Craqueamento é um processo no qual hidrocarbonetos de alto peso molecular são quebrados em
produtos de mais baixo peso molecular pelo efeito de alta temperatura na presença de catalisador alumina-sílica. Em um craqueamento em leito fluidizado, o catalisador está presente como um leito de partículas muito finas as quais são agitadas pelos hidrocarbonetos à medida que eles passam através do leito. A massa do catalisador se comporta como um líquido, e é essa condição que dá origem ao nome. Num processo industrial, uma corrente de hidrocarbonetos pesados é combinada com uma corrente de reciclo de um fracionador, formando a corrente \mathbf{A}, que é alimentada a um reator. A corrente que sai do reator, denominada de corrente \mathbf{B}, entra num fracionador, gerando a corrente de reciclo \mathbf{R}, uma corrente de gasolina \mathbf{G} e uma corrente de diesel \mathbf{D}, cujas composições em porcentagens molares são dadas na tabela a seguir. Pede-se:
a) Calcule a razão do número de moles de B pelo número de moles de A .
b) Se o reator é operado com uma alimentação combinada A (alimentação nova mais reciclo) de 2920 \mathrm{bbl} / \mathrm{h} a 25^{\circ} \mathrm{API}, quantos moles de produtos são produzidos?
c) Se o fracionador produz três correntes, R, Ge D, qual é a quantidade de cada corrente produzida na base dada no item b ?
Componente
A (% molar)
B (% molar)
G (% molar)
D (% molar )
R (% molar)
\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{14}
0,0
5,0
19,7
0,2
0,0
\mathrm{C}_{7} \mathrm{H}_{14}
0,0
15,0
40,0
11,8
0,0
\mathrm{C}_{8} \mathrm{H}_{18}
3,1
20,0
20,0
35,4
0,0
\mathrm{C}_{11} \mathrm{H}_{24}
7,4
25,0
20,0
35,0
15,7
\mathrm{C}_{12} \mathrm{H}_{24}
15,7
10,0
0,0
11,6
15,4
\mathrm{C}_{15} \mathrm{H}_{32}
36,8
10,0
0,0
4,7
24,2
\mathrm{C}_{18} \mathrm{H}_{36}
36,8
15,0
0,0
0,5
44,7
Passo 1
O enunciado descreve um processo de craqueamento em leito fluidizado em que uma corrente de alimentação combinada \mathbf{A} entra no reator e sai como corrente \mathbf{B}, que depois é fracionada em três correntes \mathbf{G}, \mathbf{D} e \mathbf{R}. As composições molares de \mathbf{A}, \mathbf{B}, \mathbf{G}, \mathbf{D} e \mathbf{R} estão na tabela. Precisamos fazer:
a) a razão entre o fluxo molar de \mathbf{B} e o de \mathbf{A};
b) quantos moles de produtos são gerados quando \mathbf{A} é 2920,bbl/h a 25^\circ\mathrm{API};
c) a distribuição molar em \mathbf{G}, \mathbf{D} e \mathbf{R}.
Usaremos balanço global de carbono (conservação de átomos de carbono) para (a), conversão de volume em massa e massa em mol no item (b) e balanço de componentes (C_6 e C_7) para (c).
Passo 2
Para o balanço global de carbono vale
n_A\sum_i x_i^A\,C_i \;=\;n_B\sum_j x_j^B\,C_j
onde x_i^A e x_j^B são frações molares e C é número de átomos de carbono.
Na alimentação \mathbf{A}:
No fracionador, aplicamos o balanço em C_6 e C_7 para achar n_G e n_D:
C_6: \;0{,}05\,n_B=0{,}197\,n_G+0{,}002\,n_D.
C_7: \;0{,}15\,n_B=0{,}40\,n_G+0{,}118\,n_D.
Resolvendo:
a) \displaystyle \frac{n_B}{n_A}\approx1{,}36.
b) n_B\approx2{,}69\times10^6\;\mathrm{mol/h}.
c) \displaystyle n_G\approx6{,}71\times10^5\;\mathrm{mol/h},\quad
n_D\approx4{,}24\times10^5\;\mathrm{mol/h},\quad
n_R\approx1{,}59\times10^6\;\mathrm{mol/h}.