d eq = (1) k é a constante da velocidade da reação direta e k i , a constante da velocidade da reação inversa. Por outro lado, = exp = exp + RT RT R

Transcrição

1 Questão nº 1 Sabe-se que k K = (1) k e que K é a constante e ulíbro, k é a constante a velocae a reação reta e k, a constante a velocae a reação nversa. Por outro lao, e que o o o GR HR SR K = exp = exp + () RT RT R o * * R H = H H () o * * R S = S S (4) As granezas esgnaas por * estão entfcaas nas fguras abaxo. 1 H (kj ol ) 1 1 S(JK ol ) H* S* 60 H* 0 S* 40 H* B H R 0 A S R S* 0 A 10 B A partr os gráfcos, obté-se: * 1 * 1 H = 70 0 = 50 kj ol ; H = = 0 kj ol ; * 1 1 * 1 1 S = 5 0 = 15 J K ol ; S = 5 10 = 5 J K ol Portanto, e () e (4) obté-se: o 1 R H = 0 kj ol o 1 1 R S = 10 J K ol Os valores aca poe ser obtos, alternatvaente, se o uso o estao ntereáro o coplexo, coo tabé ostra as fguras. Da uação (), obté-se: 0 x K = exp =,44 x 10 8,14 x 500 8,14 Da uação (1), resulta: 0,01 1 k = = 4,09 s, 44x10 1

2 Questão nº Processo A: teronacaente nvável. Justfcatva: ebora o fluxo e calor seja constante ao longo a paree, e acoro co a 1ª Le a Teronâna (conservação e energa), o fluxo e entropa nu, o que é teronacaente nvável, pos vola a ª Le a Teronâca (não-estrução a entropa). Processo B: teronacaente vável. Justfcatva: o fluxo e calor é constante ao longo a paree, e acoro co 1ª Le a Teronâca, e o fluxo e entropa auenta ao longo a paree, e acoro co a ª Le a Teronâca (geração e entropa nu processo e transferênca e calor). Processo C: teronacaente nvável. Justfcatva: ebora o fluxo e entropa auente ao longo a paree, o que é teronacaente vável pela ª Le a Teronâca (geração e entropa), o fluxo e calor auenta, o que contrara a 1ª Le a Teronâca. Questão nº a) A conversão poe nur porque o auento a vazão F Ao tabé provoca ua reução o tepo e resênca e A no reator e, consüenteente, a sua conversão. (valor: 5,0 pontos) b) O coefcente e transporte k é ua ea a faclae co que ua aa substânca (no caso, B) passará através a ebrana. Quanto aor o valor e k, as faclente o prouto B será retrao o reator. Co sso, haverá u eslocaento a reação no sento e se prouzr as B (Prncípo e Le Chateler), auentano a conversão o reagente A. (valor: 5,0 pontos) Questão nº 4 O valor a razão L L S S = = 4, 4 kg A A e sólo seco por e superfíce exposta é o eso para abos os casos. E função a setra, R c é constante e gual nos os casos. Logo: L 4, 4 S t = (X X f) = (0,55 0,05) t = 5,95 h AR,05 C Questão nº 5 Extração epregano hexano coo solvente: o processo é realzao e pressão atosférca. Portanto, a sua operação é enos spenosa e utlza upaentos as sples. O prouto obto exge, no entanto, cuaosa retraa o solvente para tornálo auao ao consuo huano e anal, face à toxcae o hexano. Dos pontos e vsta e segurança e abental, o hexano exge cuaos especas no seu anuseo por ser explosvo e tóxco (solvente orgânco volátl). Extração epregano etanol coo solvente: o etanol é as volátl e enos tóxco o que o hexano. Portanto, é as seguro, gerano proutos as auaos para o consuo huano e anal. A extração a pressão as elevaa o que a atosférca exge upaentos e soluções e engenhara as spenosos. Extração epregano CO coo solvente: o CO te a vantage e ser nócuo à saúe (huana e anal) e não apresentar rscos e toxcae abental. Alé sso, não é explosvo. Toava, as altas pressões e operação necessáras para a processo torna os custos (upaentos e operação) as elevaos e coparação co os processos e extração co solventes orgâncos.

