Balanço de Massa - Tesla Concursos

Balanço de Massa
Conceitos
- Lei de Lavoisier;
- Imprescindível na Engenharia Química;
- Estabelece a relação entre a quantidade de matéria
que entra, reage, e sai do sistema;
Exercício
Questão 46 – Químico de Petróleo – Transpetro 3/2011
Um concentrado processado para produção de zinco
metálico contém blenda (ZnS), pirita (FeS2), galena
(PbS) e sílica (SiO2), além de outros minerais.
Esse concentrado possui a seguinte composição:
50% de Zn, 32% de S, 8% de Fe, 1% de Si, 0,2% de Pb.
O tratamento envolve ustulação, lixiviação do
zinco, purificação da solução e eletrorredução do metal,
com a obtenção de ácido sulfúrico como subproduto.
Que quantidade, em kg, de ácido sulfúrico 98% é obtida
para cada tonelada de zinco produzido?
Exercício
– Ácido sulfúrico é produzido a partir do enxofre (S),
então temos que:
50% de zinco ------------- 32% de enxofre
1000 kg de zinco --------- X kg de enxofre
X = 640 kg de enxofre
Exercício
– Ácido sulfúrico é produzido a partir do enxofre (S),
então temos que:
50% de zinco ------------- 32% de enxofre
1000 kg de zinco --------- X kg de enxofre
X = 640 kg de enxofre
32 g de enxofre (S) ------------- 98 g de ácido sulfúrico (H2SO4)
640 kg de enxofre --------------- Y kg de ácido sulfúrico
Y = 1960 kg de ácido sulfúrico
Exercício
– O exercício descreve que a pureza final de ácido
sulfúrico é de 98%. Ou seja, a massa final deve
possuir 1960 kg ácido sulfúrico (calculados) mais a
porcentagem de 2% de impurezas.
1960 kg ácido sulfúrico ------------- 98%
X kg ácido sulfúrico ------------- 100%
X = 2000 kg de ácido sulfúrico
Alternativa “E” está correta
Exercício
Em equipamentos de combustão industrial, é comum
a utilização de oxigênio em excesso para garantir que
a combustão completa, de acordo com a equação:
Considerando essas informações, suponha que um
processo de combustão industrial queime 100 mols
de uma mistura de metano (massa molecular do
metano = 16 g/mol) e propeno (massa molecular do
propeno = 42 g/mol), cuja fração mássica de propeno
é 0,84, utilizando um excesso de oxigênio de 20% em
base molar.
Exercício
Nessa situação, a quantidade de mols de oxigênio
necessária para realizar essa combustão
é igual a:
Exercício
Reação:
xCH4 + yC3H6 + zO2  wH2O + kCO2
Dados:
NTOTAL = 100 mol
xC3H6 = 0,84 (massa)
xCH4 = 0,16 (massa)
Para balancear a equação é necessário saber
quantos mols de CH4 e de C3H6 existem no sistema.
Exercício
Sabe-se que:
mC3H6
mTOTAL
mCH 4
mTOTAL
 0,84
 0,16
Exercício
Sabe-se que:
mC3H6
mTOTAL
mCH 4
mTOTAL
 0,84
nC3H6 
mC3H6
mMOLARC H

mC3H6
42
3 6
 0,16
nCH 4 
mCH 4
mMOLARCH

4
mCH 4
16
Exercício
Sabe-se que:
mC3H6
mTOTAL
mCH 4
mTOTAL
 0,84
nC3H6 
mC3H6
mMOLARC H

mC3H6
42
 mC3H6  42  nC3H6
3 6
 0,16
nCH4 
mCH4
mMOLARCH

4
mCH4
16
 mCH4  16  nCH4
Exercício
Sabe-se que:
mC3H6
mTOTAL
mCH 4
mTOTAL
 0,84
nC3H6 
mC3H6
mMOLARC H

mC3H6
42
 mC3H6  42  nC3H6
3 6
 0,16
nCH4 
42  nC3H6
mTOTAL
16  nCH 4
mTOTAL
mCH4
mMOLARCH
 0,84
 0,16

4
mCH4
16
 mCH4  16  nCH4
Exercício
Sabe-se que:
mC3H6
mTOTAL
mCH 4
mTOTAL
 0,84
nC3H6 
mC3H6
mMOLARC H

mC3H6
42
 mC3H6  42  nC3H6
3 6
 0,16
nCH4 
42  nC3H6
mTOTAL
16  nCH 4
mTOTAL
mCH4
mMOLARCH

mCH4
16
 mCH4  16  nCH4
4
 0,84
mTOTAL 
 0,16
mTOTAL 
42  nC3H6
0,84
16  nCH 4
0,16
Exercício
Logo:
42  nC3H6
mTOTAL
16  nCH 4
mTOTAL
nC3H6 
 0,84
 0,16
42  nC3H6 16  nCH4
mTOTAL 

0,84
0,16
0,84 16  nCH4
0,16  42
 3  nCH4
Exercício
Sabendo que:
nC3H6 
0,84 16  nCH4
0,16  42
 2  nCH4
nC3H6  nCH4  100
nC3H6  66,67
nCH4  33,33
Exercício
Assim:
33,33CH4 + 66,67C3H6 + zO2  wH2O + kCO2
Balanceando a equação:
33,33CH4 + 66,67C3H6 + 300,01O2  266,67H2O + 166,67CO2
Exercício
Assim:
33,33CH4 + 66,67C3H6 + zO2  wH2O + kCO2
Balanceando a equação:
33,33CH4 + 66,67C3H6 + 300,01O2  266,67H2O + 166,67CO2
Como o oxigênio está com 20% em excesso, a quantidade real
de oxigênio no sistema é de:
1,2  nO2 ,eq.balanceada  1,2  300,01  360,012
Letra b.
Exercício
Considere o escoamento em estado estacionário de um fluido
com densidade igual a 2x103 kg/m3 através de uma tubulação.
Admitindo que as vazões mássicas nos pontos 2 e 3 (da figura
acima) equivalem a 3 kg/s e 2 kg/s, respectivamente, então a
vazão volumétrica no ponto 1 será igual a:
Exercício
5 kg/s
2 kg/s
3 kg/s
3
kg 1 m3
m
3600 s
3
5  3  2,5.10

 9m3 / h
s 2.10 kg
s
1 h
Balanço de Energia
Conceitos
- Energia do sistema sempre se conserva;
- Pode ser transferida na forma de trabalho ou calor:
E  Q  W
- Para sistemas abertos:
W   pdV
H  Q  W
Exercício
Petrobrás – Engenheiro de Processamento Jr. – 2010.
Uma corrente de gás metano a 27 ºC, com vazão de 3600 kg/h, é
comprimida de 100 kPa até 200 kPa, consumindo, nesse
processo, 150 kW. Sabendo-se que a capacidade térmica
calorífica do metano é 2,2 kJ.kg-1K-1, e considerando-se a
compressão como adiabática, o gás com comportamento ideal e
as ineficiências associadas à máquina como nulas, a variação de
temperatura entre a sucção e a descarga do compressor deve
ser aproximadamente igual a:
Exercício
Balanço de energia:
H  Q  W
H  W
m  C p T  W
kg
kJ
kJ
s
3600  2,2
T ( K )  150  3600
h
Kg.K
s
h
150  3600
T ( K ) 
 69,32K 68K
3600  2,2