PROV O ENGENHARIA QUÍMICA. Questão nº 1. h = 0,1 m A. Padrão de Resposta Esperado: a) P AB = P A B. Sendo ρ água. >> ρ ar. Em B : P B. .

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1 PRO O 00 Qestão nº ar A B h = 0, m A B a) P AB = P A B Sendo ρ ága >> ρ ar : Em B : P B = (ρ ága. g) h + P A P A B = P B P A =.000 x 9,8 x 0, = 980 Pa (valor:,5 pontos) b) P ar = P man = 0 4 Pa Em termos absoltos: P ar = P man + P atm = =, x 0 5 Pa (valor:,5 pontos) c) Sim, pois o diferencial de pressão é casado pela perda de carga qe amenta com o amento da vazão. Ressalve-se qe a precisão desta medida pode não ser a desejada, se a distância entre A e B for peqena. (valor:,5 pontos) d) B A. (valor:,5 pontos)

2 PRO O 00 Qestão nº Lei de Henry simplificada p CO p = H. x x = CO CO CO CO H CO () (valor:,5 pontos) Hidrocarboneto é não-volátil 5x0 P = p CO = 5x0 Pa x CO = H CO () (valor:,5 pontos) Cálclo da Constante de Henry H CO Usando os dados de laboratório: H = = x0 Pa CO 5x0-3 (3) (valor:,5 pontos) Cálclo da solbilidade Sbstitindo-se (3) em (): 5x0 x = = 0,5 CO x0 7 (valor:,5 pontos) Qestão nº 3 a) Da figra: E C E A+B > 0; como E C E A+B = H R, concli-se qe a reação é endotérmica. (valor: 5,0 pontos) b) Na figra abaixo, a representação gráfica para a reação catalisada é a crva tracejada, ma vez qe o catalisador dimini a energia de ativação. (valor: 5,0 pontos) E C A+B

3 PRO O 00 Qestão nº 4 a) azão do concentrado: Do balanço de sólidos no interior do evaporador: - m!. x = m!. x,0 x 0, = m!. 0,5 m! = 0,4 kg. s s s c c c c s: solção; c: concentrado azão do evaporado: Do balanço de massa global no interior do evaporador: - m! = m! + m! e m! e=,0 0,4 =, kg. s (valor: 3,0 pontos) s c Como não há elevação do ponto de eblição e o evaporado encontra-se em eqilíbrio com a solção em eblição, as temperatras das correntes de evaporado e de concentrado são igais a 5 C. (valor:,0 pontos) b) A temperatra do concentrado amenta, pois amenta a temperatra da solção em eblição no interior do eqipamento. A concentração de solto no concentrado será menor, pois a taxa de transferência de calor através do sistema de aqecimento será menor [prodto (U A) permanece constante, mas o diferencial efetivo (T v T c ) dimini]. Assim, a qantidade de calor transferida para evaporar o solvente dimini, gerando m prodto menos concentrado. (valor: 4,0 pontos) c) O desempenho do evaporador pode ser amentado com qalqer m dos segintes procedimentos: tilização de m sistema múltiplo efeito; aqecimento da solção antes de sa alimentação no evaporador, tilizando a corrente de evaporado como fonte de energia; aqecimento da solção antes de sa alimentação no evaporador, tilizando a corrente de concentrado como fonte de energia; redção da pressão operacional do evaporador. (valor:,0 ponto) Qestão nº 5 a) Em cada m dos três sistemas temos qe C A = C P = C B. Portanto, os coeficientes esteqiométricos são a = p = b. (valor: 4,0 pontos) b) Nos sistemas e 3, os reagentes A e B estão em proporções esteqiométricas, pois, em qalqer instante, C A / C B = C A0 / C B0 =. No sistema o reagente A está em excesso, pois após iniciada a reação, C A / C B >. (valor: 3,0 pontos) c) Nas condições operacionais apresentadas e considerando atingido o regime estacionário, a reação representada no sistema 3 pode ser considerada reversível, já qe nenhm reagente é consmido totalmente. (valor: 3,0 pontos) 3

4 PRO O 00 Qestão nº a) Balanço de energia no tambor de "flash": C = + L = kg h - o L = () C.H C c =.H v + L.H L () (valor:,0 pontos) Da tabela de vapor satrado, obtêm-se os valores das entalpias para as pressões indicadas na entrada e na saída do tambor de "flash": L P c = 8 x x 0 5 = 9 x 0 5 Pa P v = x x 0 5 = 3 x 0 5 Pa H c = 74,83 kj kg H v =.75,3 kj kg H L = 5,47 kj kg (valor: 3,0 pontos) Sbstitindo-se os valores acima na eqação (), jntamente com a relação (): 74,83 x =.75,3 + 5,47 (4.000 ) o = 335,3 kg h (valor:,0 pontos) b) O vapor de baixa pressão poderá ser empregado no pré-aqecimento dos reagentes na alimentação do reator e no pré-aqecimento da alimentação da colna de destilação. Desse modo, ma evental falha na vazão desse vapor não acarretará qalqer alteração no estado estacionário do processo, porqe o sistema de troca térmica já colocado sprirá as necessidades energéticas do processo. (valor: 3,0 pontos) apor a 5 x0 Pa apor a 5 x0 Pa 4

