PROCESSOS DE ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA II

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1 POCESSOS DE ENGENHAIA QUÍMICA E BIOLÓGICA II SEMESTE ALTENATIVO S-104 S-101 S-102 S-105 P-1 / V-101 Tanque de Mistura P-2 / V-102 eactr S-10 P- / EV-101 Evapradr POBLEMAS ESOLVIDOS E POPOSTOS CAPÍTULO 1 BALANÇOS DE ENEGIA PATE III Mestrad Integrad em Engenharia Química Mestrad Integrad em Engenharia Bilógica Pr. Jsé A. Lenard Sants Prª Maria Cristina S. Fernandes Prª Maria de Fátima C. sa Departament de Engenharia Química e Bilógica 2010/2011

2 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 CAPÍTULO 5 BALANÇOS DE ENEGIA (cnt.) EXEMPLOS ESOLVIDOS EXEMPLO 1.17 Determinar a temperatura da sluçã aqusa de KOH btida quand se disslve 77 g de KOH sólid em: A) 1000 g de água. B) 000 g de água. Nta: a água e KOH iniciais encntram-se a 25ºC. esluçã A) Balanç mássic: Base de cálcul 77 g de KOH O balanç de massas está indicad na igura seguinte: (M KOH 56,1 g/ml) 2 25ºC H 2 O 1000 g 55,56 mles 1 25ºC Mistura sluçã T?? KOH 77 g 1,7 mles KOH 77 g 1,7 mles H 2 O 1000 g 55,56 mles Balanç entálpic a misturadr: H 1 + H 2 H Estad de reerência: T re 25ºC P re Pressã de trabalh Estad de agregaçã: KOH sólid, livre H 2 O líquida N estad de reerência, estad de agregaçã d KOH pderia ser esclhid de acrd cm estad d cmpst na crrente (KOH aqus) u na crrente 1 (KOH sólid). Optu-se pr esta última hipótese, pis trna s cálculs mais simples (cm será abrdad n exempl seguinte, nem 67

3 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 sempre se encntram s dads necessáris a cálcul de um H, quand se cnsiderada cm estad de reerência cmpst em sluçã aqusa aqusa). Quand se pretende indicar n estad de reerência que cmpst sólid nã se encntra em sluçã é necessári indicar que ele se encntra livre. Cálcul das variações de entalpia: H 1 H 2 0 H 0 Tal cm acntece quand da existência de utras entalpias de transiçã de ase u de estad, a escreverms a variaçã de entalpia de uma sluçã aqusa, quand slut está livre n estad de reerência, deverems de ter em cnsideraçã, para além d calr sensível, calr de transiçã d cmpst livre para sluçã, ist é, tend em cnsideraçã diagrama seguinte: Estad da crrente Sluçã C sluçã P ΔT 0 H S Cmpst livre 25 T Estad de reerência H sluçã M sluçã C Psluçã (T 25) + n slut Η s slut ˆ em que: CPsluçã - capacidade calríica média da sluçã a pressã cnstante; s - calr integral de sluçã (u de dissluçã u de mistura) padrã (tabelad para a temperatura de 25ºC). Para as tabelas e gráics que se encntram dispníveis nas Tabelas C Psluçã e a s vêm expresss e cal/(g de sluçã ºC), e kcal/(ml de slut), respectivamente. Assim, M sluçã e n slut sã a massa de sluçã e númer de mles de slut, respectivamente. Os valres de C Psluçã e de s que se encntram dispníveis para as diversas sluções dependend da prprçã mlar entre slvente e slut, deinida pr: mles de água mles de slut 68

4 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 Deste md: H M sluçã C Psluçã (T 25) + n KOH Η s KOH ˆ mles de água 55,56 Para a crrente tems que: 40,5 mles de slut 1,7 O valr d C Psluçã pde ser btid recrrend a gráic da pág 55 das Tabelas (Fig 68), (cal/gºc) C P sluçã 0,90 cal/gº C C P C 20º C sluçã P sluçã 40,5 enquant que valr de (Fig 76), ˆ s Η KOH pde ser btid recrrend a gráic da pág 77 das Tabelas H s - 12,8 kcal/ml de slut 40,5 Nta: atençã às unidades indicadas n gráic anterir ( valr btid é de -12,8 kcal/ml, u kcal/kml, pis mle-quilgrama kmle). 69

