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 Enade Exame de 2002 - PROVAS - Engenharia Química

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CADERNO DE QUEST ES Instru es 1- Voc est recebendo o seguinte material: a) este caderno com o enunciado das 10 (dez) quest es discursivas e das quest es relativas s suas impress es sobre a prova, assim distribu das: Quest es discursivas 1 a 10 3a8 10,0 Impress es sobre a prova 1 a 20 9 ENGENHARIA QU MICA Nos das Quest es Nos das pp. neste Caderno Valor de cada quest o Partes b) 01 Caderno de Respostas em cuja capa existe, na parte inferior, um cart o destinado s respostas das quest es relativas s impress es sobre a prova. O desenvolvimento e as respostas das quest es discursivas dever o ser feitos a caneta esferogr fica de tinta preta e dispostos nos espa os especificados nas p ginas do Caderno de Respostas. 2 - Verifique se este material est em ordem e se o seu nome no CART O-RESPOSTA est correto. Caso contr rio, notifique IMEDIATAMENTE a um dos Respons veis pela sala. 3 - Ap s a confer ncia do seu nome no CART O-RESPOSTA, voc dever assin lo no espa o pr prio, utilizando caneta esferogr fica de tinta preta. 4 - Esta prova individual. Voc PODE usar calculadora e r gua; entretanto s o vedadas qualquer comunica o e troca de material entre os presentes, consultas a material bibliogr fico, cadernos ou anota es de qualquer esp cie. 5 - Quando terminar, entregue a um dos Respons veis pela sala o CART ORESPOSTA grampeado ao Caderno de Respostas e assine a Lista de Presen a. Cabe esclarecer que nenhum graduando dever retirar-se da sala antes de decorridos 90 (noventa) minutos do in cio do Exame. 6 - Voc pode levar este CADERNO DE QUEST ES. OBS.: Caso ainda n o o tenha feito, entregue ao Respons vel pela sala o cart o com as respostas ao question rio-pesquisa e as eventuais corre es dos seus dados cadastrais. Se n o tiver trazido as respostas ao question rio-pesquisa, voc poder envi -las diretamente DAES/INEP (Esplanada dos Minist rios, Bloco L - Anexo II - Bras lia, DF - CEP 70047-900). 7 - VOC TER 04 (QUATRO) HORAS PARA RESPONDER S QUEST ES DISCURSIVAS E DE IMPRESS ES SOBRE A PROVA. OBRIGADO PELA PARTICIPA O! MEC Minist rio da Educa o PROV O 2002 DAES Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Diretoria de Estat sticas e Avalia o da Educa o Superior Cons rcio Funda o Cesgranrio/Funda o Carlos Chagas ENGENHARIA QU MICA 1

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ENGENHARIA QU MICA 2 PROV O 2002

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1 As figuras abaixo representam o comportamento da entalpia e da entropia a 500 K para a rea o kd yyyw A xyyy B y ki em fun o da coordenada de rea o , em que H* e S* representam, respectivamente, a entalpia e a entropia do complexo ativado. Calcule a constante da velocidade da rea o inversa a 500 K, sabendo-se que a constante da velocidade da rea o direta igual a 0,01 s 1. S (J K - 1 mol- 1 ) H (kJ mol - 1) 80 40 H* 60 S* 30 40 20 B 20 A 10 A B x x Dados / Informa es Adicionais K eq o Go HR R = exp = exp RT RT o + S R R R = 8,314 J mol 1K 1 2 Dois corpos 1 e 2 s o mantidos a temperaturas diferentes T1 e T2 (T1 >> T2), respectivamente, e separados por uma parede s lida. Devido diferen a de temperatura entre os dois corpos, a parede atravessada por um fluxo de calor e por um fluxo de entropia. As figuras abaixo representam tr s processos em regime estacion rio, nos quais os fluxos de calor Q e de entropia S est o $ $ representados por setas cujas larguras correspondem aos seus valores num ricos. Avalie se cada um dos processos termodinamicamente vi vel, justificando cada resposta. Processo B Processo A T1 Parede T2 T1 Parede Processo C T2 T1 Parede Q Q S PROV O 2002 Q S T2 S ENGENHARIA QU MICA 3

