1- O alto-forno é um reator da indústria siderúrgica que é destinado a produzir ferro gusa a partir do minério de ferro. Pode-se interpretar um alto-forno sob um ponto de vista simples como um processo no qual a reação principal é:
Mas algumas outras reações paralelas indesejáveis ocorrem, principalmente:
A tabela abaixo informa a vazão mássica de entrada no reator e a vazão mássica de saída de alguns componentes. Considere que o reator opera de modo contínuo e em estado estacionário. Com base nas reações, vazões e massas molares fornecidas:
a) Considerando apenas a primeira reação, determine o reagente limitante, o reagente em excesso e a porcentagem em excesso; (Resp.: Fe2O3: limitante; C= excesso; % excesso= 27,4%);
b) Determine a conversão de
; (Resp.: 91,87%)
c) Determine a seletividade do processo (mols Fe/mols FeO); (Resp.:
)
d) Completar a tabela com as informações que faltam (vazão mássica de C e CO na saída). (Resp. CO:
;
:
)
Componente
Massa molar (g/mol)
Entrada
Saída
159,67
947,2
77,0
C
12,00
272,0
-
Fe
55,84
0
544,0
CO
28,00
0
-
FeO
71,84
0
83,0
a) Considerando apenas a primeira reação, determine o reagente limitante, o reagente em excesso e a porcentagem em excesso; (Resp.: Fe2O3: limitante; C= excesso; % excesso= 27,4%);
b) Determine a conversão de
c) Determine a seletividade do processo (mols Fe/mols FeO); (Resp.:
d) Completar a tabela com as informações que faltam (vazão mássica de C e CO na saída). (Resp. CO:
Componente | Massa molar (g/mol) | Entrada | Saída |
|
|
||
|
159,67 | 947,2 | 77,0 |
C | 12,00 | 272,0 | - |
Fe | 55,84 | 0 | 544,0 |
CO | 28,00 | 0 | - |
FeO | 71,84 | 0 | 83,0 |
Passo 1
O enunciado descreve um alto-forno em regime estacionário, com as reações principais
e paralela indesejável
Temos vazões mássicas de entrada e saída de alguns componentes e massas molares
,
,
,
,
em g/mol). Vamos resolver:
a) reagente limitante, excesso e % excesso (considerando só ;
b) conversão de ;
c) seletividade ;
d) completar vazões de saída de e
usando balanços de massa e extentes de reação.
a) reagente limitante, excesso e % excesso (considerando só
b) conversão de
c) seletividade
d) completar vazões de saída de
Passo 2
Para (a) só
conta. Convertemos as vazões de entrada em mol/s:
A estequiometria pede
mol de C por mol de
, logo precisa-se de
Como
,
é limitante e C está em excesso. O excesso percentual de C é
Passo 3
Para (b) a conversão de
é
Passo 4
Para (c) a seletividade é a razão entre os mols de Fe e de FeO na saída. Calculamos
logo
Passo 5
Para (d) definimos extentes
e
de
e
. Do balanço de
temos
De Fe:
⇒
e
.
A vazão molar de CO produzida é
A vazão molar de CO produzida é
o que em massa dá
A vazão molar de C remanescente é
e em massa
Resposta
a)
limitante; C em excesso; excesso de C =
.
b) Conversão de =
.
c) Seletividade .
d)
b) Conversão de
c) Seletividade
d)