5 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 Assim: H M sluçã C Psluçã (T 25) + n KOH Η s KOH ˆ 1077 g 1,7 mles 0,90 cal/(g sluçã ºC) -12,8 x10 cal/(ml slut) H 969, (T-25) 17574,4 0 (T 25) 18,1 T 4,1ºC NOTA: Se C Psluçã nã se encntrasse tabelad entã deveria de ser calculad a partir ds C P ds cmpnentes da sluçã, ist é: C P x C P sluçã água água + x slut C P slut em que x água e x slut sã as racções mássicas u mlares (dependend das unidades d C P ) Para sluções muit diluídas pdems ainda cnsiderar que: CPsluçã x água CP água B) Balanç mássic: Se as 77 g de KOH rem agra disslvid em 000 g de água, balanç de massas será indicad na igura seguinte: 2 25ºC H 2 O 000 g 166,7 mles 1 25ºC Mistura sluçã T?? KOH 77 g 1,7 mles KOH 77 g 1,7 mles H 2 O 000 g 166,7 mles mles de água 166,7 em que: 121 mles de slut 1,7 Balanç entálpic a misturadr: H 1 + H 2 H 70

6 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 Estad de reerência: igual a da alínea anterir Cálcul das variações de entalpia: H 1 H 2 0 H 0 e H M sluçã C Psluçã (T 25) + n KOH Η s KOH ˆ Para 121, pdems bter C Psluçã d gráic seguinte, (cal/gºc) C P sluçã 0,96 cal/gº C 121 enquant que valr de ˆ s Η KOH nã pderá ser btid da igura utilizada na alínea anterir, pis valr máxim de é de 50. Quand valr e é elevad (< ) pdems dizer que estams em presença de uma sluçã aqusa de diluiçã ininita ( ). Deste md valr de ˆ s Η KOH a utilizar deverá se btid para diluiçã ininita (que será valr limite da curva d gráic da Fig 76). Deste md: s KOH ( ) -1,22 kcal/ml de slut (pág 68 das Tabelas ) Assim: H M sluçã C Psluçã (T 25) + n KOH Η s KOH ˆ ( ) 077 x 0,96 (T - 25) 1,7 x 1,22x (T 25) (T 25) 6,1ºC T 1,4ºC 71

7 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 EXEMPLO 1.18 O ácid rt-sóric existente numa sluçã aqusa diluída (1% mlar), à temperatura de 25ºC, é cmpletamente neutralizad cm uma sluçã aqusa de hidróxid de sódi (1,5% mlar), à temperatura de 15ºC, de acrd cm a seguinte reacçã: H PO 4 + NaOH Na PO 4 + H 2 O Sabend que se utilizu uma quantidade estequimétrica de hidróxid de sódi e que neutralizadr é adiabátic, determine a temperatura n inal deste prcess. esluçã Balanç mássic: Base de cálcul 1000 mles de sluçã de ácid rt-sóric. Deste md, para a crrente d ácid rt-sóric (crrente 1) irems ter 10 mles de ácid e 990 mles de água. Tend em cnsideraçã a reacçã de neutralizaçã, e sabend que se utiliza quantidade estequimetrica de hidróxid de sódi para neutralizar ácid: H PO 4 + NaOH Na PO 4 + H 2 O mles pdems bter balanç de massas indicad na igura seguinte: 2 15ºC NaOH 1,5% 0 mles H 2 O 98,5% 1970 mles 1 25ºC T?? Neutralizadr H PO 4 1% 10 mles Na PO 4 10 mles H 2 O 99% 990 mles H 2 O 2990 mles Balanç entálpic: H 1 + H 2 H + Q Vams apresentar duas resluçã d prblema, cnsiderand dis estads de reerência dierentes. 72