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3 O acoplamento de unidades de separa o e de rea o pode aumentar significativamente a convers o em rea es de equil brio pela retirada de um dos reagentes do meio reacional. Uma combina o, cada vez mais utilizada, o emprego de membranas seletivas a um dos componentes da mistura. Neste contexto, considere a rea o elementar A B + C. Se B um produto que pode passar por uma membrana seletiva que delimita um reator tubular, seu balan o diferencial de mat ria em base molar pode ser escrito como FB V FB V+ V + rB V RB V = 0 , em que FB a vaz o molar do produto B, V o volume, rB a velocidade de rea o e RB = kmCB a velocidade de permea o de B atrav s da membrana, sendo CB a concentra o molar de B. membrana seletiva V V+ D V O coeficiente de transporte km uma medida indireta da resist ncia oferecida pela membrana passagem do componente considerado. a) Se aumentarmos a vaz o molar de alimenta o do reator (FA0), constitu da exclusivamente pelo reagente A, todas as vaz es na sa da do reator ir o aumentar. No entanto, embora mais reagente A entre no reator, a convers o pode diminuir com o aumento de FA0. Por qu ? (valor: 5,0 pontos) b) Qual o efeito do aumento de km sobre a convers o do reagente A? (valor: 5,0 pontos) 4 Cebola triturada submetida ao processo de secagem em condi es de velocidade constante, sendo posteriormente embalada e comercializada. A cebola espalhada na bandeja do secador, formando uma camada com espessura de 25,4 mm. Somente a superf cie superior dessa camada exposta ao ar quente utilizado nesse processo. A taxa de secagem durante o per odo de velocidade constante de 2,05 kg h 1 m 2. A raz o entre a massa de cebola seca e a rea da superf cie exposta secagem de 24,4 kg de s lido seco por m2 de superf cie exposta (Figura 1). ar quente 25,4 mm Figura 1 superf cie isolada Com base nos resultados observados, calcule o tempo necess rio (em horas) para reduzir o teor de umidade livre inicial de 0,55 para 0,05 de uma camada de cebola triturada com espessura de 50,8 mm, usando as mesmas condi es de secagem, com ar quente escoando pelas duas superf cies (superior e inferior) da camada de cebola (Figura 2). ar quente 25,4 mm Figura 2 25,4 mm ar quente Dados / Informa es Adicionais Tempo de secagem a velocidade (taxa) constante: t= LS AR C (Xi X f ) em que: t : tempo; LS : massa de s lido seco; A : rea da superf cie exposta; Rc X : velocidade de secagem; : teor de umidade livre; i, f : inicial, final, respectivamente. ENGENHARIA QU MICA 4 PROV O 2002

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5 leo de soja tradicionalmente extra do empregando-se hexano como solvente, conforme o esquema a seguir. Solvente Solvente Soja Farelo c/solvente Extra o Esgotamento do solvente Retirada solvente P = 1 atm T = 60 C Farelo leo leo + solvente No entanto, face toxidade do hexano e a riscos ambientais, rotas alternativas t m sido propostas, tais como: etanol como solvente: o esquema acima, que descreve o processo para hexano, tamb m pode ser utilizado para extra o com etanol, por m alterando-se as condi es de opera o do extrator para uma press o absoluta de aproximadamente 4,2 atm e 120 C (o leo de soja apresenta alta solubilidade em etanol apenas em temperaturas acima de 100 C); CO2 como solvente: opera o em condi es supercr ticas, de acordo com o seguinte esquema: CO2 g s 55 atm 27 C 100 atm 120 C Soja Compressor Extra o Farelo Redu o de press o Separa o do CO 2 Solvente + leo leo Compare os tr s processos descritos, evidenciando as vantagens e as desvantagens mais importantes com rela o qualidade dos produtos ( leo e farelo de soja) e s conseq ncias t cnico-econ micas e ambientais deles decorrentes. 6 Voc deve projetar um agitador para ser utilizado em um fluido com viscosidade = 4,0 x 10 3 Pa s e massa espec fica = 1,0 x 103 kg m 3. Com o objetivo de prever a pot ncia necess ria nesse agitador, foi constru do um modelo geometricamente similar, na escala de 1:4. Para organizar os experimentos de modo que os resultados de pot ncia possam ser extrapolados para o projeto do agitador, devem ser definidos o fluido a ser utilizado e a velocidade angular ( ) a ser empregada. Com base nas informa es fornecidas, a) determine a raz o entre as velocidades angulares no modelo e no agitador ( m/ A); (valor: 6,0 pontos) b) escolha, dentre as op es mostradas na tabela abaixo, o fluido que deve ser utilizado nos experimentos. (valor: 4,0 pontos) Fluido x 10 3 (kg m 3) x 103 (Pa s) A 1,0 0,8 1,0 B C 1,2 2,0 0,4 Dados / Informa es Adicionais . Vari veis relevantes na opera o do agitador: pot ncia de agita o (P); di metro da p do agitador (D); velocidade angular do sistema de agita o ( ); viscosidade ( ) e massa espec fica ( ) do fluido; acelera o da gravidade (g). . Uma an lise dimensional, utilizando essas vari veis, indica os seguintes grupos adimensionais importantes na descri o do processo: 1 = PROV O 2002 P 5 3 D ; 2 = 2 D ; 3 = g 2 D ENGENHARIA QU MICA 5

