PROCESSOS DE ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA I

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1 PROCESSOS DE ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA I S-105 Purga S-104 S-101 Reagentes P-4 / FSP-101 S-106 S-108 S-10 Produto P-1 / V-101 Reacção S-103 P- / DE-101 Pré-Filtração P-3 / UF-101 Ultrafiltração S-107 PROBLEMAS RESOLVIDOS E PROPOSTOS CAPÍTULO 3 BALANÇOS DE MASSA A PROCESSOS QUÍMICOS E BIOLÓGICOS 3.3 BALANÇOS DE MASSA A PROCESSOS COM REACÇÃO Mestrado Integrado em Engenharia Química Mestrado Integrado em Engenharia Biológica Prof. José A. Leonardo Santos Profª Maria Cristina S. Fernandes Profª Maria de Fátima C. Rosa Profª Maria de Lurdes Serrano Departamento de Engenharia Química e Biológica 010/011

2 CAPÍTULO 3 BALANÇOS DE MASSA A PROCESSOS QUÍMICOS E BIOLÓGICOS 3.3 BALANÇOS DE MASSA A PROCESSOS COM REACÇÃO EXEMPLOS RESOLVIDOS EXEMPLO moles de dióxido de enxofre vão reagir com igual número de moles de oxigénio (reacção de combustão), formando SO 3. Para uma conversão de 60%, calcular: A) O reagente limitante. B) A percentagem de excesso do reagente em excesso. C) A composição dos gases de combustão. Resolução A) O 100 moles 1 Reactor 3 SO 100 moles SO SO 3 O Base de cálculo: 100 moles de dióxido de enxofre na corrente 1. Reacção e reagente limitante: SO + 1 O SO moles Para as 100 moles de SO serem totalmente consumidas serão necessárias 50 moles de O (atendendo à estequiometria da reacção). Como inicialmente existiam 100 moles de O, o SO é o reagente limitante da reacção. 94

3 B) Excesso de ar = Excesso de O = ( O) ( ) - ( O) EN x 100 = ( O) EN x 100 = 100% pois, se todo o reagente limitante se converter (%X = 100%) serão necessários 50 moles de O (O estequiometricamente necessário). C) Percentagem de conversão do SO : %X = (SO ) ( 1) - (SO ) ( 3) (SO ) x 100 = (SO ) ( 1) (SO ) ( 1) reagiu x100 %X = - (SO ) ( 3) 100 (SO ) x 100 = x100 = 60% reagiu donde: (SO ) reagiu = 60 moles e (SO ) (3) = 40 moles Deste modo: SO + 1 O SO moles Moles na corrente dos gases de combustão: Composição dos gases de combustão: SO = = 40 moles SO - 3,5% SO 3 = 60 moles SO 3 = 35,3% O = = 70 moles O = 41,% TOTAL = 170 moles EXEMPLO 3.14 No processo de produção de anidrido ftálico (C 8 H 4 O 3 ), por oxidação do naftaleno (C 10 H 8 ) com ar, dá- -se a seguinte reacção: 9 C 10 H 8 + O C 8 H 4 O 3 + CO + H O À saída do reactor obtém-se, além da corrente que contem o anidrido ftálico, um efluente gasoso residual cuja composição expressa em base seca é a seguinte: O 1,55%; N 83,0% ; CO 4,5%. Sabendo que a conversão é de 100%, calcular o excesso de ar utilizado. 95

4 Resolução Ar 1 3 Reactor C 10 H 8 O - 1,55% 4 C 8 H 4 O 3 N - 83,0% CO - 4,5% + H O Base de cálculo: 100 moles da corrente gasosa residual seca. A escolha desta base de cálculo teve em consideração o facto de conhecermos a composição molar desta corrente (em base seca). No entanto também seria possível resolver o problema colocando a base de cálculo na corrente do naftaleno ou na corrente do ar (obs: tentar resolver o exemplo utilizando outra base de cálculo). Na corrente 3 teremos então: O 1,55 moles N 83,0 moles CO 4,5 moles H O -? moles Substância de ligação: Para podermos continuar a resolver o problema vamos arranjar uma substância de ligação entre correntes. Substâncias de ligação são compostos inertes que atravessam o processo sem sofrerem qualquer transformação química/biológica e sem que a sua massa seja alterada. Neste exemplo a substância de ligação será o N. Deste modo: (N ) = (N ) 3 = 83,0 moles 79% (composição molar do ar) (O ) = x moles 1% =,11 moles Análise da reacção: Através do balanço ao CO verificamos que: (CO ) 3 = (CO ) formado = 4,5 moles 96

