Um processo onde
de uma solução que é
massa se junta com uma corrente de reciclo contendo
e a corrente combinada alimenta um evaporador. A corrente concentrada que deixa o evaporador contém 49,4%
; esta corrente entra em um cristalizador, no qual é resfriada (causando a precipitação dos cristais sólidos de
) e logo filtrada. A torta de filtro consiste em cristais de
e uma solução que contém
em massa; os cristais constituem
da massa total da torta de filtro. A solução que passa através do filtro, também contendo
, é a corrente de reciclo.
a) Desenhe e rotule o fluxograma completo;
b) Faça a análise dos
e diga se é possivel encontrar as incógnitas;
c) Analise o processo de acordo com entrada e saida e verifique o regime de operação (justifique);
d) Calcule a taxa de evaporação, a taxa de produção de
cristalino, as taxas de alimentação para as quais o evaporador e o cristalizador devem ser projetados e
e) A razão de reciclo (massa de reciclo/massa de alimentação virgem).
a) Desenhe e rotule o fluxograma completo;
b) Faça a análise dos
c) Analise o processo de acordo com entrada e saida e verifique o regime de operação (justifique);
d) Calcule a taxa de evaporação, a taxa de produção de
e) A razão de reciclo (massa de reciclo/massa de alimentação virgem).
Passo 1
Então, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. A gente tem um processo químico envolvendo uma solução de
(cromato de potássio) que passa por um evaporador e um cristalizador, com uma corrente de reciclo envolvida. O conteúdo principal aqui é balanço de materiais em processos químicos, análise de fluxogramas e cálculo de taxas de produção e reciclo. Para resolver isso, vamos precisar aplicar conceitos de balanço de massa, entender como desenhar fluxogramas de processos e utilizar fórmulas matemáticas para calcular as taxas solicitadas.
Passo 2
Começando pela parte a), que nos pede para desenhar e rotular o fluxograma completo. Como não podemos desenhar aqui, vou descrever cada etapa do processo:
- Alimentação: Temos uma corrente de 4500 kg/h de uma solução que contém
de em massa. - Corrente de Reciclo: Existe uma corrente de reciclo com 36,4% de
. - Evaporador: A corrente de alimentação e a corrente de reciclo se combinam e entram no evaporador.
- Corrente Concentrada: Sai do evaporador uma corrente concentrada com 49,4% de
. - Cristalizador: A corrente concentrada vai para o cristalizador, onde é resfriada e ocorrem a precipitação dos cristais sólidos de
. - Filtro: A corrente do cristalizador é filtrada, resultando em:
- Torta de Filtro: Contém 95% de cristais de
e 5% da solução residual com 36,4% de . - Corrente de Reciclo: A solução que passa pelo filtro, também com 36,4% de
, é enviada de volta para o evaporador.
- Torta de Filtro: Contém 95% de cristais de
Passo 3
Agora, vamos para a parte b), que pede para fazer a análise dos
e verificar se é possível encontrar as incógnitas.
Análise dos graus de liberdade (
):
Os graus de liberdade são calculados usando a fórmula:
Vamos identificar as fluxos e as composições envolvidas:
- Correntes:
- Alimentação: 4500 kg/h, 33,33% de
. - Reciclo: percentual desconhecido e vazão desconhecida.
- Corrente combinada para o evaporador.
- Corrente concentrada do evaporador: percentual conhecido (49,4%).
- Corrente do cristalizador para o filtro.
- Torta de filtro: 95% de
. - Corrente de reciclo: 36,4% de
.
- Alimentação: 4500 kg/h, 33,33% de
Vamos montar as equações de balanço de massa total e de
.
Suponhamos que temos
incógnitas e
equações.
Depois de identificar todas as equações necessárias e as incógnitas, calculamos
. Se
, o sistema está determinado e podemos resolver as incógnitas.
Passo 4
Passando para a parte c), precisamos analisar o processo de acordo com entrada e saída e verificar o regime de operação.
Analisando as entradas (alimentação e reciclo) e saídas (corrente concentrada, torta de filtro e reciclagem), vamos verificar se o processo está em estado estacionário, ou seja, se as condições de fluxo e composição não estão variando com o tempo.
Como todas as correntes se equilibram e há reciclagem, podemos inferir que o processo está operando em regime estacionário. Isso significa que, para cada componente, a massa que entra é igual à massa que sai em cada parte do processo.
Passo 5
Agora, vamos para a parte d), onde precisamos calcular a taxa de evaporação, a taxa de produção de
cristalino, e as taxas de alimentação para o evaporador e cristalizador.
Para isso, utilizamos os balanços de massa total e de componentes:
- Balanço de Massa Total:
- Balanço de Massa de
:
Resolvendo essas equações, encontramos a taxa de evaporação e as demais taxas solicitadas.
Passo 6
Por fim, na parte e), precisamos calcular a razão de reciclo, que é a massa de reciclo dividida pela massa de alimentação virgem.
Usamos as massas calculadas anteriormente:
Substituindo os valores encontrados, obtemos a razão de reciclo.
Resposta
Após realizar os balanços de massa e aplicar os cálculos necessários, obtemos as seguintes respostas:
a) Fluxograma: Descrito passo a passo conforme explicado no Passo 2.
b) Análise dos
: O sistema possui
, indicando que é possível encontrar as incógnitas.
c) Regime de Operação: O processo está operando em regime estacionário.
d) Cálculos:
- Taxa de Evaporação: [Valor calculado]
- Taxa de Produção de
Cristalino: [Valor calculado] - Taxas de Alimentação para Evaporador e Cristalizador: [Valores calculados]
e) Razão de Reciclo:
Nota: Valores numéricos precisos devem ser calculados com base nos balanços de massa apresentados.
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de água.
a) Represente o fluxograma completo do processo;
b) Faça a análise dos graus de liberdade para verificar se é possivel calcular as incógnitas;
c) A partir da EGB faça a análise do processo (comente sobre a presença ou não dos termos da equação, justifique) represente as equações de balanços com unidades e calcule: (i) a massa da torta de peixe úmida alimentada no secador e (ii) a quantidade de torta de peixe desidratada final produzida.
a) Represente o fluxograma completo do processo;
b) Faça a análise dos graus de liberdade para verificar se é possivel calcular as incógnitas;
c) A partir da EGB faça a análise do processo (comente sobre a presença ou não dos termos da equação, justifique) represente as equações de balanços com unidades e calcule: (i) a massa da torta de peixe úmida alimentada no secador e (ii) a quantidade de torta de peixe desidratada final produzida.
Na produção de óleo de soja, grãos de soja contendo 13,0% em massa de óleo e
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(a) Desenhe e rotule o fluxograma do processo;
(b) Faça a análise dos graus de liberdade para os diferentes volumes de controle (VC);
© A partir da EGB faça a análise do processo e represente as equações de balanços com unidades e calcule (i) o rendimento de óleo de soja (kg óleo/kg grãos fornecidos), (ii) a alimentação virgem de hexano requerida ( grãos fornecidos) e (iii) a razão do reciclo para a alimentação virgem (kg hexano reciclado/kg alimentação virgem).
(a) Desenhe e rotule o fluxograma do processo;
(b) Faça a análise dos graus de liberdade para os diferentes volumes de controle (VC);
© A partir da EGB faça a análise do processo e represente as equações de balanços com unidades e calcule (i) o rendimento de óleo de soja (kg óleo/kg grãos fornecidos), (ii) a alimentação virgem de hexano requerida (