Exercício. Questão 48 Engenheiro de Processamento Petrobras 02/2010

Transcrição

1 Operações Unitárias

2 Apresentação

3 Grandezas Físicas

4 Questão 48 Engenheiro de Processamento Petrobras 02/2010 O número de cavitação (Ca) é um número adimensional empregado na investigação da cavitação em bombas: onde p é a pressão do fluido, pv é a sua pressão de vapor, v é a velocidade de escoamento e a constante ½ não possui dimensão. Nesse caso, a dimensão de X é de:

5 Balanço de Massa

6 Questão 46 Químico de Petróleo Transpetro 3/2011 Um concentrado processado para produção de zinco metálico contém blenda (ZnS), pirita (FeS 2 ), galena (PbS) e sílica (SiO 2 ), além de outros minerais. Esse concentrado possui a seguinte composição: 50% de Zn, 32% de S, 8% de Fe, 1% de Si, 0,2% de Pb. O tratamento envolve ustulação, lixiviação do zinco, purificação da solução e eletrorredução do metal, com a obtenção de ácido sulfúrico como subproduto. Que quantidade, em kg, de ácido sulfúrico 98% é obtida para cada tonelada de zinco produzido?

7 Em equipamentos de combustão industrial, é comum a utilização de oxigênio em excesso para garantir que a combustão completa, de acordo com a equação: Considerando essas informações, suponha que um processo de combustão industrial queime 100 mols de uma mistura de metano (massa molecular do metano = 16 g/mol) e propeno (massa molecular do propeno = 42 g/mol), cuja fração mássica de propeno é 0,84, utilizando um excesso de oxigênio de 20% em base molar.

8 Nessa situação, a quantidade de mols de oxigênio necessária para realizar essa combustão é igual a:

9 Considere o escoamento em estado estacionário de um fluido com densidade igual a 2x10 3 kg/m 3 através de uma tubulação. Admitindo que as vazões mássicas nos pontos 2 e 3 (da figura acima) equivalem a 3 kg/s e 2 kg/s, respectivamente, então a vazão volumétrica no ponto 1 será igual a:

10 Balanço de Energia

11 Petrobrás Engenheiro de Processamento Jr Uma corrente de gás metano a 27 ºC, com vazão de 3600 kg/h, é comprimida de 100 kpa até 200 kpa, consumindo, nesse processo, 150 kw. Sabendo-se que a capacidade térmica calorífica do metano é 2,2 kj.kg -1 K -1, e considerando-se a compressão como adiabática, o gás com comportamento ideal e as ineficiências associadas à máquina como nulas, a variação de temperatura entre a sucção e a descarga do compressor deve ser aproximadamente igual a:

12 Conversão e Reciclo

13 Questão 24 Engenheiro de Processamento Petrobras Junho/2010 O fluxograma mostra as substâncias presentes em cada corrente de um processo de decomposição de um composto A pela reação A -> B + C.

14 A corrente de alimentação do processo consiste de 100 kmol/h de A e 1 kmol/h de um inerte I. O efluente do reator contém 68 kmol/h de A e a corrente de purga, 34 kmol/h de A. Com base nesses dados, a conversão por passe e a conversão global na corrente de alimentação do reator são, em valores aproximados, respectivamente, 34 kmol/h 34 kmol/h 100 kmol/h 134 kmol/h 68 kmol/h

15 Questão 44 Engenheiro de Processamento Transpetro 3/2011 No processo químico representado na figura abaixo, o efluente do reator R é dirigido ao separador S, do qual sai uma corrente com todo o A e todo o I presentes nesse efluente. Na alimentação do reator, a vazão de A é de 125 kmol/h.