5 PRO O 00 Qestão nº 7 Os valores de podem ser calclados desprezando-se ρ face a ρ s 4 3 (,00x0 ) ( 3x0 )( 9,8) ( )( ) 3 =9,90x 0 m/s.50,8x0 (valor:,0 pontos) 4 3 (,00x0 )( 9,90x 0 )(,) Re = = 0, 0 < 0 ok (,8x 0 ) 3 f = 3 = 9, 7x0 m/s 4 3 (,5x0 ) ( 3x0 )( 9,8) ( )( ) 3 =5,5x 0 m/s.50,8x0 (valor:,0 pontos) 4 3 (,5x0 )( 5,5x 0 )(,) Re = = 0, 9 < 0 ok (,8x 0 ) 3 f f 9, 7x0 = = m/s (valor:,0 pontos) Como > não há risco de desflidização. f (valor: 4,0 pontos) Otra alternativa de resposta Tendo em vista qe p D (ρ ρ) s ρ s >> ρ (flidização a gás) p D ρ s Pelo ennciado f p s = 3 3 D ρ (valor:,0 pontos) 3 f f 9, 7x0 m/s = = (valor:,0 pontos) 5

6 PRO O 00 Como a vazão de gás é a mesma nos dois casos = f f (valor: 3,0 pontos) (3)(0 4 ) (,5 x 0 3 ) = n(,5 x 0 4 )(3 x 0 3 ) n =, Portanto, f =, não havendo risco de desflidização do leito. (valor: 3,0 pontos) Observação: Para mostrar qe Re p, < 0 (restrição da correlação de Wen e Y) é necessário calclar o valor de, o qe será feito para o caso mais desfavorável: D p = 0,5 mm e ρ s = 3 x 0 3 kg m (,5x0 ) ( 3x0 )( 9,8) ( )( ) =,54 x 0 m s.50,8x0 ( )(,5 x0 4,54 x 0 )(, ) Re =0,9 0 <,8 x 0

7 PRO O 00 Qestão nº 8 Hipótese a k A rr ; r/a = Sendo α a fração de F Ao dirigida ao reator e ( α) a fração dirigida ao reator : F R = F Ao α X A + F Ao ( α) X A A prodção máxima é obtida por: df R d α =0 F Ao X A F Ao X A = 0 X A = X A XA X = ; = A F α ( r ) F ( α) ( r ) Ao A Ao A Como X A = X A ( r A ) = ( r A ) τ = τ Como τ i = i /v i e v o = v + v = 4 L h, então /v = /v e /v = /(4 v ). Portanto v = 3 L h (e v = L h ). (valor: 5,0 pontos) Da eqação do reator de mistra, tem-se, para o reator, qe: X A X A = = C v k C X 0x3 0,5 x0 X ( ) ( ) A0 A0 A A X = 0,5 (valor:,0 pontos) A F = F X = v C X = 4 x 0 x 0, 5 F = 40 g h. R A0 A o A0 A R (valor: 3,0 pontos) 7

8 PRO O 00 Qestão nº 9 a) Da figra: L = L + t/ = 0,5 + 0,0/ = 0,55 m c -3 A p = L c. t = 0,55 x 0,0 =,55 x 0 m / / 3/ h 3/ 40 L = ( 0,55 ) = 0,75 c K A. A p -3 70x,55x0 A partir do gráfico: η = 75% (valor: 4,0 pontos) Então, tilizando a definição de eficiência: ηq q = max η = (h (ZL + tz) (T T ) ef s q ef 75 ( ( )) = 40 x0,5+0,0)(50 5 =.,5 W m (valor: 4,0 pontos) Z 00 O, tilizando o conceito de comprimento corrigido: η q = (h (ZL )(T T ) ef 00 c s q ef 75 ( ( )) = 40 x0,55)(50 5 =.,5 W m Z 00 b) O modelo nidimensional é tilizado com base na hipótese de qe a resistência térmica condtiva na direção y é mito peqena qando comparada à da direção x. (valor:,0 pontos) 8

9 PRO O 00 Qestão nº 0 As respostas consideram qe todo o CH 4 alimentado ao processo com o hidrogênio deverá deixar o processo pela prga. a) Parâmetros qe interferem na otimização econômica do processo: composição do reciclo: qanto maior a concentração do gás inerte (CH 4 ) em relação ao hidrogênio no reciclo, menor será a vazão da prga reqerida, redzindo a qantidade de hidrogênio perdida; (valor: 3,0 pontos) vazão do reciclo: qanto maior a vazão do reciclo, maior será o dispêndio de energia na operação de recompressão e reaqecimento da carga do reator. (valor: 3,0 pontos) A otimização será alcançada comparando-se o csto do hidrogênio perdido na prga com o csto de recompressão e reaqecimento do reciclo. (valor:,0 ponto) b) A pressão na descarga do tambor de "flash" poderá ser controlada por ma válvla qe regle a vazão de descarga na prga: Reciclo Prga PC Tambor de flash Líqido (valor: 3,0 pontos) 9