5 Pela estequiometria da reacção temos que: C 10 H O C 8 H 4 O 3 + CO + H O,13 9,56,13 4,5 4,5 Poderíamos ter analisado a reacção através do O consumido, obtido através do balanço ao O : (O ) = (O ) 3 + (O ) consumido (O ) consumido =,11 1,55 = 9,56 moles Como a conversão da reacção é de 100%, então: (C 10 H 8 ) 1 = (C 10 H 8 ) consumido =,13 moles Todos estes valores obtidos através dos diversos balanços de massa encontram-se indicados na tabela seguinte. moles C 10 H 8, O --,11 1,55 -- N -- 83,0 83,0 -- C 8 H 4 O ,13 CO ,5 -- H O ,5 -- Total,13 105,31 104,5,13 Excesso de ar = Excesso de O = (O )( ) - (O) EN (O) EN,11-9,56 x 100 = x 100 = 131% 9,56 pois, tendo em consideração a estequiometria da reacção, se do todo o reagente limitante se converter (%X= 100%) o oxigénio necessário [(O ) EN ] será de 9,56 moles. EXEMPLO 3.15 Considerar o processo de produção de óxido de etileno (C H 4 O) a partir da reacção entre o etileno (C H 4 ) e o oxigénio: C H 4 + O C H 4 O ocorrendo simultaneamente a reacção de combustão do etileno: C H O CO + H O 97

6 Tendo em consideração o balanço de massas parcial indicado na figura seguinte, determinar: Ar 500 moles 1 3 Reactor C H moles C H 4-60 moles C H 4 O 8 moles A) A percentagem de conversão. B) A percentagem de excesso. C) O rendimento do processo. O N CO H O D) A selectividade do etileno. Resolução Base de cálculo: 100 moles de C H 4 em 1 (ou 500 moles de ar em, ou 60 moles de C H 4 em 3) Balanço de massas ao etileno: (C H 4 ) 1 = (C H 4 ) 3 + (C H 4 ) reagiu 100 = 60 + (C H 4 ) reagiu (C H 4 ) reagiu = 40 moles Análise das reacções: Sabendo que se formaram 8 moles de óxido de etileno na reacção principal, temos que: C H 4 + O C H 4 O moles C H O CO + H O donde: 40 8 = moles Corrente de Ar: O 0,1 x 500 = 105 moles N 0,79 x 500 = 395 moles Corrente efluente do reactor: C H 4 60 moles C H 4 O 8 moles O N CO ( ) = 55 moles moles - 4 moles H O - 4 moles 98

7 A) Determinação do reagente limitante: se todo o etileno reagir segundo a reacção principal serão necessários 50 moles de oxigénio. Como na corrente são introduzidos 105 moles de oxigénio, este reagente está em excesso, sendo, portanto, o etileno o reagente limitante. Percentagem de conversão do etileno: %X = CH4) ( 1) - (CH4)( 3) (CH4) x 100 = (CH4 )( 1) (CH4)( 1) ( reagiu x %X = x 100 = x 100 = 40% B) Percentagem de excesso de oxigénio (ou de ar): %E = (O )( ) - (O ) EN (O) EN x 100 = x 100 = 110% 50 pois se todo o reagente limitante reagir segundo a reacção principal serão necessárias 50 moles de oxigénio [(O ) EN ]. C) Rendimento do processo: (CH4O) formado 8 η = x 100 = x 100 = 8% (C H O) máximo (*) (*) quantidade de produto que se formaria se todo o reagente limitante originasse o produto segundo a reacção principal. D) Selectividade do etileno: (CH4 ) reacção principal 8 S = x 100 = x 100 = 70% (C H ) 40 4 reagiu EXEMPLO 3.16 No processo de queima de carvão com ar obtém-se gases de combustão e cinzas, para além de uma elevada quantidade de energia libertada, de acordo com a figura da página seguinte: 99

