da reciclagem?

BALANÇO DE MASSA PARA O EVAPORADOR:

BMG: 4500 = 𝑚 1 + 𝑚 2

BMC – K2CrO4: 4500. (0,333) = 𝑚 2. 0,

𝒎𝟐 = 3033,4 kg/h

E, para calcular 𝑚 1 : 4500 = 𝑚 1 + 𝑚 2

4500 = 3033,4 + 𝑚 1 → 𝒎𝟏 = 1466,6 kg/h

Substituir (2) em (1):

3033,4 = 𝑚 3 + 𝑚 4 + 𝑚 5

3033,4 = 𝑚 3 + 0,0526. 𝑚 3 + 𝑚 5

𝒎𝟓 = 3033,4 - (1,0526). 𝒎𝟑

BMC – K2CrO4:

3033,4.(0,494) = 𝑚 3 + 𝑚 4. (0,364) + 𝑚 5. (0,364)

394,5 = 0,636. 𝑚 3 → 𝒎𝟑 = 620,3 kg/h(cristais)

Então, a taxa de produção dos cristais sem reciclo é:

𝒎𝟑 = 620,3 kg/h(cristais)

Com reciclo, era de 1470,4 kg/h , uma diferença drástica – aproximadamente 2,4 vezes menor.

ATIVIDADE AVALIATIVA

1. A seguir 3 questões sobre Processos sem Reações Químicas;
2. Esta Atividade Avaliativa vale 3,0 pontos na P2.
3. Para enviar as soluções de cada questão acessar “ATIVIDADE AVALIATIVA 23/04” no Moodle.
4. Enviar até dia 30/04/2020.

Questão 1) Separação de Gases Usando uma Membrana Membranas representam uma tecnologia relativamente nova em aplicações comerciais de separação de gases. Uma aplicação que tem chamado a atenção é a separação do nitrogênio e oxigênio do ar. A Figura a seguir ilustra uma membrana nanoporosa constituída de uma camada muito fina de polímero suportada em grafite poroso. Qual é a composição da corrente de rejeito se essa corrente corresponde a 80% da corrente de entrada?