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7 A C lula de Arnold um dispositivo que, de forma simples, permite a medi o de coeficientes de difus o m ssica. Na figura, mostrado um esbo o da c lula. ar (B) z n vel em t = 0 n vel final em t = t 1 l quido (A) No experimento, em um intervalo de tempo t = t 1, mede-se a quantidade de l quido evaporado atrav s da varia o do n vel z = (z 1 z o ). A difusividade de A em B ent o determinada por D AB = A MA 1 c 1 y A,t ln 1 y A,s t1 z12 z 0 2 2 , em que A a massa espec fica do l quido A; MA, a sua massa molar; c a concentra o molar global na coluna gasosa; yA,t e yA,s s o as fra es molares de A no topo da c lula e sobre a superf cie do l quido, respectivamente. O modelo que permite essa rela o tem como hip teses: sistema bin rio; B insol vel em A; dy A fluxo difusivo de A ao longo da c lula: N Az = c D AB + y A (N Az + NBz ); dz regime pseudo-estacion rio; sistema isot rmico; difusividade DAB constante. a) Determine a difusividade m ssica de clorof rmio (A) no ar (B), sabendo que, em um experimento com uma C lula de Arnold, em 10 horas (36.000 s), a dist ncia entre a superf cie do clorof rmio e o topo da c lula passou de zo = 7,40 cm para z1 = 7,84 cm. Considere que no topo da c lula escoava ar puro, ou seja, yA,t = 0, e que na superf cie do clorof rmio as condi es eram de satura o. A temperatura e a press o mantiveram-se constantes e iguais a 298 K e 101,3 kPa, respectivamente. A press o de vapor do clorof rmio nessa temperatura igual a 26,6 kPa. Apresente o resultado da difusividade em m2 s 1 utilizando o mesmo n mero de algarismos significativos empregados para representar a dist ncia z. (valor: 8,0 pontos) b) Qual a caracter stica do processo que permite a ado o de regime pseudo-estacion rio na sua modelagem? (valor: 2,0 pontos) Dados / Informa es Adicionais A = 1.480 kg m 3 ; MA = 119 kg kmol 1; c = 0,0409 kmol m 3 ENGENHARIA QU MICA 6 PROV O 2002