8 ➃ Gases de combustão Ar ➁ ➀ Carvão Fornalha ➂ Cinzas Sabendo que a análise de Orsat dos gases de combustão é a seguinte: N 78,% ; O 9,88% ; CO 9,9% ; CO 1,98%, efectuar o balanço aos átomos e calcular: A) Rendimento do processo. B) Percentagem de excesso de ar. C) Teor em água nos gases de combustão. Dados: Composições mássicas de: Carvão: C 8,0% ; SiO 7,0% ; H O 11,0% Cinzas: C 70,0% ; SiO 30,0% Resolução Base de cálculo: 100 kg da corrente 1. Construção de uma tabela de entradas/saídas: nesta tabela vamos indicar as entradas e as saídas dos vários átomos intervenientes neste exemplo. Vamos então estabelecer o balanço aos átomos, sabendo que (lei da conservação das espécies atómicas): (átomos) entrada = (átomos) saída Balanço aos átomos: Tendo em consideração a base de cálculo escolhida, sabemos que nas entradas (através da corrente 1) temos que: C = 8,0 kg = 8000/1 = 6833 moles SiO = 7,0 kg = 7000/60,1 = 116,5 moles H O = 11,0 kg = 11000/18 = 611,1 moles Podemos agora preencher parte do quadro do lado das entradas relativamente ao número de moles de cada composto bem como ao número de moles de cada átomo interveniente (põe exemplo a sílica apresenta 116,5 moles de O e 33,0 moles de Si). 100

9 ENTRADAS Si N O H C Moles Massa Compostos SAÍDAS Massa Moles C H O N Si ,0 C CO CO 611, ,1 11,0 H O 116,5 33,0 116,5 7,0 SiO??? O??? N 116,5?? TOTAL Em seguida vamos começar a preencher o quadro do lado das saídas pois sabemos que: (Si) entrada = (Si) saída = 116,5 moles (C) entrada = (C) saída = 6833 moles (H) entrada = (H) saída = 1 moles Os únicos átomos que à saída só intervêm num composto são o Si e o H. Deste modo: (Si) saída = 116,5 moles (H) saída = 1 moles (SiO ) saída = 116,5 moles = 7,0 kg (H O) saída = 611,1 moles = 11,0 kg O SiO à saída encontra-se na corrente de cinzas (coorente 3), cuja composição mássica é conhecida. Deste modo podemos calcular a quantidade de carbono nessa corrente: (SiO ) 3 = 7,0 kg 30,0% (C) 3 = x kg 70,0% x = 16,33 kg Cálculo do carbono consumido nas reacções = = 547 moles 101

10 ENTRADAS Si N O H C Moles Massa Compostos SAÍDAS Massa Moles C H O N Si ,0 C 16, CO???? CO???? 611, ,1 11,0 H O 11,0 611, ,1 116,5 33,0 116,5 7,0 SiO 7,0 116,5 33,0 116,5??? O?????? N??? 116,5?? TOTAL ?? 116,5 A partir da análise de Orsat (ou análise em base seca: neste tipo de análise a água presente na mistura gasosa é removida, sendo esta mistura gasosa posteriormente analisada) concluímos que nas reacções de combustão formam-se CO e CO na proporção molar de (9,9/1,98) = 5,01. Sabe-se ainda que o carbono consumido vai originar CO e CO. Deste modo: CO + CO = 547 moles CO = 5,01 CO CO = 4561 moles CO = 911 moles ENTRADAS Si N O H C Moles Massa Compostos SAÍDAS Massa Moles C H O N Si ,0 C 16, CO CO 911,0 911,0 911,0 611, ,1 11,0 H O 11,0 611, ,1 116,5 33,0 116,5 7,0 SiO 7,0 116,5 33,0 116,5??? O?????? N??? 116,5?? TOTAL ?? 116,5 Através da análise dos gases de combustão temos também que: 10