8 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 ESOLUÇÃO A) Estad de reerência: T re 25ºC P re Pressã de trabalh Estad de agregaçã: H PO 4, NaOH, Na PO 4, sólids, livres H 2 O líquida Cálcul d calr glbal de reacçã padrã: Η ˆ - - Na PO 4 + H 2 O H PO 4 NaOH -460,0 + x(-68,17) (-06,2) - (-101,99) -52,781 kcal/ml (págs 67 e 68 das Tabelas ) Q ,81 kcal/min Cálcul das variações de entalpia: Nta: sã indicadas as páginas da Tabelas nde ram retirads as cnstantes utilizadas ns cálculs seguintes. H 1 M sluçã ˆ C Psluçã (25 25) + n HPO4 Η s HPO4 0 Mles de água diluiçã ininita Mles de slut 10 s HPO4 ( ) -,2 kcal/min (pág 68) H 1 10 x (-,2) -2,0 kcal H 2 M sluçã ˆ C Psluçã (T 25) + n NaOH Η s NaOH Mles de água Mles de slut 0 65,7 s NaOH ( ) -10,246 kcal/ml (pág 68) C Psluçã 0,955 cal/g ºC (pág 55) 7

9 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 Cm pdems cnstatar através d gráic da pág 77, valr máxim de é de 50, pel deverems utilizar valr d calr integral de sluçã padrã a diluiçã ininita. M sluçã (0 x x 18)/1000 6,66 kg (M NaOH 40 g/ml) H 2 6,66 x 0,955 (15-25) + 0 x (-10,246) -657,48 kcal kg kcal/(kgºc) ml kcal/ml H M sluçã C Psluçã (T 25) + n NaPO4 Η s NaPO4 ˆ Mles de água diluiçã ininita Mles de slut 10 s NaPO4 ( ) -1,9 kcal/ml (pág 68) C Psluçã 0,970 cal/g ºC Cm nas Tabelas nã se encntra valr aqusa cm diluiçã ininita, pdems utilizar a seguinte aprximaçã: C Psluçã, e cm estams em presença de uma sluçã C P sluçã xi C P x C i água P água C Psluçã 0,970 x 1 0,970 cal/gºc cm: x água (2990 x 18)/(2990 x x 164) (M NaPO4 164 g/ml) M sluçã (2990 x x 164)/ ,46 kg H 55,46 x 0,970 (T-25) + 10 x (-1,90) 5,796 (T 25) 19,0 kcal Vltand a balanç entálpic: H H 1 + H 2 - Q 5,796 (T 25) 19,0 (-2,0) + (-657,48) - (-527,822) 161,67 kcal (T 25) -0,4 ºC T 24,6ºC 74

10 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 ESOLUÇÃO B) Estad de reerência: T re 25ºC P re Pressã de trabalh Estad de agregaçã: H PO 4, NaOH, Na PO 4, sluçã aqusa (a diluiçã ininita) H 2 O líquida (para além de indicar que s cmpsts estã em sluçã aqusa é necessári indicar qual é a diluiçã dessa sluçã) Cálcul d calr glbal de reacçã padrã: O calr de reacçã padrã deverá ser calculad para as cndições d estad de reerência, pel que se deverá utilizar calr de rmaçã ds cmpsts em sluçã aqusa a diluiçã ininita. Assim: Η ˆ - - Na PO 4 ( aq) + H 2 O H PO 4 (aq) NaOH(aq) -471,9 + x(-68,17) (-09,2) - (-112,19) -0,952 kcal/ml (págs 62 e 65 das Tabelas ) Os valres utilizad ram para uma diluiçã () de 400, que pderems cnsiderar cm diluiçã ininita. Q 10-09,52 kcal/min Cálcul das variações de entalpia: Nta: sã indicadas as páginas da Tabelas nde ram retirads as cnstantes utilizadas ns cálculs seguintes. H 1 M sluçã C Psluçã (25 25) 0 De nta que a cntribuiçã energética da entalpia de sluçã padrã (n NaOH s NaOH ) é nula pis, tal cm n estad de reerência, estams em presença de diluiçã ininita ( 65,7 ). Cas cntrári deveria ter-se em cnsideraçã term n NaOH s NaOH, em que ˆ s Η NaOH seria btida para a dierença entre a diluiçã d estad de reerência e da crrente. Este calcul sem sempre é simples, u mesm pssível de eectuar, que diiculta a esclha d estad aqus cm estad de agregaçã n estad de reerência. Outra diiculdade que pde surgir tem a ver cm a necessidade 75

