O eteno pode ser produzido pela desidrogenação catalítica de etano, onde metano também é gerado como produto indesejável, de acordo com as seguintes reações:
A carga é alimentada continuamente no reator, com a seguinte composição em quantidade de matéria:
e inertes
. A conversão do etano é de
e o rendimento de eteno é de
. Calcule a composição do produto efluente do reator.
Passo 1
O enunciado pede: calcular a composição em fração molar (ou percentual molar) do efluente do reator.
Dados fornecidos (em quantidade de matéria, assumimos porcentagens molares no alimentador):
Dados fornecidos (em quantidade de matéria, assumimos porcentagens molares no alimentador):
- Alimentação (base
mol): e inertes . Não há menção a , ou na alimentação, então assumimos que essas espécies não estão presentes na alimentação. - Conversão do etano:
. - Rendimento de eteno (etileno):
.
Reações fornecidas:
O que precisamos entregar: a composição molar do efluente entre as espécies
,
,
,
e inertes.]
Passo 2
Escolho uma base de cálculo prática e defino incógnitas:
- Base:
mol de alimentação (porque as porcentagens são dadas assim). Assim inicialmente temos - Defino variáveis para o avanço (número de mols que reagem) das reações:
Entendendo os conceitos (explicação didática):
- Conversão de
significa a fração do etano de alimentação que reagiu: - Rendimento de eteno (etileno) normalmente é definido como mols de eteno formados por mol de etano alimentado:
Pela estequiometria da (R1) cada avanço
produz exatamente
mol de
. Logo o rendimento relaciona-se diretamente a
:
Passo 3
Agora escrevo as equações numéricas usando os valores fornecidos:
- Conversão dada:
. Portanto Calculo: - Rendimento de eteno:
. Assim Calculo: - Com isso encontro
:
Passo 4
Faço o balanço estequiométrico para cada espécie (mudanças a partir da alimentação):
-
: consumo total . Logo -
(eteno/etileno): formado apenas pela (R1) na estequiometria : -
: produzido em (R1) na razão por e consumido em (R2) na razão por . Portanto: (Explicação: cada mol de (R1) gera um mol de ; cada mol de (R2) consome um mol de .) -
: formado pela (R2) na razão por : - Inertes: não reagem, então
Passo 5
Calculo o total de mols no efluente e as frações molares:
- Total no efluente:
- Frações molares (e percentuais) de cada espécie:
(Os percentuais acima foram arredondados normalmente a duas casas decimais; a soma total fica próxima de
considerando arredondamentos.)]
Resposta
Inertes: