Considere a reação de combustão do etano:
No reator são alimentados
de etano e
de ar. A conversão do etano
é
. Do etano queimado,
reagem para formar CO e o resto forma
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos uma reação de combustão do etano (
) que acontece em um reator. A gente está alimentando o reator com 100 mol/h de etano e 5000 mol/h de ar. A conversão do etano é de 99%, e, desses etanos queimados, 35% formam CO e o restante forma
. Nosso objetivo aqui é entender como calcular a quantidade de produtos formados nessa reação. Para isso, vamos precisar da teoria sobre balanços de massa e estequiometria das reações químicas.
Passo 2
Primeiro, vamos olhar as equações químicas envolvidas na combustão do etano. Temos duas possíveis reações:
Como a combustão completa forma
e a incompleta pode formar CO, vamos considerar ambas.
Passo 3
Vamos calcular a quantidade de etano que realmente reage no reator. A conversão é de 99%, então:
Isso significa que 1 mol/h de etano não reage e sai não consumido.
Passo 4
Agora, vamos ver como esses 99 mol/h de etano reagido se dividem entre a formação de CO e
. Sabemos que 35% formam CO:
E o restante forma
:
Passo 5
Vamos agora balancear as duas reações para entender o consumo de
e a formação de
.
Para a formação de
:
Para a formação de CO:
Passo 6
Vamos calcular o consumo de
para cada tipo de combustão.
Para
:
Para CO:
Total de
consumido:
Passo 7
Sabemos que o ar é composto por aproximadamente 21% de
. Logo, para fornecer 155,92 mol/h de
, a quantidade de ar necessária é:
Mas como estamos alimentando o reator com 5000 mol/h de ar, isso significa que temos excesso de ar, o que garante uma combustão completa.
Passo 8
Vamos agora calcular os produtos formados, incluindo o excesso de ar.
Total
:
Passo 9
Vamos verificar o excesso de ar. Já consumimos 155,92 mol/h de
, e o ar fornecido é 5000 mol/h, com 21% de
:
Excesso de
:
Passo 10
Finalmente, vamos listar todos os produtos e reagentes que saem do reator:
-
: 64,35 mol/h -
: 34,65 mol/h -
: 297 mol/h -
excedente: 894,08 mol/h - Etano não reagido: 1 mol/h
Resposta
No reator, os produtos e reagentes que saem são:
-
: 64,35 mol/h -
: 34,65 mol/h -
: 297 mol/h -
excedente: 894,08 mol/h - Etano não reagido: 1 mol/h