O n-butano é convertido em isobutano em um reator de isomerização contínua que opera isotermicamente a
. A alimentação do reator contém
molar de
-butano,
de isobutano e
de HCl a
, e é alcançada uma conversão de
de nbutano.
(a) Tomando como base 1 mol de gás de alimentação, calcule os mols de cada componente da alimentação e do produto misturas e a extensão da reação,
.
(b) Calcule o calor padrão da reação de isomerização (kJ). Então, pegando a ração e o produto espécies a
como referência, prepare uma tabela de entalpia de entrada-saída e calcule e preencha as quantidades dos componentes (mol) e entalpias específicas (kJ/mol). (Veja o Exemplo 9.5-1.)
(c) Calcule a quantidade de transferência de calor ( kJ ) para ou do reator (indique qual é). Então determine a taxa de transferência de calor necessária (kW) para uma alimentação do reator de
.
(d) Use seus resultados calculados para estimar o calor da reação de isomerização a
(kJ). Liste as suposições incorporadas na estimativa. (Uma tem a ver com pressão.
(a) Tomando como base 1 mol de gás de alimentação, calcule os mols de cada componente da alimentação e do produto misturas e a extensão da reação,
(b) Calcule o calor padrão da reação de isomerização (kJ). Então, pegando a ração e o produto espécies a
(c) Calcule a quantidade de transferência de calor ( kJ ) para ou do reator (indique qual é). Então determine a taxa de transferência de calor necessária (kW) para uma alimentação do reator de
(d) Use seus resultados calculados para estimar o calor da reação de isomerização a
(kJ). Liste as suposições incorporadas na estimativa. (Uma tem a ver com pressão.
Passo 1
O enunciado trata da isomerização contínua de n-butano em isobutano numa condição isotérmica a
. A reação é
com HCl atuando como catalisador (inerte). A alimentação contém frações molares de
-butano, isobutano e HCl, e converte
do
-butano. Vamos fazer balanço de matéria para obter os mols no produto e a extensão de reação
, depois usar entalpias de formação a
para montar a tabela entrada-saída e determinar o calor da reação e o duty térmico. Por fim, estimamos
a
empregando a correção de
.
Passo 2
(a) Balanço de matéria em base de
mol de alimentação:
– -butano inicial:
mol
– isobutano inicial: mol
– HCl inicial: mol
Como do
-butano reage, o consumo é
–
– isobutano inicial:
– HCl inicial:
Como
Assim no produto:
– -butano:
mol
– isobutano: mol
– HCl: mol (inerte)
–
– isobutano:
– HCl:
Passo 3
(b) Entalpias de formação a
(gás):
kJ/mol
kJ/mol
kJ/mol
Reação padrão:
Reação padrão:
Tabela de entalpia entrada-saída (1 mol de alimentação):
O balanço de entalpia dá
por mol de alimentação, confirmando
kJ/mol de reação.
Passo 4
(c) Para uma alimentação de
mol/h, a extensão por hora é
Logo o calor liberado é
(sinal negativo indica liberação). Em potência:
que deve ser removida do reator.
Passo 5
(d) Estimativa de
a
(
K), usando
constantes aproximados:
Suposições: gases ideais,
constantes, pressão igual à padrão, calor ambiente homogêneo, HCl inerte.
Resposta
(a) Alimentação (1 mol):
– -butano:
mol, isobutano:
mol, HCl:
mol.
Produto: -butano:
mol, isobutano:
mol, HCl:
mol.
Extensão de reação mol.
(b) kJ/mol; tabela entrada-saída acima.
(c) kJ/h (calor liberado, removido),
kW.
(d) kJ/mol; suposições: gases ideais,
constantes, pressão padrão.
–
Produto:
Extensão de reação
(b)
(c)
(d)