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8 O programa abaixo, em linguagem POLYMATH (http://www.cache.org), representa um modelo de uma rea o conduzida isotermicamente, em fase l quida, para produzir brometo de metila (C) a partir de cianeto de bromo (A) e metil amina (B). A nota o d(Ci)/d(t) representa a derivada da concentra o molar (Ci), em rela o ao tempo (t). mostrado tamb m o gr fico com os resultados obtidos para um certo conjunto de condi es iniciais. Utilizando os dados fornecidos, a) esquematize a rea o e identifique a sua ordem global; (valor: 3,0 pontos) b) identifique, com rela o opera o (forma de alimenta o), se o reator cont nuo, semicont nuo ou batelada; (valor: 3,0 pontos) c) estime a convers o (X) de BrCN 100 unidades de tempo ap s o in cio da rea o. (valor: 4,0 pontos) 9 No processo de produ o de etanol por fermenta o de a car, tem sido sugerido o aproveitamento do di xido de carbono gerado na fermenta o, como alternativa para melhorar a economia do processo. O fluxograma abaixo representa uma proposta para uma unidade de recupera o de CO2. Forne a o nome e a fun o de cada um dos oito itens indicados no fluxograma. CO2 , O2 , N2 N 2, O 2 H2 O, etanol CO2 , H2 O, etanol fase l quida (solvente) dorna de fermenta o etanol H2 O 1 6 5 2 7 5 bar 180 C 4 PROV O 2002 CO2 , H2 O, etanol 40 C 3 LC solvente, CO 2, H2 O e etanol 18 bar 40 C 10 bar 8 19 bar silica gel - 23 C 17,8 bar CO 2 l quido H 2 O, etanol ENGENHARIA QU MICA 7

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10 Voc recebeu a tarefa de executar a an lise preliminar da unidade representada na figura abaixo, onde um reator, em que dever ocorrer uma rea o fortemente exot rmica, ter a sua temperatura controlada por um ciclo de refrigera o. O sistema de refrigera o dever empregar propileno como refrigerante. O compressor admitir propileno a 5 bar sob a forma de vapor saturado. Uma compress o adiab tica elevar a press o do propileno at 20 bar. Ap s a descarga do compressor, o propileno ser condensado e resfriado no trocador de calor at 30 oC para, ent o, ser enviado serpentina de resfriamento do reator, ap s passar pela v lvula redutora de press o. Empregando o diagrama termodin mico Entalpia x Press o apresentado a seguir, fa a uma estimativa de a) temperatura T1 do g s na sa da da serpentina de resfriamento do reator; (valor: 1,5 ponto) b) temperatura T2 do g s na descarga do compressor; (valor: 1,5 ponto) c) vaz o m ssica (kg h 1) de propileno enviada serpentina para absorver uma carga t rmica de 290.000 kJ h 1; (valor: 4,0 pontos) d) carga t rmica do condensador (kJ h 1). (valor: 3,0 pontos) T1 vapor saturado T2 g s P2 = 20 bar P1 = 5 bar P4 = 20 bar reator compressor Condensador l quido T3 = 30 C P3 = 20 bar v lvula redutora de press o Press o, bar reservat rio Entalpia, kJ/kg ENGENHARIA QU MICA 8 PROV O 2002

