DRAFT. Operações Unitárias CONCURSO PETROBRAS. Questões Resolvidas ENGENHEIRO(A) DE PROCESSAMENTO JÚNIOR

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1 CONCURSO PETROBRAS ENGENHEIRO(A) DE PROCESSAMENTO JÚNIOR ENGENHEIRO(A) JÚNIOR - ÁREA: PROCESSAMENTO QUÍMICO(A) DE PETRÓLEO JÚNIOR Operações Unitárias Questões Resolvidas QUESTÕES RETIRADAS DE PROVAS DA BANCA CESGRANRIO DRAFT Produzido por Exatas Concursos rev.3a

2 Índice de Questões Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - Petrobras 2014/2 Q23 (pág. 1), Q24 (pág. 3), Q37 (pág. 5), Q42 (pág. 8), Q43 (pág. 7), Q44 (pág. 10), Q45 (pág. 11), Q46 (pág. 4), Q47 (pág. 12), Q48 (pág. 14), Q51 (pág. 13). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - Petrobras 2012/1 Q23 (pág. 16), Q32 (pág. 19), Q35 (pág. 20), Q39 (pág. 17), Q40 (pág. 22), Q41 (pág. 24), Q42 (pág. 25), Q43 (pág. 26), Q44 (pág. 28), Q45 (pág. 29), Q46 (pág. 30), Q47 (pág. 31), Q48 (pág. 33), Q49 (pág. 34). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - Petrobras 2010/2 Q23 (pág. 35), Q24 (pág. 36), Q25 (pág. 38), Q30 (pág. 39), Q31 (pág. 40), Q41 (pág. 41), Q42 (pág. 43), Q43 (pág. 44), Q44 (pág. 48), Q45 (pág. 46), Q46 (pág. 49), Q47 (pág. 50), Q51 (pág. 51), Q55 (pág. 53). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - Petrobras 2010/1 Q2 (pág. 55), Q4 (pág. 57), Q5 (pág. 59), Q6 (pág. 60), Q17 (pág. 61), Q33 (pág. 62), Q40 (pág. 63), Q43 (pág. 64), Q50 (pág. 68), Q51 (pág. 69), Q58 (pág. 70), Q60 (pág. 71), Q61 (pág. 72), Q66 (pág. 66), Q67 (pág. 73), Q68 (pág. 74). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - Petrobras 2006 Q22 (pág. 76), Q39 (pág. 77), Q46 (pág. 78), Q54 (pág. 79), Q55 (pág. 81), Q56 (pág. 82), Q57 (pág. 84), Q58 (pág. 85), Q60 (pág. 86). Prova: Engenheiro(a) Júnior - Área: Processamento - Transpetro 2012 DRAFT Q24 (pág. 88), Q29 (pág. 90), Q35 (pág. 91), Q36 (pág. 92), Q62 (pág. 93), Q63 (pág. 94), Q64 (pág. 94), Q65 (pág. 95), Q68 (pág. 96), Q69 (pág. 97), Q70 (pág. 99).

3 OPERAÇÕES UNITÁRIAS Prova: Engenheiro(a) Júnior - Área: Processamento - Transpetro 2011 Q41 (pág. 99), Q46 (pág. 101), Q48 (pág. 102), Q49 (pág. 103), Q50 (pág. 105), Q51 (pág. 106), Q52 (pág. 107), Q53 (pág. 109), Q54 (pág. 111), Q55 (pág. 110). Prova: Engenheiro(a) Júnior - Área: Processamento - Transpetro 2006 Q34 (pág. 112), Q36 (pág. 113), Q37 (pág. 114). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - PetroquímicaSuape 2011 Q51 (pág. 116), Q53 (pág. 117). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - Petrobras Biocombustível 2010 Q22 (pág. 118), Q36 (pág. 119), Q37 (pág. 120), Q38 (pág. 121). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - PetroquímicaSuape 2009 Q48 (pág. 122), Q49 (pág. 123), Q50 (pág. 125), Q51 (pág. 128), Q52 (pág. 126). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - Termoaçu 2008 Q23 (pág. 129), Q35 (pág. 131), Q37 (pág. 133), Q38 (pág. 135), Q39 (pág. 136), Q40 (pág. 137). Prova: Engenheiro(a) de Processamento Júnior - REFAP 2007 Q37 (pág. 138), Q38 (pág. 139). Prova: Químico(a) de Petróleo Júnior - Petrobras 2011/1 Q56 (pág. 140), Q57 (pág. 142), Q58 (pág. 143), Q59 (pág. 144), Q60 (pág. 145), Q61 (pág. 147), Q62 (pág. 148), Q63 (pág. 149). Prova: Químico(a) de Petróleo Júnior - Petrobras 2010/2 Q56 (pág. 150), Q57 (pág. 156), Q58 (pág. 151), Q59 (pág. 152), Q60 (pág. 153), Q61 (pág. 154), Q62 (pág. 155), Q63 (pág. 157), Q65 (pág. 160), Q67 (pág. 158), Q68 (pág. 162), Q69 (pág. 163), Prova: Químico(a) de Petróleo Júnior - Petrobras 2010/1 Q62 (pág. 165), Q63 (pág. 166), Q64 (pág. 167), Q65 (pág. 168), Q66 (pág. 169), Q67 (pág. 170), Q68 (pág. 171), Q69 (pág. 172), Q70 (pág. 173). Prova: Químico(a) de Petróleo Júnior - Petrobras 2008 DRAFT Q51 (pág. 174), Q52 (pág. 175), Q53 (pág. 176), Q54 (pág. 177), Q55 (pág. 178), Q69 (pág. 179), Q70 (pág. 180).

