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Lista de Exercícios – Balanço de Massa
• As composições em % referem-se à fração mássica dos componentes em mistura, exceto quando
indicado algo em contrário.
• Assumir os processos em fluxo contínuo como sendo de regime estacionário.
1) Um espessador numa unidade de tratamento de efluentes remove água proveniente do lodo ativado de
efluentes domésticos, conforme figura abaixo. O processo encontra-se em regime estacionário. Qual a
vazão de água que sairá do espessador em lb/min, para uma alimentação de lodo úmido de 100 kg/h com
produção de 70 kg/h de lodo desidratado? (1,1 lb/min)
2) Uma solução aquosa de celulose contém 5,2% de celulose. Qual a massa de água necessária, em Kg, para
que sejam preparadas 100,0 kg de solução aquosa de celulose a 4,2% em massa? (19,25 kg)
3) Um evaporador é alimentado com 1000 kg/h de um suco de frutas contendo 12,0% de sólidos solúveis e
88,0% de água. Este evaporador produz suco concentrado, contendo 40,0% de sólidos solúveis e 60,0% de
água. Pergunta-se: a) Qual a massa de suco concentrado produzido neste processo? (300 kg) b) Qual a
massa de água evaporada? (700 kg)
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos.
4) Para preparar uma solução aquosa de 50% de ácido sulfúrico, um rejeito ácido diluído contendo 28% de
H2SO4 e 72% de água é reforçado com uma solução aquosa de ácido sulfúrico comercial contendo 96% de
H2SO4. Quantos quilogramas de ácido a 96% devem ser utilizados para reforçar 100 kg de ácido diluído?
(47,8 kg)
5) Uma solução ácida S4, constituída por 60% de H2SO4, 20% de HNO3 e 20% de H2O deve ser preparada a
partir da mistura das seguintes soluções:
• S1 = 10% de HNO3, 60% de H2SO4 e 30% de H2O;
• S2 = 90% de HNO3 e 10% de H2O;
• S3 = 95% de H2SO4 e 5% de H2O.
Calcule a massa de cada solução a ser misturada para que sejam obtidos 1000 kg da solução ácida S4. (S1 =
568,2 kg; S2 = 159,1 kg; S3 = 272,7 kg)
6) Morangos contêm 15% de sólidos e 85% de água em massa. Para fabricar geléia de morango, o seguinte
processo deve ser obedecido:
I) Misturar morangos amassados e açúcar na proporção 45%:55%, ou seja, 45 partes de morangos para 55
partes de açúcar;
II) Aquecer a mistura obtida em (I) para evaporar água, até que o resíduo atinja uma concentração de
sólidos igual a 66,6% em massa. Considerando-se que o açúcar é constituído por 100% de sólidos, pede-se:
a) Desenhe um fluxograma do processo;
b) Calcule quantos quilogramas de morango são necessários para fabricar 1 quilograma de geléia. (0,486
kg)
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos.
7) Uma solução aquosa de decapagem contendo 8,8% de KI em massa será preparada. A solução desejada
deve ser preparada pela combinação de uma solução aquosa forte (12% de KI e 3% de I2 em massa) com
uma solução aquosa fraca (2,5% de KI e 0,625% de I2).
Pergunta-se:
a) Qual deve ser o valor de R, a razão entre as massas de solução forte e fraca para preparar a solução
de decapagem desejada? Sugira uma base de cálculo para realização deste balanço. (1,97)
b) Qual será a concentração de I2 na solução final? (2,2%)
8) Uma coluna de destilação separa 10000 kg/h de uma mistura de benzeno-tolueno (50%- 50% em massa).
O produto recuperado no condensador, no topo da coluna, contém 95% de benzeno e a corrente de fundo
da coluna contém 96% de tolueno. A corrente de vapor que entra no condensador pelo topo da coluna
registra 8000 kg/h. Uma parte do produto é retornada como refluxo. Suponha que as composições das
correntes V, D e R sejam idênticas. Encontre a razão de quantidade de produto reciclada em relação ao
produto D, ou seja, a razão entre as vazões de D e R (1,72)
9) No processo de concentração de suco de laranja, o suco original (corrente A) contém 12,0% de sólidos e
88,0 % de H2O, enquanto o suco concentrado produzido deverá conter 42,0% de sólidos (corrente B).
