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Alberto M. Sereno, Ph.D.
Universidade do Porto, Faculdade de Engenharia
Depto. de Engenharia Química

ENSINO

2001/02
OT   Ant

2000/01
OT  IEQ BioB1

INTRODUÇÃO À ENGENHARIA QUÍMICA (2000/2001)
2º ANO - 2º SEMESTRE

2º ano, 2º semestre, 2000/01 18 de Junho de 2001

IMPORTANTE: Responda às questões 1 e 2 em folha separada das restantes

1. Distinga entre variáveis de projecto locais e varáveis de projecto globais. Apresente um exemplo (3 v.).
1. Indique como pode ser feita a escolha do número óptimo de efeitos a utilizar num processo de evaporação (1.5 v.).
2. Indique o impacto que um aumento de custos de energia tem sobre o valor do número óptimo de efeitos previamente determinado (1.5 v.).

 

2. O produto gasoso da combustão de um material tem a seguinte composição molar: 42.3% de CO₂, 3.76% de CO, 0.12% SO₂, 44.9 de H₂O e 8.92% de O₂. A combustão é alimentada com O₂ puro e o combustível não contém oxigénio. Calcule a composição elementar do material (% de cada elemento presente) e a % de O₂ em excesso relativamente ao necessário para a combustão completa (3 v.).

 

3. Pretende-se projectar um sistema de extracção de óleo de fígado de bacalhau constituído por 2 andares a operar em fluxo cruzado. A alimentação de 700 kg/hr de fígados com 20% de óleo é misturada no 1º extractor com 500 kg/hr de solvente, constituído por éter comercial; o refinado passa ao 2º extractor onde é tratado com igual quantidade de solvente. Ao passarem de um extractor a outro, os fígados de bacalhau arrastam consigo 22% de éter; as correntes de extracto são límpidas.
1. Faça um esquema da instalação identificando correctamente todas as correntes (1 v.).
2. Trace numa folha de papel milimétrico um diagrama triangular rectangular (óleo-fígados-éter) as linhas de extracto e de refinado e diga como poderá obter, para este sistema, as linhas de ligação ("tie-lines") (2 v.).
3. Utilizando o diagrama anterior calcule a composição do produto final, constituído pela mistura dos extractos dos dois extractores (2 v.).
4. Calcule a quantidade de óleo que é perdida no final com os fígados (1 v.).

 

4. Considere um sistema de condicionamento de ar de uma câmara de incubação que funciona do seguinte modo: o ar atmosférico exterior é arrefecido num permutador para condensar parte da humidade que contém; esse ar deshumidificado é posteriormente aquecido até à temperatura desejada na câmara que é de 90ºF e 30% de humidade. O ar exterior está a 85ºF e contem 70% de humidade. Utilizando o diagrama psicrométrico fornecido calcule:
1. A temperatura a que deve ser arrefecido o ar antes de entrar na sala e a massa de água condensada por cada kg de ar seco (1.5 v.).
2. Caudal de arrefecimento necessário por cada kg de ar seco (2 v.)
3. A fracção economizada de requisitos de arrefecimento se parte dele se efectuasse por contracorrente com o ar que deve ser de novo aquecido antes de entrar na câmara (1.5 v.).

[TOPO]

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2º ano, 2º semestre, 2000/01 5 de Julho de 2001

• O exame tem a duração de 2H30 horas.
• Não é permitida a consulta de bibliografia; os problemas devem ser resolvidos com base nos dados fornecidos com o enunciado.
• O uso de máquina de calcular é restringido à realização de cálculos.
• As respostas devem ser devidamente justificadas
.

IMPORTANTE: Responda às questões 1 e 2 em folha separada das restantes

1. Considerando uma unidade de mistura-decantação, utilizada num processo de extracção líquido-líquido, indique três variáveis operatórias particularmente significativas e explicite o seu impacto na separação obtida (3 v.).
2. Justifique em que condições um diagrama entalpia-composição é constituído por duas linhas horizontais (3 v.).
3. O rendimento do processo de isomerização enzimática da glucose pode ser melhorado por reciclagem da glucose:

glucose ß ---> frutose (M_glu = M_fru)

Esta reacção é reversível e no equilíbrio, suposto atingido à saída do reactor, as concentrações de glucose e frutose podem ser consideradas iguais. Suponha que o efluente do reactor é em seguida separado, em condições ideais, numa corrente de frutose pura e outra contendo toda a glucose e as impurezas que entram com a alimentação. A alimentação é de 100 kg/hr e contem 98% de glucose e 2% de impurezas.



1. Calcule o caudal da corrente de reciclagem R que permite obter um rendimento de frutose

() de 80% (2 v.).

 

2. Calcule, nas condições anteriores, o caudal e composição da purga, E (2 v.).
3. Qual o caudal e composição da purga se não houver reciclagem (R=0) (1 v.).

 

4. Uma corrente equimolar de benzeno e tolueno a 60ºC é alimentada a um evaporador contínuo de um efeito, onde se vaporiza 60% do benzeno existente na alimentação. A corrente de vapor formada foi analisada e verificou-se que contém 63.2% de benzeno. Ambas as correntes saem do evaporador a 130ºC. O evaporador é aquecido com vapor de água saturado a 180ºC, que sai sob a forma de líquido à mesma pressão, mas à temperatura de 165ºC. Todas as composições são molares.
1. Faça um esquema da instalação, identificando devidamente cada uma das correntes referidas no enunciado (1 v.).
2. Para efeito de balanço de material às correntes de benzeno/tolueno que constituem a alimentação e os produtos do evaporador, indique (e justifique) o número máximo de equações independentes que pode escrever nas condições descritas e quais as incógnitas existentes, e comente (1 v.).
3. Calcule os caudais e as composições dos produtos obtidos no evaporador (1 v.).
4. Calcule o caudal de vapor de aquecimento necessário à operação (2 v.)

	Benzeno	Tolueno
Massa molar, g/mol	78.11	92.13
Ponto de fusão normal (Tf), ºC	5.53	-94.99
Ponto de ebulição normal (Tb), ºC	80.10	110.62
Calor de fusão a Tf, kJ/mol	9.873	6.619
Calor de vaporização a Tb, kJ/mol	30.765	33.47
Calor específico, J/(mol.ºC):                                            líquido T = temp., ºC)                      vapor	125.8+0.326 T 74.06+0.33 T -0.25x10-3T2	147.8+0.308 T 94.18+0.38 T -0.28x10-3T2

 

5. Suponha que o vapor de benzeno/tolueno que sai do evaporador do problema anterior vai ser condensado e arrefecido até 70ºC numa câmara de equilíbrio funcionando à pressão atmosférica. Marque no diagrama Txy fornecido a trajectória seguida pela corrente e responda às seguintes questões:
1. A que temperatura se forma a primeira gota de condensado e qual a sua composição (1 v.).
2. Em determinado ponto durante o arrefecimento a temperatura é de 90ºC; calcule a composição de cada uma das fases que coexistem a essa temperatura e qual a razão das respectivas quantidades (moles de vapor/moles de líquido) (1 v.).
3. A que temperatura se forma a última gota de condensado e qual a sua composição (1 v.).
4. Qual a composição da mistura no final do arrefecimento (1 v.).

[TOPO]