4 OPERAÇÕES UNITÁRIAS Prova: Químico(a) de Petróleo Júnior - Petrobras 2006 Q52 (pág. 181), Q53 (pág. 182), Q54 (pág. 183), Q55 (pág. 184), Q56 (pág. 186), Q57 (pág. 185). Prova: Químico(a) de Petróleo Júnior - Transpetro 2012 Q52 (pág. 186), Q61 (pág. 188), Q62 (pág. 189), Q64 (pág. 190), Q65 (pág. 190), Q66 (pág. 192), Q67 (pág. 193), Q68 (pág. 194), Q69 (pág. 195), Q70 (pág. 196). Prova: Químico(a) de Petróleo Júnior - Transpetro 2011 Q21 (pág. 197), Q22 (pág. 198), Q23 (pág. 199), Q33 (pág. 200), Q36 (pág. 201), Q37 (pág. 203), Q40 (pág. 204). Prova: Químico(a) de Petróleo Júnior - Transpetro 2006 Q38 (pág. 205), Q39 (pág. 207), Q40 (pág. 208). Número total de questões resolvidas nesta apostila: 169 DRAFT

5 OPERAÇÕES UNITÁRIAS 11 Questão 8 (Engenheiro(a) de Processamento Júnior - Petrobras 2014/2) Resolução:P6-15-Q45 O projeto de colunas de destilação pode ser feito através de métodos rigorosos ou de métodos não rigorosos ou aproximados. O método aproximado mais utilizado é o de Fenske-Underwood-Gilliland. Nele, a(o) (A) equação de Fenske, utilizada para o cálculo do número mínimo de estágios, é aplicada somente aos componentes chaves escolhidos para o projeto. (B) metodologia pode ser aplicada somente a problemas que contenham condensador total. (C) escolha dos componentes chaves do problema leva à desconsideração dos componentes não chaves. (D) termo chave leve define o componente menos volátil dentre os componentes pesados, enquanto o termo chave pesado define o mais pesado dos componentes voláteis. (E) flash pode ser calculado considerando condições adiabáticas. O método de Fenske-Underwood-Gilliland (FUG) é um método aproximado para o projeto de uma coluna de destilação, que visa obter uma aproximação para os seguintes parâmetros de projeto e operação: número de estágios de equilíbrio, razão de refluxo mínima e número mínimo de estágios. Vamos analisar cada uma das alternativas de resposta: (A) INCORRETA. Na aplicação da equação de Fenske para o cálculo do número mínimo de estágios, existe a influência dos componentes não chaves pois estes influenciam as volatilidades relativas dos elementos chaves. (B) INCORRETA. A aplicação do método FUG pode ser estendida a condensadores parciais, levando-se em conta que nestes casos o condensador representa um estágio de equilíbrio a mais. (C) INCORRETA. Conforme exemplificado na letra A, os elementos não chaves também influenciam os resultados obtidos neste método. (D) INCORRETA. A definição está trocada. O elemento chave leve é o mais pesado dentre os voláteis que se quer separar, enquanto que o elemento chave pesada é o mais leve dentre os mais pesados que devem ser separados. (E) CORRETA. No caso de destilação flash, deve-se considerar em cada estágio de separação condições adiabáticas. Alternativa (E)

6 OPERAÇÕES UNITÁRIAS 20 Questão 15 Resolução: ( Eng. de Processamento Jr - Petrobras 2012/1 ) 35 No processo de destilação descrito na figura, a alimentação tem uma mistura de 390 kg/h de benzeno e 460 kg/h de tolueno. O destilado tem composição de 10% (molar) de tolueno e, na base, a composição de saída é de 80% (molar) em tolueno. Além disso, a razão de refluxo (refluxo/destilado) é 3. O refluxo na coluna, em kmol/h, e a composição dessa corrente, em %(molar), são, respectivamente, (A) 4,3 e 10 % em tolueno (B) 4,3 e 90 % em benzeno (C) 12,9 e 10 % em tolueno (D) 12,9 e 10 % em benzeno (E) 12,9 e 50 % em benzeno A torre de destilação mencionada na questão irá realizar a separação de uma mistura composta por 390 kg/h de benzeno e 460 kg/h tolueno. Nota-se que as correntes são dadas em base mássica, portanto, para convertê-las em base molar, é necessário o conhecimento de suas massas moleculares. Como não são informadas, é necessário que o candidato saiba a estrutura molecular das moléculas, que, no caso, a do benzeno é C 6 H 6 e do tolueno C 7 H 8. No final da prova é fornecida uma tabela periódica, onde se pode calcular as massas moleculares do benzeno e tolueno baseadas na estrutura dos mesmos, que são 78 kg/kmol e 92 kg/kmol, respectivamente. Com base nesses valores, as correntes são convertidas em base molar: F molar = F massica M F molar,b = F massica,b = 390 M B 78 = 5 kmol/h F molar,t = F massica,t = 460 M T 92 = 5 kmol/h O enunciado informa as composições dos produtos de topo e fundo, além da razão