16 O processo químico apresentado recebe uma alimentação constituída de 100 kmol/h de um reagente A e uma certa quantidade de substância inerte I. Da corrente com todo o A e todo o I que sai de S, 50% são reciclados para a entrada do reator. Os outros 50% são purgados para evitar o acúmulo do inerte I no processo. A conversão por passe é 60%. Dessas informações, depreende-se que a conversão global de A seja: 125 kmol/h

17 Questão 33 Engenheiro de Processamento Suape 1/2011 Um processo é usado para a obtenção de aldeído fórmico pela reação catalítica de oxidação do metano: CH 4 + O > HCOH + H 2 O No entanto, também ocorre, no reator, a seguinte reação de combustão: CH 4 + 2O > CO 2 + 2H 2 O A análise do efluente do reator, em base molar, indicou: HCOH = 30%; CO 2 = 3%; CH 4 = 27%; H 2 O = 36%; O 2 = 4%

18 Com base nessas informações, analise as afirmativas abaixo. I - O reagente em excesso na reação foi o oxigênio. II - A conversão de metano foi 55%. III - A conversão de oxigênio foi 90%. IV - A seletividade do aldeído fórmico, em relação ao dióxido de carbono, foi 30/1.

19 Seletividade e Rendimento

20 Conceitos Estudar a eficiência das reações química em mais detalhes

21 Questão 26 Engenharia de Processamento Petrobras 02/2010 O óxido de etileno pode ser utilizado como matéria-prima para obtenção de etilenoglicol. O óxido de etileno deverá ser produzido pela oxidação catalítica de eteno com ar, de acordo com a seguinte reação: No entanto, em paralelo ocorre a reação indesejável de combustão do eteno:

22 A conversão global de eteno no processo é de 95,0%, e a seletividade do etilenoglicol em relação ao CO2 é de 18,5:1. De acordo com os dados fornecidos, o rendimento do óxido de etileno no processo é de?

23 Umidade Relativa (psicometria)

24 Questão 25 Engenheiro de Processamento Petrobras 02/2010 Uma corrente de ar úmido a 40 ºC, com 90% de umidade relativa, é resfriada ao passar em um trocador, de forma que 50% do vapor d água presente na corrente de ar irá condensar. A umidade relativa da corrente de ar, após o resfriamento, é de: UR Pv Ps 100

25 Questão 46 Engenheiro de Processamento Petrobras 03/2011 Uma corrente de ar com umidade relativa igual a 60% entra em um desumidificador, de onde sai com umidade relativa igual a 40%. Se o desumidificador opera a pressão e temperatura constantes, a razão entre a pressão parcial do vapor d água na saída e a pressão parcial do vapor d água na entrada é, aproximadamente, igual a

26 Uma corrente de processo, contendo uma mistura ar-gásvapor de água, apresenta temperatura de bulbo seco igual a 30 ºC e umidade absoluta de 15 kg de água por quilograma de ar seco, à pressão atmosférica padrão (1 atm). Considerando que a massa molecular média do ar igual a 29 g/mol e que a massa molecular da água é igual a 18 g/mol, com base na figura e no texto acima, assinale a opção correspondente aos valores de umidade relativa percentual e umidade absoluta (kmol de água/kmol de ar seco), respectivamente.

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28 Filtração

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30 Evaporação

31 Evaporação é uma operação unitária que consiste na eliminação de líquido por meio de vaporização. A concentração de açúcar é normalmente conduzida por meio de evaporadores. Considere que a evaporação de uma solução contendo açúcar como soluto, realizada a 70 ºC, em um evaporador de estágio único, utiliza uma corrente de vapor saturado a 95 ºC. Considerando que o calor de vaporização da água à 95 ºC é igual a 2270,2 kj/kg, considerando que o coeficiente global de troca térmica U = W/(m 2 K) e que a área de troca térmica A = 45,5 m 2, assinale a opção correspondente à quantidade de vapor necessária para manter a temperatura do processo no patamar desejado.

32 Uma corrente de processo, com vazão de 100 mol/h, contendo uma mistura binária de etano e pentano, apresenta composição molar do componente mais leve igual a 0,40. A operação normal do processo exige que seja adicionado 0,1 kcal por mol da corrente de alimentação para que uma taxa de vaporização de 30% seja alcançada. Considerando que a corrente de vapor apresenta 90%, em base molar, do componente mais volátil e que as entalpias molares das correntes de vapor e líquido na saída do processo equivalem a 25 kcal/mol e 8,0 kcal/mol, respectivamente, assinale a opção correspondente à fração molar do componente mais volátil no líquido (x) e à entalpia molar da corrente de alimentação (H).