11 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 em encntrar tabelad s valres de para a diluiçã d estad de reerência, que nem sempre é pssível. H 2 M sluçã C Psluçã (T 25) Mles de água ,7 C Psluçã 0,955 cal/g ºC (pág 55) Mles de slut 0 H 2 6,66 x 0,955 (15 25) -50,10 kcal H M sluçã C Psluçã (T 25) Mles de água diluiçã ininita Mles de slut 10 CP sluçã x água CP água C Psluçã 0,970 x 1 0,970 cal/gºc cm: x água (2990 x 18)/(2990 x x 164) H 55,46 x 0,970 (T-25) 5,796 (T 25) kcal Vltand a balanç entálpic: H H 2 - Q 5,796 (T 25) (-50,10) - (-09,52) - 40,571kcal (T 25) -0,8 ºC T 24,2ºC 76

12 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 EXEMPLO 1.19 O diagrama de blcs seguinte representa uma pequena secçã d prcess de prduçã de clr gass. Nessa secçã uma sluçã parcialmente puriicada, cm um caudal de 100 kg/min e cntend 10,6% de NaCl,,6% de MgCl 2 e H 2 O, é alimentada a um tanque de precipitaçã nde, pr adiçã de uma sluçã aqusa de NaOH a 10%, se dá a precipitaçã ttal d magnési, na rma de hidróxid de magnési inslúvel, btid segund a reacçã: MgCl NaOH Mg(OH) NaCl A suspensã btida é centriugada, btend-se um precipitad húmid (que cntem 0, kg de sluçã/kg de lama) e uma sluçã límpida. Tend em cnsideraçã diagrama de blcs e respectiv balanç de massas, calcule a temperatura da crrente de sluçã de hidróxid de sódi (crrente 2). T? NaOH 25ºC NaCl 1 2 H 2 O Tanque de Precipitaçã Centríuga 5 NaCl H 2 O 0ºC MgCl 2 H 2 O 4 0ºC Precipitad Húmid DADOS: Balanç de massas kg/min Massa Mlecular (g/ml) NaCl 58,5 10, ,02 0,11 14,91 MgCl 2 95,2, Mg(OH) 2 58, ,20 2,20 -- NaOH 40,0 --, H 2 O 18,0 85,80 27,27 11,07 0,8 112,24 TOTAL 100,0 0,0 10,29,14 127,15 77

13 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 esluçã Balanç entálpic glbal: H 1 + H 2 H 4 + H 5 + Q Estad de reerência: T re 25ºC P re Pressã de trabalh Estad de agregaçã: NaCl, MgCl 2, NaOH sólids, livres H 2 O líquida Ma(OH) 2 sólid (este cmpst é inslúvel nã azend parte da sluçã). Cálcul d calr glbal de reacçã padrã: Η ˆ Mg(OH) 2 + NaCl MgCl 2 NaOH -221,00 + 2x(-98,22) (-15,4) - 2(-101,99) -60,084 kcal/ml (págs 68 das Tabelas ) Q (,60x10 ) 95,2-2272,08 kcal/min Cálcul das variações de entalpia: Nta: sã indicadas as páginas da Tabelas nde ram retirads as cnstantes utilizadas ns cálculs seguintes. H 1 M sluçã C Psluçã (25 25) + n NaCl Η s NaCl ˆ + n MgCl2 ˆ s Η MgCl2 0 NaCl Mles de água Mles de slut 85,80x10 / 18 10,60x10 / 58,5 4766,7 181,2 26, MgCl2 Mles de água Mles de slut 85,80x10 / 18,60x10 / 95,2 4766,7 7,8 126 diluiçã ininita s NaCl +1 kcal/min (pág 78) s NaOH -7,06 kcal/min (pág 68) 78