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IMPRESS ES SOBRE A PROVA As quest es abaixo visam a levantar sua opini o sobre a qualidade e a adequa o da prova que voc acabou de realizar e tamb m sobre o seu desempenho na prova. Assinale as alternativas correspondentes sua opini o e raz o que explica o seu desempenho nos espa os pr prios (parte inferior) do Cart o-Resposta. Agradecemos sua colabora o. 1 Qual o ano de conclus o deste seu curso de gradua o? (A) 2002. (B) 2001. (C) 2000. (D) 1999. (E) Outro. 6 As quest es da prova apresentam enunciados claros e objetivos? (A) Sim, todas apresentam. (B) Sim, a maioria apresenta. (C) Sim, mas apenas cerca de metade apresenta. (D) N o, poucas apresentam. (E) N o, nenhuma apresenta. 7 Como voc considera as informa es fornecidas em cada quest o para a sua resolu o? (A) Sempre excessivas. (B) Sempre suficientes. (C) Suficientes na maioria das vezes. (D) Suficientes somente em alguns casos. (E) Sempre insuficientes. 8 2 Qual o grau de dificuldade desta prova? (A) Muito f cil. (B) F cil. (C) M dio. (D) Dif cil. (E) Muito dif cil. 3 Quanto extens o, como voc considera a prova? (A) Muito longa. (B) Longa. (C) Adequada. (D) Curta. (E) Muito curta. 4 Para voc , como foi o tempo destinado resolu o da prova? (A) Excessivo. (B) Pouco mais que suficiente. (C) Suficiente. (D) Quase suficiente. (E) Insuficiente. 5 A que horas voc concluiu a prova? (A) Antes das 14.30 horas. (B) Aproximadamente s 14.30 horas. (C) Entre 14.30 e 15.30 horas. (D) Entre 15.30 e 16.30 horas. (E) Entre 16.30 e 17 horas. Como voc avalia a adequa o da prova aos conte dos definidos para o Prov o/2002 desse curso? (A) Totalmente adequada. (B) Medianamente adequada. (C) Pouco adequada. (D) Totalmente inadequada. (E) Desconhe o os conte dos definidos para o Prov o/2002. 9 Como voc avalia a adequa o da prova para verificar as habilidades que deveriam ter sido desenvolvidas durante o curso, conforme definido para o Prov o/2002? (A) Plenamente adequada. (B) Medianamente adequada. (C) Pouco adequada. (D) Totalmente inadequada. (E) Desconhe o as habilidades definidas para o Prov o/2002. 10 Com que tipo de problema voc se deparou mais freq entemente ao responder a esta prova? (A) Desconhecimento do conte do. (B) Forma de abordagem do conte do diferente daquela a que estou habituado. (C) Falta de motiva o para fazer a prova. (D) Espa o insuficiente para responder s quest es. (E) N o tive qualquer tipo de dificuldade para responder prova. Como voc explicaria o seu desempenho em cada quest o da prova? N meros das quest es da prova. N meros dos campos correspondentes no CART O-RESPOSTA. O conte do ... (A) n o foi ensinado; nunca o estudei. (B) n o foi ensinado; mas o estudei por conta pr pria. (C) foi ensinado de forma inadequada ou superficial. (D) foi ensinado h muito tempo e n o me lembro mais. (E) foi ensinado com profundidade adequada e suficiente. PROV O 2002 Q1 11 Q2 12 Q3 13 Q4 14 Q5 15 Q6 16 Q7 17 Q8 18 ENGENHARIA QU MICA Q9 19 Q10 20 9

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ENGENHARIA QU MICA Quest o n 1 Padr o de Resposta Esperado: Sabe-se que kd K eq = (1) ki em que Keq a constante de equil brio, kd a constante da velocidade da rea o direta e ki, a constante da velocidade da rea o inversa. Por outro lado, o o GR HR K eq = exp = exp RT RT o + SR R (2) em que o * * o * * HR = Hd Hi (3) SR = Sd Si (4) As grandezas designadas por * est o identificadas nas figuras abaixo. -1 -1 -1 S (J K mol ) H (kJ mol ) H* S* 60 30 DH* i DH* d 40 20 20 B DH R DS* d DS* i A DS R 10 A B x x A partir dos gr ficos, obt m-se: 1 * 1 * Hd = 70 20 = 50 kJ mol ; Hi = 70 40 = 30 kJ mol ; * S d = 35 20 = 15 J K 1 1 * mol ; S i = 35 10 = 25 J K 1 mol 1 Portanto, de (3) e (4) obt m-se: o H R = 20 kJ m ol o S R = 10 JK 1 1 m ol 1 Os valores acima podem ser obtidos, alternativamente, sem o uso do estado intermedi rio do complexo, como tamb m mostram as figuras. Da equa o (2), obt m-se: 20 x 10 8, 314 x 500 K eq = exp 3 3 = 2, 44 x 10 8, 314 10 Da equa o (1), resulta: ki = 0, 01 2, 44x10 3 = 4, 09 s 1 (valor: 10,0 pontos) 1

