(1) BALANÇO MATERIAL-1

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO- CAMPUS BACANGA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
/ 2017.1 / QUIMICA INDUSTRIAL E ENGENHARIA QUÍMICA 
BALANÇO DE MASSA E ENERGIA – PROFª: Katia Simone Teixeira De La Salles 
Monitor: Gustavo Oliveira Everton (gustavooliveiraeverton@gmail.com) / (98) 981913025 
 
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS – UNIDADE I 
BALANÇO DE MASSA SEM REAÇÃO QUÍMICA – ESTADO ESTACIONÁRIO. 
 
(01) Um espessador numa unidade de tratamento de efluentes remove água proveniente do lodo 
ativado de efluentes domésticos, conforme figura abaixo. O processo encontra-se em regime 
estacionário. Qual a vazão de água que sairá do espessador em kg/h, para uma alimentação de 
lodo úmido de 100 kg/h com produção de 70 kg/h de lodo desidratado? 
 
 Resolução: 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
A = B + C 
100 = B + 70 
B= 30 kg/h 
 
Balanço Global por componente (kg/h * %molar ou mássica) para componente Iodo. 
A = B + C 
100 * %molar= B * 0 + 70 * 1 
%molar Iodo (XIodo)= 0,7 
%molar Água (XÁgua)= 1 – 0,7 =0,3 
 
(02) Uma solução aquosa de celulose contém 5,2% de celulose. Qual a massa de água necessária, 
em Kg, para que sejam preparadas 100,0 kg de solução aquosa de celulose a 4,2% em massa? 
 
Resolução: 
 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
K = W + P 
K = W + 100 
 
Balanço Global por componente (kg/h * %molar ou mássica) para componente Celulose. 
K = W + P 
K * 0,052= W *0 + 100 * 0,042 
K = 81 kg/h 
 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
K = W + P 
81= W + 100 
W= 19 kg/h 
 
(03) Uma solução ácida S4, constituída por 60% de H2SO4, 20% de HNO3 e 20% de H2O deve ser 
preparada a partir da mistura das seguintes soluções: S1 = 10% de HNO3, 60% de H2SO4 e 30% 
de H2O; S2 = 90% de HNO3 e 10% de H2O; S3 = 95% de H2SO4 e 5% de H2O. Calcule a massa 
de cada solução a ser misturada para que sejam obtidos 1000 kg da solução ácida S4. 
 
 
Resolução: 
 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
S1 + S2 + S3 = S4 
S1 + S2 + S3 = 1000 
 
 
Balanço Global por componente (lb/min * %molar ou mássica) para componente Ácido Nítrico 
S1 + S2 + S3 = S4 
S1 * 0,10 + S2 * 0,90 + S3 * 0 = 1000 * 0,20 
S2= 
200 - (S1*0,10)
0,90
 
 
Balanço Global por componente (lb/min * %molar ou mássica) para componente Ácido 
Sulfúrico 
S1 + S2 + S3 = S4 
S1 * 0,60 + S2 * 0 + S3 * 0,95 = 1000 * 0,60 
S3 = 
600 - (S1*0,60)
0,95
 
 
Balanço Global por componente (lb/min * %molar ou mássica) para componente Água 
S1 + S2 + S3 = S4 
S1 * 0,30 + S2 * 0,10 + S3 * 0,05 = 1000 * 0,20 
S1 * 0,30 + 
200 - (S1*0,10)
0,90
* 0,10 + 
600 - (S1*0,60)
0,95
* 0,05 = 1000 * 0,20 
S1 * 0,30 + (222,22 – S1 *0,1111) * 0,10 + (631,58 – S1 * 0,63158) * 0,05 = 200 
S1 = 568 lb/min 
 
Balanço Global por componente (lb/min * %molar ou mássica) para componente Ácido Nítrico 
S2= 
200 - (S1*0,10)
0,90
→S2=159 lb/min 
 
Balanço Global por componente (lb/min * %molar ou mássica) para componente Ácido 
Sulfúrico 
S3 = 
600 - (S1*0,60)
0,95
→S3=273 lb/min 
 
(04) Morangos contêm 15% de sólidos e 85% de água em massa. Para fabricar geleia de morango, o 
seguinte processo deve ser obedecido: Misturar morangos amassados e açúcar na proporção 
45%: 55%, ou seja, 45 partes de morangos para 55 partes de açúcar; Aquecer a mistura obtida 
em (I) para evaporar água, até que o resíduo atinja uma concentração de sólidos igual a 66,6% 
em massa. Considerando-se que o açúcar é constituído por 100% de sólidos, pede-se: 
a) Desenhe um fluxograma do processo; 
 b) Calcule quantos quilogramas de morango são necessários para fabricar 1 quilograma de 
geleia. (0,486 kg) 
 Obs.: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. 
 
