OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA QUÍMICA IV Prof. Luiz Mário Nelson de Góis LISTA DE EXERCÍCIOS Entrega 11/09/2018 1) A figura abaixo abaixo mostra o diagrama ternário formado pelo isopropil-alcool (IPA), tolueno e água a 25 oC. A vazão da alimentação é de 100 10 0 kg/h e a composição de alimentação é 40% (peso) de IPA e 60% de tolueno. Água pura é utilizada como solvente a uma vazão de 100 kg/h. Determine o NETS em contracorrente, necessários para produzir um rafinado raf inado contendo 3% (peso) de IPA.
2) Água (S) deve ser usada para separar uma mistura de clorofórmio(R), e acetona(E) em uma coluna de extração em contracorrente. A carga (F) contem quantidades iguais de clorofórmio e de acetona. O solvente pode ser considerado a água pura e a coluna opera à 25 0C. Para uma relação solvente/carga de 1,565 calcule as vazões dos produtos e as composições obtidas em 8 estágios de equilíbrio. Dados de equilíbrio: EXTRATO
RAFINADO
2
Acetona 0,03 0,083 0,135 0,174 0,221 0,319 0,445
Clorofórmio 0,01 0,012 0,015 0,016 0,018 0,221 0,045
Água 0,960 0,905 0,850 0,810 0,761 0,660 0,510
Acetona 0,090 0,237 0,320 0,380 0,425 0,505 0,570
Clorofórmio 0,900 0,750 0,664 0,600 0,550 0,450 0,350
Água 0,010 0,013 0,016 0,020 0,025 0,045 0,080
3) 1000lb de uma solução de ácido acético e água com 30% em peso de ácido acético são misturados com quantidades idênticas ao éter isopropílico. O rafinado produzido é enviado a um outro estágio e misturado com éter isopropílico puro e assim sucessivamente. A razão carga/solvente é 1:1 em todos os estágios. Calcule o número de estágios necessários para se reduzir o teor de ácido à 8%. Dados: RAFINADO Ác. Acético
0,69 1,41 2,89 6,42 13,30 25,50 36,70 44,30 46,40
Água
98,1 97,1 95,5 91,7 84,4 71,10 58,90 45,10 37,10
EXTRATO Éter Isop.
1,2 1,5 1,6 1,9 2,3 3,4 4,4 10,6 16,5
Ác. Acético
0,180 0,370 0,790 1,930 4,820 11,40 21,60 31,10 36,20
Água
0,50 0,70 0,80 1,00 1,90 3,90 6,90 10,80 15,10
Éter Isop.
99,30 98,90 98,40 97,10 93,30 84,70 71,50 58,10 48,70
4) Monoclorobenzeno é utilizado para recuperar acetona de água em uma extração simples em contracorrente. A carga contém quantidades iguais de água e acetona em peso e a coluna opera a 25 0C. O monoclorobenzeno é usado puro. Para uma razão solvente/carga de 1,5, calcule as vazões d os produtos e o número de estágios necessários para se reduzir o teor de acetona no rafinado a 3%, para uma vazão de alimentação igual a 100kmol/h.
3
5) Uma extração realizada em vários estágios, em contracorrente e à 25 0C deverá recuperar, com clorobenzeno como solvente, a piridina de uma solução aquosa com 25% em peso do primeiro. O Refinado deverá conter, no máximo, 1% de piridina. Para uma relação solvente/carga de 1,0, calcule: a) A composição e quantidade (expressa em kg/Kg alimentação) da fase extrato b) O número de estágios de equilíbrio necessários
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6) Pretende-se extrair acetaldeido (concentração 5%) que está em solução com o tolueno utilizando-se água em um extrator concorrente de 5 estágios. Se forem utilizados 25kg de água por 100kg de alimentação, determine a quantidade de acetaldeído extraído e a concentração final do refinado. Dados - água e tolueno são considerados como solventes imiscíveis Equilíbrio y = 2,20x Sendo: Y = kg acetaldeído/kg água X = kg acetaldeído/kg tolueno 7) Uma solução de 25% de dioxana em água deve ser extraída continuamente a uma taxa de 1000 kg/h em contracorrente com o benzeno removendo 95% da dioxana. Com os dados de equilíbrio abaixo, calcule: a) A quantidade mínima de solvente necessária (kg/h) b) Se 900 kg/h de solvente é utilizado, quantos estágios serão necessários? % (peso) dioxana em água 5,1 % (peso) dioxana em benzeno 5,2
18,9 22,5
25,2 32,0
obs - água e benzeno insolúveis nestas concentrações 8) São usados 20 ft 3/h de um solvente S para tratar 50 ft 3/h de uma solução a 10% de A em B, numa instalação de extração líquido-líquido com 3 estágios para contato múltiplo em contracorrente. Qual a composição do resíduo? (Coulson) Dados de equilíbrio lbm(A)/lbm(B ) lbm(A)/lbm(S)
0,05
= 1,2 g/cm 3
A
0,100 0,069
0,150 0,159
= 1,0 g/cm 3
B
0,258 S
= 0,8 g/cm 3
Usando a mesma quantidade total de solvente, uniformemente distribuída entre os 3 estágios, qual seria a composição do resíduo final se o equipamento fosse utilizado numa simples disposição para contato múltiplo em correntes cruzadas? 9) Uma solução de nicotina (N) em água (W), contendo 1% de nicotina deve ser extraída em contracorrente com querosene (Q) puro a 20o.. Água e querosene são escencialmente insolúveis. Determine: a) A percentagem de extração da nicontina se 100 kg da solução alimentada é extraída com 150 kg de solvente.. b) Repita o ítem anterior para uma coluna com 3 estágios teóricos utilizando 50 kg de solvente em cada um deles.
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Dados de equilíbrio:
kg Nicotina//kg água 0,00000 0,00100 0,00246 0,00502 0,00751 0,00998 0,02040
kg Nicotina/kg Querosene 0,000000 0,000807 0,001961 0,004560 0,006860 0,009130 0,018700