Exercício 8:
de óxido de etileno devem ser produzidos a partir de etileno pela reação
. Considerando que o oxigênio entra no sistema com um excesso de
e que a conversão é de
, calcule a vazão mássica (
) de alimentação de etileno e de oxigênio.
Passo 1
O que o enunciado dá e pede (resumido, com tudo que precisamos):
- Produto desejado:
de óxido de etileno ( ). - Reação estequiométrica:
. - Oxigênio entra com excesso de
(ou seja, alimenta-se a mais do que o necessário estequiometricamente para o que realmente reage). - Conversão de etileno igual a
(ou seja, só do etileno alimentado reage). - Pergunta: calcule as vazões mássicas de alimentação de etileno e de oxigênio em
.
Passo 2
Primeiro vamos lembrar os conceitos e como aplicá‑los (aula rápida e prática):
- Estequiometria: coeficiente estequiométrico dá a relação em mols entre reagentes e produtos. Aqui,
mol de forma mol de ; mol de é consumido por mol de produto formado. - Conversão
: . Se , então os mols alimentados são o dobro dos mols que de fato reagiram. - Excesso de oxidante (20%): a alimentação de
será vezes os mols estequiométricos necessários para o consumo real de etileno que reagiu. - Para passar massa ↔ mol usamos massas molares (
). Vou adotar massas molares aproximadas (obtidas somando massas atômicas: , , ):
Passo 3
Calcular quantos mols de produto
são formados por hora:
- Converter massa produto para gramas:
. - Número de mols de produto por hora:
Agora calculamos:
Observação: pela estequiometria, cada mol de produto corresponde a
mol de etileno reagido, então os mols de etileno que foram consumidos (reagidos) são
.
Passo 4
Calcular a alimentação de etileno usando a conversão
:
- Definição:
. Logo
- Substituindo:
- Converter para vazão mássica (usar
):
Calculando:
Comentário amigo: isso significa que, por causa da conversão de só
, precisa entrar bastante etileno a mais do que o que é efetivamente convertido em produto.
Passo 5
Calcular a necessidade estequiométrica de oxigênio para o consumo real de etileno:
- Pela reação, cada mol de
que reage consome mol de . Então os mols de consumidos por hora são
Passo 6
Aplicar o excesso de
sobre a necessidade estequiométrica para obter a alimentação real de
:
- Alimentação molar de
:
- Converter para massa usando
:
Calculando:
Passo 7
Checagem rápida (sentido físico): a massa de etileno alimentada (
) é maior que a massa de produto (
) porque só metade do etileno reage; a alimentação de oxigênio é menor que a de etileno (quando comparada por massa), isso é razoável porque a estequiometria pede meio mol de
por mol de etileno e as massas molares são diferentes.