 
Resolução: 
Entra {
45% Morangos→15% Sólidos; 85% Água 
55% Açúcar →100% Sólidos; 0 % Água
 
 
Morangos: 
45% ----------- 100% 
x --------------- 15% 
x = 6,75 % sólidos no morango 
 
Sólidos totais 
55% Açúcar = 55% sólidos + 6,75% sólidos = 61,75% Sólidos 
%Água = 100 – 61,75 = 38,25% 
 
Composição de F 
%Sólidos = 61,75% 
%Água= 38,25% 
 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
F = W + P 
F = W + 1 
 
Balanço Global por componente (lb/min * %molar ou mássica) para componente Sólidos 
F = W + P 
F * 0,6175 = W * 0 + 1 * 0,66 
F= 1,0688 kg 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
F = W + P 
1,0688 = W + 1 
W = 0,0688 kg 
 
Massa total 
1,0688 kg {
45 % Morangos=(1,0688*0,45)=0,48 kg
55 % Açúcar=(1,0688*0,55)=0,59 kg
 
 
(05) Em uma coluna destilam-se 1000 kg/h de uma mistura composta por 50% em peso de benzeno 
e tolueno. O destilado que sai da coluna é composto por 90 % em peso de benzeno, e o resíduo 
que sai da coluna é composto por 8 % em peso de benzeno. Determine: 
 
a) A massa do destilado (D) e do resíduo (R) 
b) A porcentagem de recuperação do benzeno no destilado 
 
 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
A = D + R 
1000 = D + R 
R= 1000 – D 
 
Balanço Global por componente (lb/min * %molar ou mássica) para componente Benzeno 
A = D + R 
0,5 * 1000 = 0,9 * D + 0,08 * R 
500 = 0,9 * D + 0,08 * R 
500 = 0,9 * D + 0,08 * (1000 – D) 
D= 512 kg/h 
 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
A = D + R 
1000 = D + R 
R= 1000 – D 
R= 488 kg/h 
 
 
Porcentagem de benzeno recuperado 
 
% 
massa de benzeno no destilado
massa de benzeno na alimentação
=
512*0,9
1000*0,5
=
461
500
*100 = 92,2 % 
 
(06) Em uma coluna de extração temos uma solução aquosa contendo 37 % em peso de composto 
A, o qual foi extraído com 45 kg Xilol, obtendo-se assim 2 soluções, uma com 40 % em peso de 
A em xilol e a outra com 10% em peso de A em água. Calcule a massa da solução aquosa. 
 
 
 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
S + M = E + R 
45 + M = E + R 
 
Balanço Global por componente (kg * %molar ou mássica) para componente Xilol 
S + M = E + R 
45 *1 + M * 0 = E * 0,60+ R * 0 
E= 75 kg 
 
Balanço Global por componente (kg * %molar ou mássica) para componente Água 
S + M = E + R 
45 *0 + M * 0,63 = E * 0 + R * 0,9 
R= M * 0,7 
 
Balanço Global por componente (kg * %molar ou mássica) para componente Composto A 
S + M = E + R 
45 *0 + M * 0,37 = 75 * 0,4 + R * 0,1 
0,37 * M = 30 + R * 0,1 
0,37 * M = 30 + (M * 0,7) * 0,1 
M = 100 kg 
 
Balanço Global por componente (kg * %molar ou mássica) para componente Água 
R= M * 0,7 
R = 100 * 0,7 
R= 70 kg 
 
(07) Para recuperar piridina de uma mistura gasosa de 100 kg a 25 % em peso de piridinas, 
utilizou-se clorobenzeno puro, obtendo-se na saída da coluna de absorção uma solução de cloro 
benzeno com 30% em peso de piridina e uma mistura gasosa com 1% em peso de piridina. 
 Calcule a porcentagem de piridina recuperada.·. 
 
Balanço Material Global (ENTRA=SAI) 
A + B = C + D 
A + 100 = C + D 
 
Balanço Global por componente (kg * %molar ou mássica) para componente Inerte 
A + B = C + D 
A * 0 + 100 * 0,75 = C * 0,99 + D * 0 
C = 76 kg 
 
Balanço Global por componente (kg * %molar ou mássica) para componente Piridina 
A + B = C + D 
A * 0 + 100 * 0,25 = 76 * 0,01 + D * 0,30 
D= 81 kg 
 
Balanço Global por componente (kg * %molar ou mássica) para componente Clorobenzeno 
A + B = C + D 
A * 1 + 100 * 0 = C * 0 + 81 * 0,7 
A = 57 kg 
 
Recuperação de Piridina 
% piridina recuperada = 
massa de piridina recuperada
massa de piridina na mistura
=
81*0,3
100*0,25
=
24
25
 = 97%