14 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 H 1 181,2 x (+1) + 7,8 x (-7,06) -1219,67 kcal/min H 2 M sluçã C Psluçã (T 25) + n NaOH Η s NaOH ˆ NaCl 27,27x10 / 18,0x10 / ,0 75,8 20,0 s NaOH -10, kcal/min (pág 77) C Psluçã 0,88 kcal/kg ºC (pág 55) H 2 0,0 x 0,88 (T 25) + 75,8 x (-10,) kcal/min H 2 (26,66 T 1447,24) kcal/min H 4 M sluçã C Psluçã (0 25) + n NaCl Η s NaCl ˆ + n Mg(OH)2 C P Mg(OH)2 (0 25) Nesta crrentes tems uma sluçã cmpsta pr água e NaCl (0,8 + 0,11 0,94 kg/min) e pr Mg(OH) 2 inslúvel (2,20 kg/min 7,74 mles/min 0,0774 kmle/min). NaCl 0,8x10 / 18 0,11x10 / 58,5 46,1 1,88 24,5 s NaCl +1 kcal/min (pág 77) C Psluçã 0,87 kcal/kg ºC (pág 55) C PMg(OH)2 18,2 cal/ml ºC (pág 9) H 4 0,88 x 0,87 (0 25) + 1,88 x (+1) + 0,0774 x 18,2 (0 25) H 4 9,40 kcal/min H 5 M sluçã C Psluçã (0 25) + n NaCl Η s NaCl ˆ NaCl 112,24x10 / 18 14,91x10 / 58,5 625,6 254,9 24,5 79

15 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 O valr de NaCl btid é igual a da crrente 4 pis a sluçã apresenta a mesma cmpsiçã nas duas crrentes. s NaCl +1 kcal/min (pág 77) C Psluçã 0,87 kcal/kg ºC (pág 55) H 5 127,15 x 0,87 (0 25) + 254,9 x (+1) H 5 808,00 kcal/min Vltand a balanç de energia tems que: H 2 H 4 + H 5 - H 1 + Q H 2 9, ,00 ( -1219,67) + (-2272,08) - 25,01 kcal/ml Mas cm: H 2 (26,66 T 1447,24) - 25,01 entã: T 45,5ºC 80

16 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 POBLEMAS POPOSTOS POBLEMA 1.4 Pretende-se preparar 10 litrs de uma sluçã de hidróxid de sódi a 10% (ρ 1,10 g/cm ) para ser utilizada n cntrle de ph de um ermentadr. Sabend que NaOH e a água se encntravam inicialmente a 25 e 18ºC, respectivamente, determine a temperatura inal da sluçã, sabend que a energia perdida pr radiaçã durante a peraçã i de 0 kcal. POBLEMA 1.5 Ácid clrídric cmercial pde ser prduzid pr adsrçã de HCl gass em água líquida. Calcular a quantidade de calr que será necessári rnecer u retirar d absrvedr, pr tnelada de HCl a 16,5% prduzid, a partir de HCl gass a 120ºC. Cnsidere que a sluçã aqusa é btida a 40ºC e que a água líquida se encntra a 25ºC. POBLEMA 1.6 Pretende-se preparar uma sluçã aqusa de sacarse a 20% (% mássica). Sabend que inicialmente a sacarse e a água se encntravam às temperaturas de 15 e 25ºC, respectivamente, determine a temperatura inal de uma sluçã de 2 litrs. Esta temperatura depende d vlume da sluçã? POBLEMA 1.7 Durante uma ermentaçã cntínua, uma sluçã aqusa de lactse (C 12 H 22 O 11 ) (10%) e peptna (5%) é alimentada cntinuamente a um ermentadr à temperatura de 7ºC e cm um caudal de 150 kg/h. Esta sluçã é preparada e aquecida num misturadr de acrd cm a igura seguinte. Antes de ser intrduzida n ermentadr esta sluçã é esterilizada pr iltraçã (ver diagrama de blcs na página seguinte). Sabend que n iltr se perde pr radiaçã 2 kcal/kg de sluçã iltrada, determine: A) O caudal vlumétric de água de aqueciment. B) A temperatura à saída d misturadr. Dads para a peptna (extract de carne liilizad, btid pela acçã da pepsina e da pancreatina) utilizada cm nte de azt: C p (22ºC) 0,01 cal/gºc H s (dil. ),85 cal/g 81