11 (O ) 4 = 4561 x 9,88 = 4534 moles 9,9 (N ) 4 = 4561 x 78, = moles 9,9 Balanço ao Azoto: (N) saída = (N) entrada = 719 moles (N ) 4 = moles Balanço ao Oxigénio: (O) saída = (O) entrada = moles (O do O ) entrada = ,1-33,0 = mole (O ) 4 = 9559 moles ENTRADAS Si N O H C Moles Massa Compostos SAÍDAS Massa Moles C H O N Si ,0 C 16, CO CO 911,0 911,0 911,0 611, ,1 11,0 H O 11,0 611, ,1 116,5 33,0 116,5 7,0 SiO 7,0 116,5 33,0 116, O N , TOTAL ,5 Confirmação dos resultados obtidos: N O = % = o que está de acordo com a composição do ar % 4561 A) Rendimento do processo = x 100 = 66,7% 6833 Este cálculo foi efectuado relativamente à combustão completa do carbono, ou seja: C + O CO Se todo o reagente limitante (C) se convertesse então formar-se-iam 6833 moles de CO. 103

12 B) Excesso de ar = Excesso de O = x 100 = 40,0% 6833 pois, EN(O ) = 6833 moles (se todo o carbono se convertesse segundo a reacção principal seriam necessários 6833 moles de O ) C) Gases de combustão = = 4660 moles CO CO H O O N 611,1 Teor de água = x 100 = 1,31% 4660 EXEMPLO 3.17 A produção de SCP (single-cell protein biomassa para fonte de proteínas) a partir do hexadecano (C 16 H 34 ) pode ser descrita pela seguinte equação: C 16 H 34 + a O + b NH 3 c CH 1,66 O 0,7 N 0,0 + d CO + e H O em que CH 1,66 O 0,7 N 0,0 é a fórmula molecular do microrganismo utilizado. Sabendo que a fermentação é efectuada descontinuamente num fermentador com um volume útil de 1,0 m 3, que se pretende obter,5 kg de células (biomassa seca), que a conversão do hexadecano é total, que se utiliza um excesso de ar de 80%, e que o coeficiente respiratório molar é igual a 0,43, determine: A) Os coeficientes estequiométricos da equação. B) O rendimento mássico em biomassa. C) A concentração inicial do hexadecano no meio de fermentação. D) O volume de ar, a 0 C e a 1,0 atm, a introduzir no fermentador durante o crescimento celular. Resolução N Ar O CO Vapor de água C 16 H 34 NH 3 Fermentador V = 1 m 3 Biomassa,5 kg H O 104

13 Dados do problema: Percentagem de conversão do hexadecano = 100% Percentagem de excesso do ar = 80% moles de CO formado Coeficiente respiratório molar (CR) = = 0,43 moles de O consumido A) Para determinarmos os coeficientes estequiométricos vamos fazer um balanço aos átomos. Temos 4 átomos (C, N, O e N) podemos escrever 4 balanços. No entanto existem 5 incógnitas (a, b, c, d e e). A quinta equação será o coeficiente respiratório. Balanço aos átomos: Balanço ao C: Balanço ao H: Balanço ao O: Balanço ao N: 16 = c + d b = 1,66 C + e a = 0,7 C + d + e b = 0,0 c d CR: = 0,43 a Da resolução deste sistema tiramos os valores das incógnitas. Deste modo: C 16 H ,77 O +,18 NH 3 10,9 CH 1,66 O 0,7 N 0,0 + 5,08 CO + 11,1 H O B) Rendimento mássico em Biomassa (Y x/s ) = massa de biomassa formada massa de substrato (hexadecano) consumido Massa molecular da biomassa = 1 x 1 + 1,66 x 1 + 0,7 x ,0 x 14 = 0,8 g/mol Massa molecular do hexadecano = 6 g/mol Y x/s = 10,9 x 0,8 1 x 6 = 1,0 g de biomassa/g de hexadecano C) Como Y x/s = 1,0 g de biomassa/g de hexadecano e pretendemos obter,5 kg de biomassa, então serão necessários,5 kg de hexadecano. Deste modo: Concentração de hexadecano =,5 kg / 1m 3 =,5 kg/m 3 =,5 g/l 105

