PROVÃO 1997

 Prova de Engenharia Química

Responda às questões de números 1 a 10, todas de mesmo valor, totalizando 100 (cem) pontos, preferivelmente a tinta azul ou preta, nos espaços próprios das páginas do Caderno de Respostas no tempo de até 04 (quatro) horas.

O espaço disponível para desenvolvimento, resposta e eventuais rascunhos é SUFICIENTE. NÃO serão fornecidas folhas adicionais e os rascunhos NÃO serão considerados na correção.

Questão 1

Aponte duas operações unitárias que poderiam ser usadas para separar ácido acético de água, com o objetivo de se obter ácido acético de elevada pureza. Justifique a sua resposta usando os princípios básicos de cada operação.

Dados/Informações Técnicas:

ÁCIDO ACÉTICO

ÁGUA

Ponto de ebulição normal: 117,87oC

Ponto de ebulição normal: 100,00oC

Massa específica a 25oC: 1,0493 g/cm3

Massa específica a 25oC: 0,9979751 g/cm3

Questão 2

Apresente as hipóteses envolvidas e o campo de aplicação das leis de Raoult e de Henry e da regra de Lewis.

Lei de Raoult: pi = pisat . xi

Lei de Henry: fi = Hi,solv . xi

Regra de Lewis: fi = fi0 . xi

Questão 3uestão 3

Uma caldeira produz 1.000 kg/h de vapor saturado a uma pressão de 3,0 kgf/cm2 absoluta. A caldeira é simultaneamente alimentada com água a 25° C e com 800 kg/h de condensado a 120°C, que retorna do processo, como mostra a figura abaixo. Calcular a carga térmica (calor cedido à caldeira) para a produção do vapor desejado. A purga retira 20 kg/h de líquido da caldeira. Para a solução do problema utilize a tabela a seguir.

Clique aqui para ver a Tabela!

Questão 4

Um reator de síntese de amoníaco opera segundo a reação

Alimentando-se o reator com 20% em excesso de hidrogênio, calcular a composição na saída do reator para uma conversão de 80% em relação ao nitrogênio alimentado.

Questão 5

Através de uma série de experimentos em escoamentos através de dutos, foi desenvolvida uma expressão relativa à perda de carga distribuída (perda de carga que ocorre nos trechos retos da tubulação) na forma de:

hD = f (L/D) V2/2g)

(1)

sendo f conhecido como fator de atrito (Darcy-Weissbach ou Fanning), cuja relação funcional é suposta da forma:

f = f(D, V, , , )

(2)

Aplicando a metodologia da Análise Dimensional - teorema  de Buckingham - chega-se a:

f = f(DV /, 

(3)

a) Obtenha a expressão de f, no caso de escoamento laminar estabelecido de um fluido Newtoniano incompressível, para o qual o perfil de velocidade é expresso por:

Vz = 2V [ 1 - (r/R)2 ], onde V = DP R2 / 8 m

(4)

b) Discuta, se houver, as diferenças entre a resposta do item (a) com a expressão (3).

Questão 6

Um ensaio de filtração realizado em laboratório, à pressão manométrica constante igual a 2 atm, com uma suspensão de CaCO3 em água, apresentou os seguintes resultados:

VOLUME DE FILTRADO (L)

TEMPO (s)

0,5

005,0

1,0

011,5

1,5

019,8

2,0

030,1

2,5

042,5

3,0

056,8

3,5

073,0

4,0

091,2

4,5

111,0

5,0

133,0

5,5

156,8

6,0

182,5

A área do filtro era 0,044 m2, a massa do sólido por unidade de volume de filtrado era 23,5 kg/m3, e a temperatura de operação, 25oC. Descreva os passos do método para calcular a resistência específica da torta e a resistência do meio filtrante.

Dados/Informações Técnicas:

Questão 7

No estudo da lixiviação de um sólido A por um solvente B, pode-se postular que a etapa controladora do processo de transferência de massa corresponde à difusão do soluto através do filme do solvente, conforme a figura abaixo.

Sabendo-se que a solubilidade de A em B é igual a CA0 e que a concentração de A em z = L (espessura do filme) é igual a CAL ,obtenha:

a) a equação diferencial que descreve o processo de transferência de massa dentro do filme líquido;

b) o fluxo molar de A para a corrente livre do líquido.

Para a solução deste problema, use apenas UMA das seguintes alternativas:

Alternativa I:

A partir da equação da continuidade - equação que descreve o balanço de massa (ou molar) do componente A de uma solução binária (AB) - em coordenadas cartesianas (ou retangulares), expressa em termos das propriedades físicas e de transporte para o caso de DAB constante:

DAB = difusividade mássica (ou molar) do componente A na solução;

RA = termo correspondente à geração do componente A.

Alternativa II:

A partir da expressão (1) abaixo, que representa a distribuição de temperatura num prisma sólido, ilustrado na Fig. (1).

Neste caso, discuta a analogia entre os processos de transferência de calor e massa envolvidos.

Questão 8

Encontra-se em desenvolvimento um processo para a produção de óxido de etileno a partir da oxidação do etileno em reator de leito catalítico, segundo a reação:

C2H4 + ½ O2 = C2H4O.

O reator deverá operar a 270 °C e 1,5 atm (veja fluxograma abaixo). Devido à temperatura do processo, a seguinte reação secundária oxida o etileno:

C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O.

Espera-se uma conversão de 60% do etileno alimentado ao reator, com seletividade de 90% em óxido de etileno (10% oxida a CO2).

A descarga do reator é resfriada e alimentada a uma coluna lavadora ("scrubber") que deverá retirar o óxido de etileno e a água formados na reação, empregando água como solvente. A solução assim obtida é separada em uma coluna de destilação.

Planeja-se usar o ar atmosférico (contendo 21% molar em O2 e 79% em N2) como fonte pouco dispendiosa de oxigênio.

a) Na qualidade de engenheiro envolvido no projeto, aponte as implicações técnicas e econômicas da substituição do ar atmosférico por oxigênio técnico (oxigênio a 98% molar). Considere a possibilidade de inclusão de reciclos.

b) Em que etapas do projeto e de que forma você se utilizaria e/ou recomendaria o emprego de recursos computacionais?

Questão 9

Estabeleça as etapas de um processo de obtenção de cobre metálico de pureza superior a 99%, partindo-se de um minério de cobre. Detalhe as etapas e os meios adequados para realizar um eficiente controle de qualidade do processo.

Questão 10

A figura abaixo descreve a variação da concentração de um reagente durante uma reação química conduzida a duas temperaturas distintas.

Interprete a dependência da concentração com o tempo em termos de grandezas cinéticas e termodinâmicas (ordem, velocidade, calor de reação, etc.).

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