7 OPERAÇÕES UNITÁRIAS 21 de refluxo, que representa a relação entre o refluxo de topo e o produto de topo. O objetivo da questão é a obtenção da vazão e composição da corrente de refluxo. Com relação à composição, sabe-se que esta corrente terá a mesma composição do produto de topo, visto que ambas saem do mesmo vaso de topo, sendo apenas separadas fisicamente em uma válvula. Assim, a composição da corrente de refluxo é 10% tolueno e 90% benzeno, em base molar. x RT = 10% Com relação à vazão da corrente de refluxo, basta que se descubra a vazão do produto de topo para que se possa aplicar a razão de refluxo e obtê-la. Para tanto, se realiza um balanço de massa global e um por componente: F = V + L F x F,T = V x V,T + Lx L,T Onde F, V e L representam as correntes de entrada, topo e fundo, respectivamente, e x n,t representa a composição da corrente n de tolueno = V + L L = 10 V Que pode ser substituída no balanço de massa para o tolueno: 5 = V 0, 1 + (10 V ) 0, 8 5 = 0, 1V + 8 0, 8L V = 3 0, 7 V = 4, 3 Finalmente, pela razão de refluxo: R V = 3 R = 3 4, 3 R = 12, 9 kmol/h Alternativa (C)

8 OPERAÇÕES UNITÁRIAS 51 Questão 38 ( Eng. de Processamento Jr - Petrobras 2010/2 ) 51 Em um secador de esteira transportadora, ar úmido na pressão de 101,325 kpa é usado para remover água de uma torta contendo um novo catalisador. O ar entra no secador nas seguintes condições: temperatura de bulbo seco = 47 o C; temperatura de bulbo úmido = 21 o C; e vazão = 100 m 3 /min. Na saída, as condições são: temperatura de bulbo seco = 22 o C; e umidade relativa = 60%. De acordo com a carta psicrométrica a 101,325 kpa mostrada na página anterior, o ponto de orvalho e a vazão volumétrica do ar na saída do secador e a vazão de água removida da torta são, respectivamente, (A) 17 o C, 93,5 m 3 /min e 1,00 kg/min (B) 17 o C, 107,0 m 3 /min e 0,80 kg/min (C) 14 o C, 93,5 m 3 /min e 0,44 kg/min (D) 14 o C, 93,5 m 3 /min e 1,00 kg/min (E) 14 o C, 107,0 m 3 /min e 0,44 kg/min Resolução: A questão envolve a utilização do diagrama psicrométrico. É sugerido que o condidato tenha o conhecimento prévio da leitura destes diagramas, para que o entendimento desta questão seja facilitado. As informações referentes às correntes de entrada e saída são informadas no enunciado, e são suficientes para identificar os pontos no diagrama referentes a cada uma delas.

9 OPERAÇÕES UNITÁRIAS 52 A partir da identificação das correntes, podemos obter as informações necessárias. Com relação ao ponto de orvalho da corrente de saída, este é obtido considerando que a corrente passa por um processo de saturação da sua umidade relativa sem alterar sua umidade absoluta. Ou seja, a temperatura do ponto de orvalho é obtida levando a corrente de saída até a condição de 100% saturada por uma linha horizontal. A temperatura é de 14 C. A vazão mássica pode ser obtida através do balanço de massa de ar seco. Como se sabe que só se altera a umidade neste processo, a massa de ar seco se conserva. Com os valores de volume específico (ν) de ambas correntes, temos: m arseco,entrada = m arseco,saida Q vol,entrada ν entrada = Q vol,saida ν saida 100 0, 913 = Q vol,saida 0, 85 Q vol,saida = 93, 1 m 3 /min A última informação é obtida a partir dos dados de umidade absoluta de cada corrente. m agua,removida = m agua,saida m agua,entrada m agua,removida = (m arseco,saida H abs,saida ) (m arseco,entrada H abs,entrada ) ( ) ( ) Qvol,saida Qvol,entrada m agua,removida = H abs,saida H abs,entrada ν saida ν ( ) ( ) entrada 93, m agua,removida = 0, 01 0, , 85 0, 913 m agua,removida = 1, 095 0, 57 m agua,removida = 0, 525 kg/min A alternativa mais próxima dos valores encontrados é a letra (C). Alternativa (C)