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34 Em uma unidade de produção de H 2, uma corrente de kg/h de gás natural (composição volumétrica: 90 % de CH 4 e 10 % de C 2 H 6 ) é misturada com vapor d`água de tal forma que a razão entre a quantidade de matéria de vapor e a quantidade de matéria total de carbono seja equivalente a 3. A vazão mássica da corrente de vapor é a) kg/h b) kg/h c) kg/h d) kg/h e) kg/h

35 Em uma unidade de produção de H 2, uma corrente de kg/h de gás natural (composição volumétrica: 90 % de CH 4 e 10 % de C 2 H 6 ) é misturada com vapor d`água de tal forma que a razão entre a quantidade de matéria de vapor e a quantidade de matéria total de carbono seja equivalente a 3. A vazão mássica da corrente de vapor é a) kg/h b) kg/h c) kg/h d) kg/h e) kg/h

36 Considere o diagrama termodinâmico pressão x entalpia abaixo para responder às questões de n os 4 e 5. Exercício

37 O propeno no estado de vapor saturado a 1100 kpa é comprimido adiabaticamente por um compressor, onde, na descarga, a pressão e temperatura são 2500 kpa e 80 o C, respectivamente. Sabendo-se que o rendimento termodinâmico é dado pela relação entre o trabalho ideal e o trabalho real desenvolvido pelo computador, e de acordo com o diagrama da página anterior, pressão x entalpia específica, o valor do rendimento é a) 61,5 % b) 66,7 % c) 69,2 % d) 71,4 % e) 76,9 %

38 Se 1 kg/s do propeno efluente do compressor na pressão de 2500 kpa e na temperatura de 80 o C, depois de passar por um condensador com perda de carga despresível, sai desse condensador com 90 % em massa de propeno no estado líquido, a carga térmica removida no condensador será a) 50 kw b) 120 kw c) 225 kw d) 275 kw e) 300 kw

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40 Um gás ideal, com capacidade calorífica constante, passa pela seguinte sequência de processos mecanicamente reversíveis em um sistema rechado: 1. de um estado inicial a 100 o C e 1 bar, é comprimido adiabaticamente até 150 o C; 2. em seguida, é resfriado de 150 o C a 100 o C, a pressão constante; 3. finalmente, é expandido isotermicamente até o seu estado original. Para o ciclo completo, as variações de energia interna ( U) e entalpia ( H) são a) U = 0 e H > 0 b) U = 0 e H = 0 c) U > 0 e H > 0 d) U < 0 e H < 0 e) U > 0 e H = 0

41 Um compressor trabalhando adiabaticamente e com uma eficiência de 80 %, comprime vapor saturado de 100 kpa a 300 kpa e necessita de 650 kj para comprimir 10 kg deste vapor. Se a compressão for conduzida agora de forma adiabática e isotrópica, o trabalho necessário para comprimir a mesma quantidade de vapor saturado, em kj, é de a) 520,0 b) 550,0 c) 812,5 d) 1100,0 e) 1625,0

42 A flotação é um processo usado para separar (A) gases dissolvidos em uma suspensão sólido líquido (B) gases dissolvidos em dispersões líquido líquido (C) gotículas de um líquido e bolhas de gás dispersas em outro líquido (D) partículas sólidas de dado material de uma mistura de materiais (E) partículas e gotículas de um líquido dispersas em outro líquido

43 Em dado processo de separação por membrana cuja força motriz é o gradiente de pressão, pretende-se separar as espécies químicas W e Z presentes em uma solução aquosa. Se o coeficiente de rejeição da espécie química Z é igual a 1, então o permeado é: (A) isento de Z (B) Z puro (C) Z + água (D) W puro (E) água com W e Z na mesma concentração

44 Obrigado! Dúvidas?