17 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 Lactse 18ºC Peptna 20ºC Água 25ºC Água 50ºC Misturadr Água 70ºC Filtr 7ºC Água 85% Lactse 10% Peptna 5% (% mássica) POBLEMA 1.8 Uma sluçã aqusa de ácid cítric a 10% (% mássica), cm um caudal de 100 kg/h, é cncentrada a 40% (% mássica) num evapradr uncinand à temperatura de 100ºC, de acrd cm a igura seguinte: c. gassa Água Ác cítric - 10% Água 1 25ºC 5 EVAPOADO 100ºC Ác cítric - 40% Água 2 4 Água líquida T 104,4ºC Vapr de água T 148,9ºC ; P 40 psia Sabend que alimentaçã se encntra a 25ºC e que aqueciment é eectuad cm vapr à pressã de 40 psia e à temperatura de 148,9ºC, determinar caudal mássic d vapr utilizad n aqueciment (crrente 4). Dads: Massa mlecular d ácid cítric (C 6 H 8 O 7 ) 192,12 g/ml Capacidade calríica d ácid cítric: C p (cal/(g ºC)) 0,15 + 0, T(ºC) Calr integral de dissluçã padrã d ácid cítric, para 10 50: H s,40 + 0,0x( 10) kcal/ml ácid 82

18 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 POBLEMA 1.9 Na btençã de clret de sódi a partir de água d mar, esta sluçã (cntend 2,8% (% mássica) de NaCl) é sujeita a uma evapraçã sb vácu a 82ºC, para remçã de grande parte da água, btend-se uma salmura cm 14% (% mássica) de NaCl. A água remvida sb a rma de vapr é utilizada n pré- aqueciment da água d mar, de acrd cm diagrama de blcs seguinte. Vapr 82ºC Água d mar 1000 kg/h 25ºC Pré- Evapradr Água 82ºC NaCl 14% Água -Aquecedr Salmura NaCl 2,8% 71,1ºC 85ºC Vapr 90% Água líq. 10% Água líq Vapr (149ºC ; 10 psia) (% mássicas) Para um caudal inicial de 1000 kg/h de água d mar, determinar caudal de vapr (a 149ºC e 10 psia) utilizad n evapradr. POBLEMA 1.40 Pretende-se neutralizar uma sluçã aqusa de hidróxid de sódi 4 M (ρ1,1 g/cm ) cm uma sluçã aqusa de HCl a 5% (m/m), de acrd cm a seguinte reacçã: NaOH + HCl NaCl + H 2 O Sabend que ambas as sluções se encntravam a 15ºC, e que se utilizu uma quantidade estequimétrica de HCl, determine a cncentraçã (em % mássica) e a temperatura da sluçã de NaCl n inal deste prcess. 8

19 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 POBLEMA 1.41 Uma crrente gassa, cmpsta pr N 2, O 2 e NH, à temperatura de 100ºC, antes de seguir para a unidade seguinte deverá srer a remçã ttal d amníac presente, de acrd cm a igura seguinte. 15ºC Sluçã aqusa de ácid sulúric N 2-70% O 2-18% NH - 12% 100ºC Crrente gassa saturad em vapr de água 25ºC 25ºC Sluçã aqusa de sulat de amónia a 10% O amníac é cmpletamente neutralizad, à pressã absluta de 2 atm, cm uma quantidade estequimétrica de ácid sulúric, de acrd cm a seguinte reacçã: 2 NH + H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 SO 4 btend-se uma crrente gassa saturada em vapr de água e uma sluçã aqusa cm 10% de sulat de amónia. Determinar: A) A cmpsiçã mlar da crrente gassa btida e a cmpsiçã mássica da sluçã de ácid sulúric. B) A quantidade de calr que é necessári retirar d neutralizadr, pr kmle de mistura gassa inicial. 84