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ENGENHARIA QU MICA Quest o n 2 Padr o de Resposta Esperado: Processo A: termodinamicamente invi vel. Justificativa: embora o fluxo de calor seja constante ao longo da parede, de acordo com a 1 Lei da Termodin nima (conserva o de energia), o fluxo de entropia diminui, o que termodinamicamente invi vel, pois viola a 2 Lei da Termodin mica (n o-destrui o da entropia). Processo B: termodinamicamente vi vel. Justificativa: o fluxo de calor constante ao longo da parede, de acordo com 1 Lei da Termodin mica, e o fluxo de entropia aumenta ao longo da parede, de acordo com a 2 Lei da Termodin mica (gera o de entropia num processo de transfer ncia de calor). Processo C: termodinamicamente invi vel. Justificativa: embora o fluxo de entropia aumente ao longo da parede, o que termodinamicamente vi vel pela 2 Lei da Termodin mica (gera o de entropia), o fluxo de calor aumenta, o que contraria a 1 Lei da Termodin mica. (valor: 10,0 pontos) Quest o n 3 Padr o de Resposta Esperado: a) A convers o pode diminuir porque o aumento da vaz o FAo tamb m provoca uma redu o do tempo de resid ncia de A no reator e, conseq entemente, da sua convers o. (valor: 5,0 pontos) b) O coeficiente de transporte km uma medida da facilidade com que uma dada subst ncia (no caso, B) passar atrav s da membrana. Quanto maior o valor de km, mais facilmente o produto B ser retirado do reator. Com isso, haver um deslocamento da rea o no sentido de se produzir mais B (Princ pio de Le Chatelier), aumentando a convers o do reagente A. (valor: 5,0 pontos) Quest o n 4 Padr o de Resposta Esperado: O valor da raz o LS = 2LS A = 24, 4 kg de s lido seco por m2 de superf cie exposta o mesmo para ambos os casos. 2A Em fun o da simetria, Rc constante e igual nos dois casos. Logo: t= 2L S 2AR C (X i X f ) = 24, 4 (0, 55 0, 05) t = 5, 95 h (valor: 10,0 pontos) 2, 05 Quest o n 5 Padr o de Resposta Esperado: Extra o empregando hexano como solvente: o processo realizado em press o atmosf rica. Portanto, a sua opera o menos dispendiosa e utiliza equipamentos mais simples. O produto obtido exige, no entanto, cuidadosa retirada do solvente para torn lo adequado ao consumo humano e animal, face toxicidade do hexano. Dos pontos de vista de seguran a e ambiental, o hexano exige cuidados especiais no seu manuseio por ser explosivo e t xico (solvente org nico vol til). Extra o empregando etanol como solvente: o etanol mais vol til e menos t xico do que o hexano. Portanto, mais seguro, gerando produtos mais adequados para o consumo humano e animal. A extra o a press o mais elevada do que a atmosf rica exige equipamentos e solu es de engenharia mais dispendiosos. Extra o empregando CO2 como solvente: o CO2 tem a vantagem de ser in cuo sa de (humana e animal) e n o apresentar riscos de toxicidade ambiental. Al m disso, n o explosivo. Todavia, as altas press es de opera o necess rias para a processo tornam os custos (equipamentos e opera o) mais elevados em compara o com os processos de extra o com solventes org nicos. (valor: 10,0 pontos) 2

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ENGENHARIA QU MICA Quest o n 6 Padr o de Resposta Esperado: a) Como h necessidade de similaridade din mica para que os resultados do modelo tenham uma rela o com os do agitador a ser projetado, os grupos adimensionais apresentados devem permanecer constantes. Dessa forma, utilizando o terceiro grupo: g 2 m = Dm g 2 A m A DA 2 = DA = Dm 4 m A 1 =2 (valor: 6,0 pontos) b) Utilizando o segundo grupo adimensional: m 2 Dm m m = A 2 DA m A A A A m = Dm D A 2 m = A 1 4 2 x2= 1 8 Como A = 4,0 x 10 3 Pa s e A = 1 x 103 kg m 3, temos que o fluido a ser utilizado no modelo deve ter as suas viscosidade e massa espec fica relacionadas da seguinte forma, nas unidades utilizadas: m 1 x 10 4, 0 x 10 3 3 m = 1 8 m m = 1 x 10 6 2 O fluido que satisfaz as condi es requeridas o B. (valor: 4,0 pontos) Quest o n 7 Padr o de Resposta Esperado: a) Considerando satura o na superf cie do clorof rmio: yA,s = 26,6 kPA/101,3 kPa => yA,s = 0,263 Substituindo na express o os dados fornecidos pelo experimento: D AB = 1.480 119 1 0, 0409 ln 6 D AB = 9, 28 x 10 m 2 s 1 0 1 0, 263 1 36.000 0, 0784 2 0, 074 2 2 (valor: 8,0 pontos) b) A caracter stica que permite a ado o da hip tese de regime pseudo-estacion rio o fato de a taxa de evapora o ser muito pequena. (valor: 2,0 pontos) 3

