Um sistema termodinâmico é formado por uma substância pura. A energia interna desse sistema é expressa através da relação U = C.S3 / V, onde C é uma constante, S é a entropia, e V é o volume do sistema.

Se P é a pressão interna do sistema, uma equação de estado desse sistema é

Um mol de um gás monoatômico ideal sofre a transformação LMN reversível mostrada no diagrama PV.

A quantidade de calor, em kJ, trocada entre o gás e a vizinhança, durante essa transformação, é

Dados:
Calor específico do gás ideal monoatômico a volume constante = 3R/2
Calor específico do gás ideal monoatômico a pressão constante = 5R/2
onde R = 8,3 J.mol⁻¹.K⁻¹

O esquema de uma máquina térmica que opera em ciclos é mostrado na figura.

Durante cada ciclo, a máquina realiza o trabalho W, absorve a quantidade de calor Q_H do reservatório quente e rejeita a quantidade de calor Q_C para o reservatório frio. As temperaturas dos reservatórios estão indicadas na figura e não variam. A tabela a seguir apresenta cinco ciclos hipotéticos e valores propostos para Q_H, Q_C e W em cada um desses ciclos.

Dentre esses ciclos, o único fisicamente possível é o

A figura a seguir ilustra uma unidade de bancada na qual correntes gasosas de He, com pressão ligeiramente superior à atmosférica, passam por dois saturadores em paralelo de forma a carrear metanol e água. Os saturadores possuem controles de temperatura independentes. As correntes se juntam e seguem para um reator onde a razão molar água/metanol deve ser 3, e a razão entre as vazões molares das correntes contendo água e metanol F₂/F₁ é igual a 5.

Admitindo que nos saturadores as correntes atinjam o equilíbrio líquido-vapor, a temperatura do saturador de água deverá ser de, aproximadamente,

Dado
Pressão de vapor do metanol no saturador = 0,05 atm

As reações a seguir mostram o processo de SOLVAY para a fabricação de carbonato de sódio.

1 - NH₃ + H₂O → NH₄OH - Rendimento de 70%
2 - CO₂ + H₂O → H₂CO₃ - Rendimento de 50%
3 - 2NH₄OH + H₂CO₃ → (NH₄)₂CO₃ + 2H₂O - Rendimento de 70%
4 - (NH₄)₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NH₄HCO₃ - Rendimento de 80%
5 - NH₄HCO₃ + NaC!$ \ell !$ → NaHCO₃ + NH₄C!$ \ell !$ - Rendimento de 75%
6 - 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O - Rendimento de 90%

Para 1.000 kmol de CO₂ na etapa 2, qual a quantidade, em kmol, de carbonato de sódio formado?

Um sistema opera com múltiplos reatores adiabáticos, que processam uma reação R → P, intercalados com resfriadores, conforme ilustrado na figura a seguir.

As correntes são altamente diluídas com inerte para controle de temperatura, de forma que a capacidade calorífica das correntes é aproximadamente igual à capacidade calorífica do inerte. As temperaturas de entrada e saída das correntes nos reatores estão indicadas na figura.

A conversão total de R no processo é de

Dados:
ΔH da reação = −25.000 J/mol
Capacidade calorífica do inerte = 10 J/(mol.K)
Fração molar de R na alimentação = 0,1

Uma das rotas da produção industrial de eteno é o craqueamento do etano, um processo endotérmico, conduzido tipicamente sem a presença de catalisadores, em fornos que operam em altas temperaturas. Uma série de reações radicalares leva a um grande número de compostos.

Considere, apenas, a ocorrência das reações a seguir.

1 - C₂H₆ → C₂H₄ + H₂
2 - C₂H₄ + C₂H₆ → C₃H₆ + CH4

A tabela a seguir apresenta o resultado da análise cromatográfica de uma amostra na saída do reator de uma unidade industrial na qual são considerados, apenas, metano, eteno e etano.

Se a alimentação consiste de uma mistura metano-etano, com fração molar de etano de 95%, a razão entre o número de mols de hidrogênio e de propeno na saída do reator é

Em torres de resfriamento, a água é forçada ao contato com o ar e parcialmente vaporizada para diminuição de sua temperatura. Em uma unidade contendo torres de resfriamento, a água é alimentada saturada a vazão de 1.000 kg/min a 76 °C e sai da torre a 46 °C, havendo necessidade de reposição contínua (make up) devido à perda por evaporação. Aproximadamente, qual o valor máximo necessário para a reposição da água, considerando o caso em que o resfriamento se deve inteiramente à evaporação da água (sem transferência de calor com o ar)?

No processamento de álcool a partir de beterraba, utiliza-se extração por água quente, retirando açúcares que, posteriormente, serão fermentados, gerando o álcool. Em tal processo, a beterraba é triturada e lavada com água quente. Considere uma situação na qual são processados 1.000 kg/h de beterraba com 20% em massa de açúcar, sendo extraídos 90% dos açúcares da beterraba. A fração mássica do açúcar na solução final é 0,25, e na corrente de polpa processada, a vazão mássica de água é três vezes a vazão mássica do rejeito da beterraba. A figura a seguir ilustra o processo descrito.

Nessas condições, a quantidade total de água, em kg/h, que deixa o processo é

A produção de benzeno a partir de tolueno ocorre de acordo com a seguinte reação:

C₆H₅CH₃ + H₂ → C₆H₆ + CH₄

Um esquema simplificado do processo está apresentado na figura a seguir, onde são desconsideradas reações paralelas.

A purga impede o acúmulo de metano no sistema. Na entrada do reator, a razão molar H₂/tolueno deve ser mantida igual a 5, e a fração molar de metano é 0,20. A conversão de tolueno em único estágio (tomando como referência a corrente de entrada no reator) é de 75%.

Para uma produção de 150 kmol/h de benzeno, a vazão molar de H2 na purga é, aproximadamente, igual a