14 D) Pela estequiometria da reacção sabemos que por cada mole de hexadecano são necessários 11,77 moles de oxigénio. Para (500/6) = 11,06 moles de hexadecano serão necessários (11,06 x 11,77) = = 10, moles de oxigénio [(O ) EN ]. Deste modo: Excesso = 0,8 = ( O ) entrada -130, 130, (O ) entrada = 34,6 moles (ar) entrada = 34,6/0,1 = 1116 moles = 1,116 kmol Volume molar a PTT: V m = R T 0,0806 x 93,15 = = 1,0 L/mol = 1,0 m 3 /kmol P,0 Volume de ar: V ar = 1,116 x 1,0 = 13,4 m 3 106

15 PROBLEMAS PROPOSTOS PROBLEMA 3.7 A combustão de 100 mol/h etano com 000 mol/h de ar dá origem à formação de dióxido de carbono e água. A) Qual o reagente limitante? B) Qual a percentagem de excesso do outro reagente? PROBLEMA 3.8v Calcule a composição molar dos gases de combustão quando se queima hidrogénio com ar, nas seguintes condições: A) Quantidade de ar estequiométrica e 100% de conversão de hidrogénio. B) 0% de excesso de ar e 100% de conversão de hidrogénio. C) 0% de excesso de ar e 90% de conversão de hidrogénio. PROBLEMA 3.9 Num reactor dá-se a combustão completa de 100 mol/h de metano com um excesso de 0% de ar formando-se CO e CO na razão molar de 3/1. A) Qual o caudal molar de ar à entrada? B) Qual é a composição dos gases à saída do reactor? PROBLEMA 3.30 Um caudal de 100 mol/h de gás com uma composição de 9% de CH 4, 5% de C H 6 e 3% e C 3 H 8 é queimado completamente com um excesso de ar de 15%. A) Qual é o caudal volumétrico (PTS) de ar necessário? B) Qual o caudal molar e a análise de Orsat (composição em base seca) da corrente efluente da caldeira? PROBLEMA 3.31 Um gás combustível (composto por CH 4 e C H 6 ) é queimado num forno com excesso de ar. Sabendo que a análise de Orsat dos gases de combustão é a seguinte: CO 7,9%; O 7,5% e N 84,6%, determinar: A) O excesso de ar utilizado. B) A composição do gás combustível. 107

16 PROBELMA 3.3 Um combustível líquido é completamente queimado com 30% de excesso de ar. Calcular: A) A análise de Orsat do gás de combustão. B) A razão mássica entre o ar e o combustível Dado: Análise elementar do combustível: C 86,5% ; H 9,5% e S 4,0% (% mássicas) PROBLEMA 3.33 Num processo de cracking catalítico de hidrocarbonetos (processo utilizado para conversão de produtos pesados em produtos leves; a reacção ocorre na presença dum catalisador e a temperaturas elevadas) conhecem-se apenas as composições molares das correntes de alimentação e de saída do reactor, dadas na tabela seguinte: Constituintes Composição molar (%) Alimentação Saída C 6 H C 7 H C 8 H C 11 H C 1 H C 15 H C 18 H Estabelecer o balanço de massa, e calcular a razão molar entre os caudais totais da saída e da alimentação ao reactor. PROBLEMA 3.34 Uma corrente gasosa constituída por propano e hidrogénio é queimada com ar. Sabendo que a composição dos gases de combustão em base seca (análise de Orsat) é a seguinte: 7,1% de dióxido de carbono; 6,0% de monóxido de carbono; 85,3% de azoto; 1,3% de propano e 0,3% de hidrogénio, determine: A) Composição da corrente gasosa que alimenta o queimador. B) Conversão do propano e do hidrogénio. C) Humidade dos gases de combustão. 108