Inicialmente, um processo de evaporação direta foi utilizado para a concentração, porém os constituintes
voláteis do suco evaporaram junto com a água, produzindo um concentrado com gosto ruim. O presente
processo contorna este problema através de uma corrente de desvio da alimentação A (by-pass), que é
misturada à corrente de saída do evaporador (figura abaixo). Sabe-se que a corrente de saída do
evaporador é constituída por 58,0% de sólidos em massa. Calcule, para uma alimentação de 100Kg/h de
suco original:
a) A quantidade de suco concentrado produzido (corrente B) (28,6 kg/h)
b) A vazão da alimentação que desvia do evaporador (corrente D) (9,9 kg/h)
c) A vazão de entrada no evaporador (corrente C) (90,0 kg/h)
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos.
10) Um fluxograma simplificado para a fabricação de açúcar é apresentado na figura abaixo. A cana de
açúcar (D) é espremida em um moinho. O bagaço (F) resultante contém 80% em massa de polpa, água e
açúcar. O xarope (E) contendo polpa, açúcar e água, é alimentado em uma peneira que remove toda a
polpa e produz xarope límpido (H), contendo 15% de açúcar e 85% de água. Da peneira, resulta uma
corrente de rejeito (G), contendo 95% de polpa, água e açúcar. O evaporador prepara um xarope “pesado”
(K) e o cristalizador produz 1000lb/h de cristais de açúcar 100% puro (M)
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos.
a) Calcule a água removida no cristalizador (corrente L), em libras/hora (1500 lb/h)
b) Calcule as frações mássicas dos componentes na corrente de rejeito G; (1152 lb/h)
c) Calcule taxa de alimentação da cana, em libras/hora; (24573 lb/h)
d) Do açúcar contido na cana, qual a percentagem que é perdida no bagaço (isto é, a razão vazão de açúcar
no bagaço / vazão de açúcar na cana )? (0,741)

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  • 1. Lista de Exercícios – Balanço de Massa • As composições em % referem-se à fração mássica dos componentes em mistura, exceto quando indicado algo em contrário. • Assumir os processos em fluxo contínuo como sendo de regime estacionário. 1) Um espessador numa unidade de tratamento de efluentes remove água proveniente do lodo ativado de efluentes domésticos, conforme figura abaixo. O processo encontra-se em regime estacionário. Qual a vazão de água que sairá do espessador em lb/min, para uma alimentação de lodo úmido de 100 kg/h com produção de 70 kg/h de lodo desidratado? (1,1 lb/min) 2) Uma solução aquosa de celulose contém 5,2% de celulose. Qual a massa de água necessária, em Kg, para que sejam preparadas 100,0 kg de solução aquosa de celulose a 4,2% em massa? (19,25 kg) 3) Um evaporador é alimentado com 1000 kg/h de um suco de frutas contendo 12,0% de sólidos solúveis e 88,0% de água. Este evaporador produz suco concentrado, contendo 40,0% de sólidos solúveis e 60,0% de água. Pergunta-se: a) Qual a massa de suco concentrado produzido neste processo? (300 kg) b) Qual a massa de água evaporada? (700 kg) Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. 4) Para preparar uma solução aquosa de 50% de ácido sulfúrico, um rejeito ácido diluído contendo 28% de H2SO4 e 72% de água é reforçado com uma solução aquosa de ácido sulfúrico comercial contendo 96% de H2SO4. Quantos quilogramas de ácido a 96% devem ser utilizados para reforçar 100 kg de ácido diluído? (47,8 kg) 5) Uma solução ácida S4, constituída por 60% de H2SO4, 20% de HNO3 e 20% de H2O deve ser preparada a partir da mistura das seguintes soluções: • S1 = 10% de HNO3, 60% de H2SO4 e 30% de H2O; • S2 = 90% de HNO3 e 10% de H2O; • S3 = 95% de H2SO4 e 5% de H2O. Calcule a massa de cada solução a ser misturada para que sejam obtidos 1000 kg da solução ácida S4. (S1 = 568,2 kg; S2 = 159,1 kg; S3 = 272,7 kg) 6) Morangos contêm 15% de sólidos e 85% de água em massa. Para fabricar geléia de morango, o seguinte processo deve ser obedecido: I) Misturar morangos amassados e açúcar na proporção 45%:55%, ou seja, 45 partes de morangos para 55 partes de açúcar;
