(Exercício 3.8, G.V. Reklaitis,
. Ed.) Hipoclorito de sódio é obtido pela reação:
em um reator contínuo, borbulhando-se
através de uma solução aquosa concentrada de NaOH
em massa. Suponha que a solução aquosa de NaOH seja alimentada a
e a corrente de gás cloro, a
.
a) Calcular o número de graus de liberdade admitindo que a conversão seja especificada.
b) Determinar o reagente limitante.
c) Calcular a composição de saída do reator admitindo conversão de
do reagente limitante. (Resposta: frações molares de
e NaCl iguais a 0,0938 ; fração molar de água, 0,7188)
d) Calcular a composição de saída do reator admitindo conversão de
do reagente limitante. (Resposta: frações molares de
e
iguais a 0,075 ,
e 0,6813, respectivamente)
a) Calcular o número de graus de liberdade admitindo que a conversão seja especificada.
b) Determinar o reagente limitante.
c) Calcular a composição de saída do reator admitindo conversão de
d) Calcular a composição de saída do reator admitindo conversão de
Passo 1
O enunciado envolve a reação
num reator contínuo, com alimentação de solução aquosa de NaOH a
% em massa e gás C
. Vamos precisar de balanços molares para cada espécie e da estequiometria da reação para:
- (a) determinar os graus de liberdade admitindo conversão especificada;
- (b) achar o reagente limitante;
- (c) e (d) calcular a composição de saída para conversões de
% e %.
Passo 2
Transformamos as alimentações em fluxos molares. A solução de NaOH tem
kg/h, com
% de NaOH (massa molar aproximada
kg/kmol) e
% de água (massa molar
kg/kmol):
A alimentação de gás cloro é
Passo 3
Para conversão especificada, as incógnitas são apenas os fluxos molares de saída de cada espécie (
), totalizando
variáveis. Temos
balanços molares independentes (um para cada espécie). Logo, o número de graus de liberdade é
Passo 4
Comparando as proporções estequiométricas com as alimentações: são necessários
mol de NaOH por
mol de C
. Como
e
, para consumir todo
seriam necessários
kmol/h de NaOH, mas há só
kmol/h. Portanto o reagente limitante é
.
Passo 5
Para conversão de
% do limitante (
):
– Consumo de NaOH: kmol/h (toda).
– Extensão de reação kmol/h.
– Consumo de C :
kmol/h, sobrando
kmol/h.
– Formação de ,
e
:
kmol/h cada.
– Fluxo de total:
kmol/h.
O total de saída é
– Consumo de NaOH:
– Extensão de reação
– Consumo de C
– Formação de
– Fluxo de
O total de saída é
As frações molares são
Passo 6
Para conversão de
% de
(limitante):
– Consumo de NaOH: kmol/h.
– Consumo de C :
kmol/h.
– Sobra NaOH: kmol/h; sobra C
:
kmol/h.
– Produção de :
kmol/h cada.
– Fluxo de total:
kmol/h.
O total de saída é
– Consumo de NaOH:
– Consumo de C
– Sobra NaOH:
– Produção de
– Fluxo de
O total de saída é
As frações molares ficam
Resposta
(a)
.
(b) reagente limitante: .
(c) ,
,
,
.
(d) ,
,
,
,
.
(b) reagente limitante:
(c)
(d)