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ENGENHARIA QU MICA Quest o n 8 Padr o de Resposta Esperado: a) O programa representa uma rea o do tipo A + B C + D, irrevers vel, de segunda ordem (n = 2), pois se trata de uma rea o de primeira ordem em rela o a A e de primeira ordem em rela o a B, conforme a equa o da linha 10, na janela do ODE Solver ( esquerda). (valor: 3,0 pontos) b) Trata-se de um reator semicont nuo (ou semibatelada). Isso pode ser verificado pelas equa es de balan o (linhas 1 4) e pela vaz o de alimenta o de B (v00 = 0,05). Da linha 8 e do gr fico de trajet rias, h uma concentra o inicial de A (Ca0 = 0,05) e B aumenta seu valor com o tempo. (valor: 3,0 pontos) c) Ap s 100 unidades de tempo, a concentra o molar cai de Ca0 = 0,05 para aproximadamente Ca = 0,015 unidades de concentra o molar. Da linha 12, temos que a convers o (X) pode ser calculada pela equa o X = (Ca0*v0 Ca*v)/(Ca0*v0) e, da linha 11, v = v0 + v00*t com v00 = 0,05. Como da linha 8, v0 = 5, temos: X = [0,05*5 0,015*(5 + 0,05*100)]/(0,05*5) X = (0,25 0,15)/0,25 X = 0,10/0,25 = 0,4 Portanto, a convers o de A, decorridas 100 unidades de tempo do in cio da rea o, ser 40%. (valor: 4,0 pontos) Quest o n 9 Padr o de Resposta Esperado: 1. Absorvedora ou coluna de absor o. Fun o: remover o O2 e N2 da mistura de gases (CO2 + O2 + N2 + H2O + etanol) retirada da dorna de fermenta o, por absor o do CO2 em um solvente l quido. 2. Trocador de calor. Fun o: reduzir a temperatura do solvente l quido, de modo a aumentar a solubilidade do CO2, para tornar poss vel a opera o de absor o. 3. Coluna de esgotamento (stripping) do CO2. Fun o: retirar (separar) o CO2 do solvente l quido por aumento de temperatura. 4. Compressor. Fun o: aumentar a press o do g s para permitir a condensa o a temperaturas tecnicamente vi veis. 5. Trocador de calor. Fun o: reduzir a temperatura do g s comprimido, facilitando a compress o do segundo est gio. 6. Coluna de adsor o. Fun o: retirar a umidade da mistura gasosa, evitando a forma o de gelo no trocador seguinte. 7. Controlador de n vel. Fun o: manter o selo l quido no fundo da torre absorvedora. 8. V lvula de seguran a e al vio. Fun o: impedir danos f sicos provocados pela eleva o da press o acima dos n veis preestabelecidos nos equipamentos. (valor: 10,0 pontos) 4

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ENGENHARIA QU MICA Quest o n 10 Padr o de Resposta Esperado: a) Do diagrama: T1 ~ 5 oC P 10 C T 1 5 bar -10 C H (valor: 1,5 ponto) b) Do diagrama: T2 ~ 72 oC P T2 = 72 C 20 bar 5 bar Adiab tica (entropia constante) T 1 H (valor: 1,5 ponto) c) A 30 C e 20 bar: H1 ~ 770 kJ kg 1 a 5 C e 5 bar: H2 ~ 1.060 kJ kg 1 Logo: H = 1.060 770 = 290 kJ kg 1 mg s = 290.000/290 = 1.000 kg h 1 (valor: 4,0 pontos) d) C lculo da carga t rmica do condensador. Do diagrama: a 72 oC e 20 bar: H1 ~ 1.130 kJ kg 1 a 30 oC e 20 bar: H2 ~ 770 kJ kg 1 Portanto: H = 360 kJ kg 1 Para 1.000 kg h 1: Q = 360.000 kJ h 1 (valor: 3,0 pontos) 5

 

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