  • 2. II) Aquecer a mistura obtida em (I) para evaporar água, até que o resíduo atinja uma concentração de sólidos igual a 66,6% em massa. Considerando-se que o açúcar é constituído por 100% de sólidos, pede-se: a) Desenhe um fluxograma do processo; b) Calcule quantos quilogramas de morango são necessários para fabricar 1 quilograma de geléia. (0,486 kg) Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. 7) Uma solução aquosa de decapagem contendo 8,8% de KI em massa será preparada. A solução desejada deve ser preparada pela combinação de uma solução aquosa forte (12% de KI e 3% de I2 em massa) com uma solução aquosa fraca (2,5% de KI e 0,625% de I2). Pergunta-se: a) Qual deve ser o valor de R, a razão entre as massas de solução forte e fraca para preparar a solução de decapagem desejada? Sugira uma base de cálculo para realização deste balanço. (1,97) b) Qual será a concentração de I2 na solução final? (2,2%) 8) Uma coluna de destilação separa 10000 kg/h de uma mistura de benzeno-tolueno (50%- 50% em massa). O produto recuperado no condensador, no topo da coluna, contém 95% de benzeno e a corrente de fundo da coluna contém 96% de tolueno. A corrente de vapor que entra no condensador pelo topo da coluna registra 8000 kg/h. Uma parte do produto é retornada como refluxo. Suponha que as composições das correntes V, D e R sejam idênticas. Encontre a razão de quantidade de produto reciclada em relação ao produto D, ou seja, a razão entre as vazões de D e R (1,72) 9) No processo de concentração de suco de laranja, o suco original (corrente A) contém 12,0% de sólidos e 88,0 % de H2O, enquanto o suco concentrado produzido deverá conter 42,0% de sólidos (corrente B). Inicialmente, um processo de evaporação direta foi utilizado para a concentração, porém os constituintes voláteis do suco evaporaram junto com a água, produzindo um concentrado com gosto ruim. O presente processo contorna este problema através de uma corrente de desvio da alimentação A (by-pass), que é misturada à corrente de saída do evaporador (figura abaixo). Sabe-se que a corrente de saída do evaporador é constituída por 58,0% de sólidos em massa. Calcule, para uma alimentação de 100Kg/h de suco original: a) A quantidade de suco concentrado produzido (corrente B) (28,6 kg/h)
  • 3. b) A vazão da alimentação que desvia do evaporador (corrente D) (9,9 kg/h) c) A vazão de entrada no evaporador (corrente C) (90,0 kg/h) Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. 10) Um fluxograma simplificado para a fabricação de açúcar é apresentado na figura abaixo. A cana de açúcar (D) é espremida em um moinho. O bagaço (F) resultante contém 80% em massa de polpa, água e açúcar. O xarope (E) contendo polpa, açúcar e água, é alimentado em uma peneira que remove toda a polpa e produz xarope límpido (H), contendo 15% de açúcar e 85% de água. Da peneira, resulta uma corrente de rejeito (G), contendo 95% de polpa, água e açúcar. O evaporador prepara um xarope “pesado” (K) e o cristalizador produz 1000lb/h de cristais de açúcar 100% puro (M) Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. a) Calcule a água removida no cristalizador (corrente L), em libras/hora (1500 lb/h) b) Calcule as frações mássicas dos componentes na corrente de rejeito G; (1152 lb/h) c) Calcule taxa de alimentação da cana, em libras/hora; (24573 lb/h) d) Do açúcar contido na cana, qual a percentagem que é perdida no bagaço (isto é, a razão vazão de açúcar no bagaço / vazão de açúcar na cana )? (0,741)