Um processo composto por um misturador, que é alimentado por duas misturas metanol-água contidas em recipientes separados. A primeira mistura contém 40% (em massa) de metanol e a segunda contém . Se 200 g da mistura são combinados com 150 g da . (i) Desenhe o fluxograma completo do processo, qual é base de trabalho, por quê? E diga quantas incógnitas tem?

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Temos um processo com um misturador que recebe duas misturas de metanol e água de recipientes separados. A primeira mistura tem 40% de metanol em massa e a segunda tem 70%. Sabemos que vamos combinar 200 g da primeira mistura com 150 g da segunda mistura. A questão pede para:
  1. Desenhar o fluxograma completo do processo.
  2. Identificar a base de trabalho e explicar o porquê.
  3. Dizer quantas incógnitas existem no problema.
Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre balanço de massas e como representar processos químicos em diagramas de fluxo.

Passo 2

Primeiro, vamos pensar em como desenhar o fluxograma. Um fluxograma mostra como os materiais se movem através de um processo. No nosso caso, temos duas entradas de mistura que entram em um misturador e resultam em uma mistura final.
Imagine dois retângulos representando os recipientes das misturas iniciais:
  • O primeiro retângulo tem 200 g de mistura com 40% de metanol.
  • O segundo retângulo tem 150 g de mistura com 70% de metanol.
Esses dois fluxos entram no misturador, que é outro retângulo, e sai a mistura combinada.

Passo 3

Agora, sobre a base de trabalho. A base de trabalho é o conjunto de dados que conhecemos e que vamos usar para resolver o problema. Normalmente, escolhemos uma base que simplifique os cálculos e que cubra a maior parte das informações conhecidas.
No nosso caso, a base de trabalho pode ser toda a matéria envolvida no processo, ou seja, os 200 g da primeira mistura e os 150 g da segunda mistura. Escolher essa base faz sentido porque já temos as massas e as porcentagens de metanol nessas misturas.

Passo 4

Vamos falar sobre as incógnitas. No contexto de balanço de massas, as incógnitas são as variáveis que precisamos descobrir para resolver o problema. Pode ser a quantidade de metanol e água na mistura final, por exemplo.
Para identificar quantas incógnitas temos, precisamos analisar as informações que já conhecemos e o que precisamos descobrir. Já sabemos as massas das misturas e as porcentagens de metanol, então as incógnitas podem envolver a massa total da mistura final e a concentração de metanol nela.

Passo 5

Resumindo tudo o que fizemos:
  1. Desenhamos mentalmente o fluxograma com as duas entradas de mistura e o misturador.
  2. Definimos a base de trabalho como as massas das misturas iniciais e suas concentrações.
  3. Identificamos que as incógnitas envolvem a massa total e a concentração de metanol na mistura final.

Resposta

O fluxograma do processo consiste em dois fluxos de entrada representando as duas misturas (200 g com 40% de metanol e 150 g com 70% de metanol) que entram em um misturador, resultando em uma mistura final. A base de trabalho é toda a matéria envolvida no processo, ou seja, os 200 g da primeira mistura e os 150 g da segunda mistura, porque já conhecemos suas massas e concentrações. Existem duas incógnitas no problema: a massa total da mistura final e a concentração de metanol nessa mistura.

Exercícios relacionados

A , uma solução aquosa contendo em peso de tem uma densidade relativa de 1,2563 . Precisa-se de uma quantidade desta solução que contenha de .
a) Calcule o volume necessário (L) da solução usando DR dada;
b) Estime a porcentagem de erro que seria cometido se as densidades relativas dos componentes puros e água tivessem sido usadas para o cálculo em lugar da densidade relativa da mistura.
A reação em fase gasosa , que é de primeira ordem em relação a e , deve ser conduzida isotermicamente em um reator de escoamento uniforme. A produção de C é de com conversão de (PMc ). A vazão volumétrica de entrada é de e a alimentação é equimolar. A temperatura e a pressão são constantes. A velocidade específica de reação nesta temperatura é de min e a energia de ativação é de .
Responda
a) Estime o volume requerido para que um CSTR, que recebe o efluente de um PFR com conversão de , alcance de conversão total, se possível. Se não for possível, qual deverá ser a conversão total e o volume do CSTR? Resp. Vcstr=3,78 L
b) Determine o volume do PFR cuja conversão na saída é de . Resp. Vpfr=1,16 L
c) Se esta reação fosse reversível, qual seria o valor da conversão de equilíbrio e da concentração de A no equilíbrio? Sabe-se que a constante de equilíbrio é . Resp. Ela nunca entraria em equilíbrio porque .
Considere a reação , em fase gasosa, que ocorre em um reator PFR à pressão e temperatura constantes. Neste reator verifica-se uma queda da vazão volumétrica de em relação à vazão volumétrica de entrada. A alimentação deste reator é composta de duas correntes: a da espécie A possui vazão molar de e concentração de e a espécie B possui vazão molar de e concentração de . Antes de processar esta reação no PFR, foram realizados testes em um reator batelada, isotérmico a volume constante, com pressão inicial de 20 atm. Ao chegar no final da reação, percebeu-se que a pressão estava em . Foram coletadas do reator batelada alíquotas da mistura reacional com o tempo e foi obtida a seguinte tabela:
X 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
189 192 200 222 250 303 400 556 800
Determine o número de bateladas em 24 h de operação sabendo que os volumes do PFR e batelada são iguais e que a alimentação do reator batelada é constituída por 200 mols de A e 300 mols de B. O tempo destinado ao preparo do reator é de 600 s. Calcule também a concentração de alimentação do reagente limitante. Resp. № bat=5; Cio
Considere um reator CSTR que processa a reação em fase gasosa, cujo sistema reacional é isotérmico ( ) e isobárico ( ). A alimentação dos reagentes é equimolar e a lei de velocidade de reação é de primeira ordem em relação à base de cálculo mais adequada. Na partida da unidade, o reator levou 20 minutos para alcançar o volume ideal de reação (tempo de enchimento, partindo do reator completamente vazio), mantendo a vazão volumétrica de alimentação constante. A
constante de velocidade de reação é . Calcule a concentração da espécie utilizada como base de cálculo quando o regime estacionário foi alcançado.
Obs: Responda, antes de começar o problema, as três perguntas básicas recomendadas em sala de aula.
Obs2: Construa a tabela estequiométrica. Resp.