Exemplos. Prof. Marcelo Henrique. Exemplo 1 Produção de suco concentrado de laranja

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1 Exemplos Prof. Marcelo Henrique Exemplo 1 Produção de suco concentrado de laranja O suco natural de laranja contém 13,5% m/m de sólidos e o restante de água. Já o suco concentrado de laranja comercial contém 45% m/m de sólidos. No início da produção industrial, o suco concentrado de laranja era produzido por meio de uma evaporação simples. No entanto, os constituintes voláteis do suco escapavam com a água, deixando o concentrado insípido. Os processos modernos resolveram esse problema desviando (by-pass) do evaporador uma parte da alimentação de suco natural. O suco que entra no evaporador é concentrado a 61% em sólidos e esse produto é misturado com a corrente de suco natural que foi desviada, resultando em um suco com a concentração desejada de sólidos. Calcule a quantidade de suco concentrado produzido por kg de suco natural alimentado ao processo e a porcentagem de alimentação que é desviada do evaporador. Considere estado estacionário. 1

2 Exemplo 2 Balanço de massa em um condicionador de ar Ar úmido contendo 4,00% molar de vapor de água deve ser resfriado e desumidificado até um teor de água de 1,70% molar de H 2 O. Uma corrente de ar úmido é combinada com uma corrente de reciclo de ar previamente desumidificado e passada através do resfriador. A corrente combinada que entra na unidade contém 2,30% de molar de H 2 O. No condicionador de ar, parte da água na corrente de alimentação é condensada e removida como líquido. Uma fração do ar desumidificado que sai do resfriador é reciclado e o restante é usado para resfriar um cômodo. Tomando como base 100 mols de ar desumidificado no cômodo, calcule os mols de ar úmido, os mols de água condensada e os mols de ar desumidificado reciclados. 2

3 Exemplo 3 Processo de cristalização por evaporação O diagrama de fluxo de um processo em estado estacionário para recuperação de cromato de potássio cristalino K 2 CrO 4 de uma solução aquosa deste sal é mostrado na figura a seguir. Quatro mil e quinhentos quilogramas por hora de uma solução que é 1 3 K 2 CrO 4 em massa se junta com uma corrente de reciclo contendo 36,4% K 2 CrO 4, e a corrente combinada alimenta um evaporador. A corrente concentrada que deixa o evaporador contém 49,4% K 2 CrO 4 ; esta corrente entra em um cristalizador, no qual é resfriada (causando a precipitação dos cristais sólidos de K 2 CrO 4 ) e logo filtrada. A torta de filtro consiste em cristais de K 2 CrO 4 e uma solução que contém 36,4% K 2 CrO 4 em massa; os cristais constituem 95% da massa total da torta de filtro. A solução que passa através do filtro, também contendo 36,4% K 2 CrO 4, é a corrente de reciclo. a) Calcule a taxa de evaporação, a taxa de produção de K 2 CrO 4 cristalino, as taxas de alimentação para as quais o evaporador e o cristalizador devem ser projetados e a razão de reciclo (massa de reciclo/massa de alimentação virgem); b)suponha que o filtrado fosse descartado em vez de ser reciclado. Calcule a taxa de produção dos cristais. Quais são os benefícios e os custos da reciclagem? 3

4 Exemplo 4 Processo de produção de acrilonitrila A acrilonitrila é produzida pela reação entre propileno, amônia e oxigênio: C 3 H 6 + NH O 2 C 3 H 3 N + 3H 2 O A alimentação contém 10,0% molar de propileno, 12,0% de amônia e 78,0% de ar. Uma conversão fracional de 30,0% de reagente limitante é atingida. Tomando como base 100 mols de alimentação, determine qual é o reagente limitante, a porcentagem de excesso dos outros componentes e as vazões molares de todos os produtos. Exemplo 5 Desidrogenação do propano O propano é desidrogenado para formar propileno em um reator catalítico: C 3 H 8 C 3 H 6 + H 2 O processo precisa ser projetado para uma conversão de 95% do propano. Os produtos da reação são separados em duas correntes: a primeira, que contém hidrogênio, propileno e 0,555% do propano que deixa o reator, é considerada a corrente de produto; a segunda, que contém o resto do propano não reagido e 5% do propileno da corrente do produto, é reciclada para o reator. Calcule a composição do produto, a razão (mols reciclados/mols de alimentação virgem) e a conversão no reator. 4

5 REATOR SEPARADOR Exemplo 6 Produção de amônia No processo Haber-Bosch de produção de amônia, hidrogênio H 2 proveniente de gás natural de nitrogênio N 2 proveniente do ar reagem em condições elevadas de pressão e temperatura 200 atm e 450, de acordo com a seguinte equação: N 2 + 3H 2 2NH 3 Os reagente são alimentados no processo na razão molar de 2 mols H 2 1 mol N 2 e a conversão global em relação ao hidrogênio é de 95%. Considerando que a unidade de separação recicla 98% do reagente limitante não convertido no reator, calcule a conversão no reator e a taxa de reciclo numa planta que produz 10 toneladas de NH 3 por dia. 5

6 REATOR SEPARADOR 6