20 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 POBLEMA 1.42 N prcess de prduçã de carbnat de cálci (CaCO ) e de hidróxid de sódi (NaOH) (ver diagrama de blcs na página seguinte), óxid de cálci impur (cntend 18,2% de sílica) reage cmpletamente cm água pura rmand-se cal apagada (Ca(OH) 2 ), de acrd cm a reacçã: CaO (s) + H 2 O (liq.) Ca(OH) 2 (s) Hº -15,6 kcal/ml (s sólid, livre) A crrente eluente deste reactr alimenta uma centríuga nde é remvida tda a sílica e hidróxid de cálci nã disslvid. A crrente límpida alimenta reactr II juntamente cm uma sluçã aqusa de carbnat de sódi. O carbnat de sódi é ttalmente cnvertid, de acrd cm a reacçã: Na 2 CO (s) + Ca(OH) 2 (s) 2 NaOH (s) + CaCO (s) Hº 1,7 kcal/ml A mistura reaccinal é aquecida n reactr até 60ºC pr injecçã directa de vapr de água a 80 psia e 260ºC. A elevaçã de temperatura prduzida rigina a precipitaçã ttal d carbnat de cálci. Tend em cnsideraçã balanç de massas indicad na tabela da página seguinte, calcular caudal mássic de vapr a injectar n reactr II. 85

21 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul ºC H 2 O 6 Sluçã aqusa de Na 2 CO 25ºC 25ºC 1 CaO 81,8% eactr I Centríuga 5 Sluçã eactr II 60ºC 7 Suspensã SiO 2 4 Ca(OH) 2 SiO 2 25ºC + Sluçã 8 Vapr de água 80 psia ; 260ºC (kg/h) M (g/ml) CaO sólid 56,1 90, SiO 2 sólid 60,1 20, ,0 20, H 2 O 18, , ,1 60, ,5 1416,0 7177,5 + M H20 M H20 Ca(OH) 2 slúvel ,5 0,1 118,4 -- 2, ,1 sólid ,4 0, Na 2 CO slúvel , NaOH slúvel 40, ,5 -- CaCO sólid ,0 -- TOTAL , , ,0 81, ,9 1582, 7462,2 + M H20 M H20 85

22 Prcesss de Engenharia Química e Bilógica II Capítul 1 SOLUÇÕES DOS POBLEMAS POBLEMA 1.4 POBLEMA 1.5 T 4,9ºC Q ret 65 Mcal/tn sluçã POBLEMA 1.6 POBLEMA 1.7 T 2,ºCºC T nã depende d vlume A) F V 10 L água/h B) T 9,4ºC POBLEMA 1.8 POBLEMA 1.9 F M 85,7 kg vapr/h F M 780 kg vapr/h POBLEMA 1.40 POBLEMA 1.41 [NaCl] 5,8% Q ret 2,1 Mcal/kml gás inicial T 29,2ºC POBLEMA 1.42 F M 422 kg vapr/h Nta: Alguns ds exempls reslvids e ds prblemas prpsts ram adaptads das seguintes reerências:. M. Felder e. W. usseau (2000) Elementary Principles Chemical Prcesses, ª ediçã, Jhn Wiley, New Yrk P. M. Dran (1995) Biprcess Engineering Principles, Academic Press, New Yrk D. M. Himmelblau (1996) Basic Principles and Calculatins in Chemical Engineering, 6ª ediçã, Prentice Hall PT, New Jersey T. C. Ducan e J. A eimer, (1998) Chemical Engineering Design and Analysis An Intrductin, Cambridge University Press 86