PQI 3221 Cinética Química e Processos Ambientais

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1 PQI 322 Cinética Química e Proceo Ambientai Aula 2 e 3 Balanço de maa em proceo com reaçõe química. Etequiometria. Reagente em exceo e reagente limitante Prof. Antonio Carlo S. C. Teixeira Centro de Engenharia de Sitema Químico Departamento de Engenharia Química Ecola Politécnica da USP Edifício Semi-Indutrial, 3 o andar accteix@up.br

2 balanço material com reação(õe) química() Conervação de maa total; Que epécie ão conumida e que epécie ão produzida por meio de uma ou mai reaçõe química; Etequiometria da() reação(õe) envolvida().

3 incinerador de reíduo perigoo Adaptado de: Manahan, S.E. Environmental Chemitry, 7 th Ed., Lewi Publiher, 2000.

4 Adaptado de: Vakaraj, K.T. Element of Environmental Engineering, 3 th Ed., CRC Pre, 2009.

5 C n H m O e X k N j S i P h + b O 2 n CO 2 + (m-k-3j-2i-3h)/2 H 2 O + khx + j NH 3 + i H 2 SO 4 + h H 3 PO 4 b = n + (m-k-3j-2i-3h)/4 -e/2 + 2i + 2h Adaptado de: Vakaraj, K.T. Element of Environmental Engineering, 3 th Ed., CRC Pre, 2009.

6 exemplo A2.: incinerador de reíduo perigoo Um incinerador de reíduo perigoo vem endo uado para queima de certa quantidade de diclorobenzeno (C 6 H 4 Cl 2 ) por hora e o HCl produzido é neutralizado com barrilha (carbonato de ódio, Na 2 CO 3 ). Se o incinerador paar a queimar a mema quantidade de uma mitura de tetraclorobifenila (C 2 H 6 Cl 4 ), em quanto aumenta o conumo de barrilha? (Repota: 0,72 kg Na 2 CO 3 /kg de reíduo)

7 Diclorobenzeno (DCB) bifenila policlorada (PCB)

8 exemplo A2.2: remoção de odore de água reiduai A cloração é o tratamento mai empregado para remoção de odore de água reiduai, reultante da preença de ulfeto de hidrogênio (H 2 S) e outra ubtância gerada pela redução anaeróbia de compoto orgânico nitrogenado e ulfurado. A cloração não omente remove o compoto de odor deagradável como também retarda o crecimento de bactéria reponávei pela produção de tai compoto. Como exemplo epecífico, HOCl reage com H 2 S de acordo com a reação: 4HOCl + H 2 S SO H + + 4Cl A prática em planta de tratamento ugere o emprego de 00% de exceo de HOCl. Qual a quantidade de olução 5% em maa de HOCl que deve er empregada por m 3 de água reidual tratada, contendo 50 ppm de H 2 S? (Repota: 2,4 kg olução HOCl/m 3 )

9 0 ~,, K k k J j j R F F balanço molar para a epécie (etado etacionário) 0,, K k k J j j F F 0,,, Q q q q K k k J j j F F j =,..., J corrente de entrada k =,..., K corrente de aída =,..., S epécie química q =,..., Q reaçõe química

10 converão ou fração convertida de um reagente X F, entrada F F, entrada, aída F X, entrada

11 exemplo A2.3: reagente limitante e balanço molar Um reator é alimentado com uma mitura equimolar da ubtância A, B e C para produzir o produto D e E conforme a reação: A + 2B + 3/2C 2D + E Se a converão no reator é de 50%, calcule a porcentagen molare de cada epécie na aída do reator. (Repota: 28,6% A; 9% B; 23,8% C; 9% D; 9,5% E)

12 exercício A2.: digetão bacteriana de egoto O método mai econômico de tratamento de egoto é por digetão bacteriana. Como etapa intermediária na converão de compoto nitrogenado a nitrato, abe-e que a bactéria do gênero Nitroomona metabolizam compoto amoniacai em eu tecido celular e expelem nitrito como ubproduto, conforme a eguinte reação global: 5CO NH O 2 C 5 H 7 O 2 N (tecido) + 54NO H 2 O + 09H + Se kg/dia de egoto, contendo 5% em maa de íon amoniacai, ecoam atravé de um tanque éptico inoculado com a bactéria, quanto quilograma de tecido celular ão produzido, coniderando que 95% de NH 4 + ejam conumido? (Repota: 08,5 kg tecido celular/dia)

13 exercício A2.2: proceo com múltipla reaçõe A reaçõe 2A + 5B 3C + 6D e A + C 2B ocorrem em fae líquida em um reator com 60% de converão de B. A maior parte do compoto B não reagido é recuperado no eparador e reciclado ao reator, como motrado na figura. A corrente de alimentação ao reator contém A e B, endo A alimentado com exceo de 30% em relação à quantidade etequiométrica neceária para reagir com a quantidade de B preente nea corrente. A vazõe molare de A e C na corrente de aída do eparador ão iguai a 5 mol/h e 00 mol/h, repectivamente. Se a converão global de B no proceo é igual a 95%, calcule a corrente de produto e de reciclo. (Repota: corrente de reciclo: 0,28 mol/h; corrente de produto: 8,68 mol/h B e 20,34 mol/h D).

14 A B A, B, C, D 2 3 A B C D 4 B