Deseja-se produzir uma mistura de C2 H4 Cl2 (dicloro etano) e C2 H3 Cl (monocloro etileno) com uma composição de 50% molar. Para isso, uma corrente de dicloro etano é alimentada a um reator que opera a reação de decomposição:
C2 H4 Cl2 Rightarrow C2 H3 Cl+HCl
Acompanhada da reação secundária de formação de etileno:
C2 H4 Cl2 Rightarrow C2 H4+2 Cl
Na descarga do reator, o dicloro etano e o monocloro etileno são condensados por resfriamento e separados da fase gás. Um by-pass é usado para regular a concentração da corrente líquida. Sabendo-se que a conversão do dicloro etano é de 80% com seletividade de 80 %, desenvolver o balanço na unidade para 100 kgmol de dicloro alimentado. (Resp.: bypass: 44 kgmol / h; fase gás: 112 kgmol / h; fase líquida: 84 kgmol / h )

Passo 1

O enunciado pede um balanço de matéria para produzir uma mistura líquida com 50 % molar de C2H4Cl2 (dicloroetano) e 50 % de C2H3Cl (monocloroetileno). Temos uma alimentação de 100 kgmol/h de dicloroetano num reator com conversão de 80 % e seletividade de 80 % para monocloroetileno; a reação secundária forma etileno. Após o reator faz-se condensação dos compostos pesados (dicloroetano e monocloroetileno) e separação da fase gás; um by-pass de dicloroetano puro é misturado à fase líquida para acertar a composição final.

Passo 2

Balanço no reator:
– Conversão de C2H4Cl2:
F=100;kgmol/h, X=0,8impliesreacted=100cdot0,8=80;kgmol/h
– Seletividade para a reação principal ( C2H3Cl+ HCl):
S=0,8implies C2H3Cl=80cdot0,8=64;kgmol/h
– Resto vai para etileno:
C2H4=80cdot(1-0,8)=16;kgmol/h
– Unconverte de dicloroetano:
C2H4Cl2,(unchan>=d)=100-80=20;kgmol/h
– Formação de HCl ( 1 mol por mol de monocloro):
HCl=64;kgmol/h
– Formação de átomos de cloro pela reação secundária ( 2 mol de Cl por etileno):
Cl=16cdot2=32;kgmol/h

Passo 3

Separação por condensação:
– Fase líquida (dicloroetano + monocloroetileno):
C2H4Cl2=20, C2H3Cl=64Longrightarrow84;kgmol/h
– Fase gás ( HCl+C2H4+Cl):
HCl=64, C2H4=16, Cl=32Longrightarrow112;kgmol/h

Passo 4

By-pass de dicloroetano puro para ajustar a mistura líquida a 50 % molar de cada componente. Seja b o fluxo de by-pass (todo em dicloroetano). Após mistura com os 84 kgmol/h do reator, temos:
– monocloroetileno: 64 kgmol/h
– dicloroetano: 20 + b kgmol/h
Queremos
6464 + (20 + b) = 0,5
Resolvendo:
64 = 0,5l(84 + br) Longrightarrow 64 = 42 + 0,5,b Longrightarrow b = 44;kgmol/h

Resposta

By-pass: 44 kgmol/h
Fase gás: 112 kgmol/h
Fase líquida (do reator): 84 kgmol/h

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