17 PROBLEMA 3.35 O formaldeído pode ser formado, num reactor catalítico, a partir de metanol através da reacção: CH 3 OH HCHO + H Considerando que esta reacção tem uma conversão de 60% e que se pretende produzir 1 ton/h de formaldeído, estabelecer o balanço de massa ao reactor. PROBLEMA 3.36 Uma corrente com um caudal de 500 kmol/h contendo 90% de H S e ar e outra corrente de SO puro são alimentadas a um reactor de recuperação de enxofre, onde ocorre a seguinte reacção: H S + SO 3 S + H O Sabendo que a percentagem de excesso do H S é de 50% e que percentagem de conversão no reactor é de 90%, determine: A) O caudal de SO puro à entrada do reactor. B) A composição da corrente efluente do reactor. PROBLEMA 3.37 O metanol pode ser formado por reacção em fase gasosa a partir de monóxido de carbono e de hidrogénio na relação molar de /5: CO + H CH 3 OH Sabendo que entram no reactor 100 kmol/h de H contendo 1,0% de N e que o teor de N na corrente efluente é de 1,0%, calcule a composição dos gases de saída e a percentagem de conversão. PROBLEMA 3.38 Considere a reacção em fase gasosa entre o ácido acético e o metanol para dar acetato de metilo e água: CH 3 OH + CH 3 COOH CH 3 COOCH 3 + H O Sabendo que a corrente de metanol (100 kmol/h ) contem 1,0% de n-hexano, que a percentagem de conversão do metanol é de 90% e que o teor de n-hexano na corrente final é de 0,5%, determine a composição molar da corrente gasosa final e a percentagem de excesso do reagente em excesso. 109

18 PROBLEMA 3.39 A reacção global para a produção microbiana de ácido L-glutâmico (C 5 H 9 NO 4 ) a partir da glucose (C 6 H 1 O 6 ) e da amónia é a seguinte: 3 C 6 H 1 O 6 + NH 3 + O C 5 H 9 NO 4 + CO + 3 H O Sabendo que para a produção de 15 kg de ácido L-glutâmico se alimentam ao fermentador 0 kg de glucose,,0 kg de amónia e 1 m 3 de ar (PTS) determine: A) Qual é o reagente limitante. B) A percentagem de conversão e as percentagens de excesso. PROBLEMA 3.40 Dependendo das condições de cultura, a glucose pode ser catabolisada por leveduras produzindo etanol, de acordo com a reacção: C 6 H 1 O 6 C H 5 OH + CO Se se utilizar um meio de fermentação contendo 10 g/l de glucose, e se no final da fermentação a concentração residual de glucose for de 1,0 g/l e a concentração de etanol for de 3, g/l, determine: A) A conversão da glucose. B) Selectividade relativamente ao etanol. C) O rendimento da conversão de glucose em etanol. PROBELMA 3.41 O formaldeído ou metanal (HCHO) pode ser produzido a partir da reacção entre o metano (CH 4 ) e o oxigénio: CH 4 + O HCHO + H O Ocorrendo simultaneamente a reacção de combustão do metano: CH 4 + O CO + H O Sabendo que a conversão do metano é de 85%, o excesso de oxigénio é de 150% e que o rendimento é de 70%, determinar a composição da corrente efluente do reactor. Problema 3.4 Eteno (C H 4 ) pode ser produzido por desidrogenação catalítica do etano (C H 6 ), ocorrendo a formação de metano (CH 4 ) numa reacção secundária, de acordo com as seguintes reacções: 110

19 C H 6 C H 4 + H C H 6 + H CH 4 Tendo em consideração as composições indicadas na figura seguinte, determinar: 1 C H 6-9,6% Inerte Reactor C H 6-3,49% C H 4 H CH 4-10,5% Inerte 4,17% A) A composição completa da corrente efluente do reactor. B) A percentagem de conversão do etano. C) O rendimento do eteno D) A selectividade do etano PROBLEMA 3.43 Na produção de penicilina (C 16 H 18 O 4 N S), por fermentação do Penicillium sp, a glucose (C 6 H 1 O 6 ) é utilizada como substrato e o ácido fenilacético (C 8 H 8 O ) é utilizado como percursor, de acordo com a seguinte reacção global: 5 1 C6 H 1 O 6 + NH 3 + O + H SO 4 + C 8 H 8 O C 16 H 18 O 4 N S + CO + 9 H O 3 A) Qual é o valor do coeficiente respiratório. B) Qual é o rendimento mássico máximo teórico de conversão de glucose em penicilina. C) A partir da análise de uma fermentação verificou-se que somente 6% da glucose foi utilizada na na produção do produto. Em face deste resultado calcule o rendimento efectivo de conversão de glucose em penicilina. D) É realizada uma fermentação descontínua num fermentador de 100 L em que o meio de cultura continha inicialmente 50 g/l de glucose e 4,0 g/l de ácido fenilacético. Sabendo que quando a fermentação foi parada a concentração residual de glucose era de 5,5 g/l e que se verificam as condições referidas na alínea C), determine: 1. Qual é o reagente limitante, considerando que o NH 3 e o O foram utilizados em excesso.. A massa de glucose utilizada na produção de penicilina. 111