3 Questão nº 6 a) Coo há necessae e slarae nâca para que os resultaos o oelo tenha ua relação co os o agtaor a ser projetao, os grupos aensonas apresentaos eve peranecer constantes. Dessa fora, utlzano o tercero grupo: b) Utlzano o seguno grupo aensonal: g g ω ω DA 4 = = = = ω D ω D ω D 1 ω (valor: 6,0 pontos) A A A A µ µ µ ρ ω A A D 1 1 = = = x = D ω ρ D ω ρ µ ρ D ω 4 8 A A A A A A Coo µ A = 4,0 x 10 Pa s e ρ A = 1 x 10 kg, teos que o fluo a ser utlzao no oelo eve ter as suas vscosae e assa específca relaconaas a segunte fora, nas unaes utlzaas: µ 1 x 10 1 µ 1 = = x 10 4,0 x 10 ρ 8 ρ O fluo que satsfaz as conções rueras é o B. (valor: 4,0 pontos) 6 Questão nº 7 a) Conserano saturação na superfíce o clorofóro: y A,s = 6,6 kpa/101, kpa => y A,s = 0,6 Substtuno na expressão os aos fornecos pelo experento: ,0784 0,074 D AB = ,0409 ln ,6 AB 6 1 D = 9, 8 x 10 s (valor: 8,0 pontos) b) A característca que perte a aoção a hpótese e rege pseuo-estaconáro é o fato e a taxa e evaporação ser uto puena. (valor:,0 pontos)

4 Questão nº 8 a) O prograa representa ua reação o tpo A + B C + D, rreversível, e seguna ore (n = ), pos se trata e ua reação e prera ore e relação a A e e prera ore e relação a B, confore a uação a lnha 10, na janela o ODE Solver (à esquera). (valor:,0 pontos) b) Trata-se e u reator secontínuo (ou sebatelaa). Isso poe ser verfcao pelas uações e balanço (lnhas 1 4) e pela vazão e alentação e B (v00 = 0,05). Da lnha 8 e o gráfco e trajetóras, há ua concentração ncal e A (Ca0 = 0,05) e B auenta seu valor co o tepo. (valor:,0 pontos) c) Após 100 unaes e tepo, a concentração olar ca e Ca0 = 0,05 para aproxaaente Ca = 0,015 unaes e concentração olar. Da lnha 1, teos que a conversão (X) poe ser calculaa pela uação e, a lnha 11, v = v0 + v00*t co v00 = 0,05. Coo a lnha 8, v0 = 5, teos: X = [0,05*5 0,015*(5 + 0,05*100)]/(0,05*5) X = (0,5 0,15)/0,5 X = 0,10/0,5 = 0,4 X = (Ca0*v0 Ca*v)/(Ca0*v0) Portanto, a conversão e A, ecorras 100 unaes e tepo o níco a reação, será 40%. (valor: 4,0 pontos) Questão nº 9 1. Absorveora ou coluna e absorção. Função: reover o O e N a stura e gases (CO + O + N + H O + etanol) retraa a orna e ferentação, por absorção o CO e u solvente líquo.. Trocaor e calor. Função: reuzr a teperatura o solvente líquo, e oo a auentar a solublae o CO, para tornar possível a operação e absorção.. Coluna e esgotaento (strppng) o CO. Função: retrar (separar) o CO o solvente líquo por auento e teperatura. 4. Copressor. Função: auentar a pressão o gás para pertr a conensação a teperaturas tecncaente váves. 5. Trocaor e calor. Função: reuzr a teperatura o gás copro, facltano a copressão o seguno estágo. 6. Coluna e asorção. Função: retrar a uae a stura gasosa, evtano a foração e gelo no trocaor segunte. 7. Controlaor e nível. Função: anter o selo líquo no funo a torre absorveora. 8. Válvula e segurança e alívo. Função: per anos físcos provocaos pela elevação a pressão aca os níves preestabelecos nos upaentos. 4

5 Questão nº 10 a) Do agraa: T 1 ~ 5 o C P 5 bar 10 C 10 C T 1 H (valor: 1,5 ponto) b) Do agraa: T ~ 7 o C P T = 7 C 0 bar 5 bar T 1 Aabátca (entropa constante) H (valor: 1,5 ponto) c) A 0 C e 0 bar: H 1 ~ 770 kj kg 1 a 5 C e 5 bar: H ~ kj kg 1 Logo: H = = 90 kj kg 1 gás = /90 = kg h 1 (valor: 4,0 pontos) ) Cálculo a carga térca o conensaor. Do agraa: a 7 o C e 0 bar: H 1 ~ 1.10 kj kg 1 a 0 o C e 0 bar: H ~ 770 kj kg 1 Portanto: H = 60 kj kg 1 Para kg h 1 : Q = kj h 1 (valor:,0 pontos) 5