20 SOLUÇÕES DOS PROBLEMAS PROBLEMA 3.7 A) Reagente limitante: etano B) %E = 0,0% PROBLEMA 3.8 A) N 65,3% B) O 3,0% C) O 4,4% H O 34,7% N 67,% N 66,3% H O 9,8% H,9% H O 6,4% PROBLEMA 3.9 A) F V = 1,14 kmol Ar/h B) O 4,% ; N 71,9% ; CO,0% ; CO 6,0% ; H O 15,9% PROBLEMA 3.30 A) F V = 5,0 m 3 /h B) O 1,% ; N 8,8% ; CO 5,0% PROBLEMA 3.31 A) %E = 50% B) C H 6 5% ; CH 4 75% PROBLEMA 3.3 A) CO 1,5% ; N 8,3% ; O 5,0% ; SO 0,% B) M ar /M combustível = 17,4 PROBLEMA 3.33 (F m ) saída /(F m ) entrada = 1,6 PROBLEMA 3.34 A) C 3 H 8 41,3% ; H 58,7% B) X(C 3 H 8 ) = 77,% X(H ) = 96,3% C) 0,1% de água 11

21 PROBLEMA 3.35 Saída do reactor: CH 3 OH =, kmol ; HCHO = 33,3 kmol (1,0 ton) ; H = 33,3 kmol PROBLEMA 3.36 A) F m = 150 kmo/h B) H S 19,6% ; SO 1,6% ; S 44,0% ; H O 9,3% ; O 1,% ; N 4,3% PROBLEMA 3.37 X = 50,0% CH 3 OH 0% ; CO 0% ; H 59% ; N 1% PROBLEMA 3.38 Acetato de metilo,3%; %E = 03% Água,3%; Ácido acético 5,7%; Metanol,5%; n- Hexano 0,% PROBLEMA 3.39 A) Reagente limitante: glucose B) %X = 91,9% %ENH 3 = 5,8% %EO = 18,3% PROBLEMA 3.40 A) %X = 90,0% B) Select. = 0,70 C) Y P/S = 0,3 g/g glucose PROBLEMA 3.41 HCOH 5,4% ; CH 4 1,% ; CO 1,% ; H O 7,7% ; O 11,6% ; N 7,9% PROBLEMA 3.4 A) C H 6 3,49% ; C H 4 43,65% ; H 38,46% ; CH 4 10,5% ; I 4,17% B) %X = 93,3% C) η = 83,5% D) S = 89,5% 113

22 PROBLEMA 3.43 A) CR = 4,0 B) Y (P/S)max = 1,11 g/g glucose C) Y P/S = 0,067 g/g glucose D) 1. Reagente limitante: glucose. M glucose = 0,7 kg glucose Nota: Alguns dos exemplos resolvidos e dos problemas propostos foram adaptados das seguintes referências: R. M. Felder e R. W. Rousseau (000) Elementary Principles of Chemical Processes, 3ª edição, John Wiley, New York P. M. Doran (1995) Bioprocess Engineering Principles, Academic Press, New York D. M. Himmelblau (1996) Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, 6ª edição, Prentice Hall PTR, New Jersey T. C. Ducan e J. A Reimer, (1998) Chemical Engineering Design and Analysis An Introduction, Cambridge University Press 114