(Felder, p. 177, q. 52) O acetileno é hidrogenado para formar etano. A alimentação do reator contém
. Com base no exposto:
a) Calcule a razão estequiométrica de reagente (mols de
que reagem
que reage). R: 2:1.
b) Determine o reagente limitante e calcule a percentagem pela qual o outro reagente está em excesso. R:
é o limitante; %Excesso de
.
c) Calcule a vazão mássica de alimentação de hidrogênio (kg/s) necessária para produzir
toneladas métricas de etano por ano, admitindo que a reação seja completa e que o processo opere 24 horas por dia, 300 dias por ano. R:
.
d) Existe uma desvantagem muito séria ao operar o processo com um reagente em excesso em vez de alimentar os reagentes na proporção estequiométrica. Qual é? (Dica: No processo da parte c), em que consiste o efluente do reator e o que provavelmente deverá ser feito antes que o etano produzido possa ser vendido ou usado?) R: Resposta por conta do (a) discente.
a) Calcule a razão estequiométrica de reagente (mols de
b) Determine o reagente limitante e calcule a percentagem pela qual o outro reagente está em excesso. R:
c) Calcule a vazão mássica de alimentação de hidrogênio (kg/s) necessária para produzir
d) Existe uma desvantagem muito séria ao operar o processo com um reagente em excesso em vez de alimentar os reagentes na proporção estequiométrica. Qual é? (Dica: No processo da parte c), em que consiste o efluente do reator e o que provavelmente deverá ser feito antes que o etano produzido possa ser vendido ou usado?) R: Resposta por conta do (a) discente.
Passo 1
Temos a reação de hidrogenação do acetileno para etano:
O enunciado informa que a alimentação entra com
mol de
por mol de
. Vamos aplicar conceitos de estequiometria, reagente limitante e balanço de massa para responder as quatro partes.
Passo 2
(a) A razão estequiométrica de reagente é dada pelos coeficientes da reação, ou seja, para cada 1 mol de
usa-se 2 mol de
.
Resposta: .
Resposta:
Passo 3
(b) Como a alimentação entra com
, menor que a razão estequiométrica
, o
é o reagente limitante.
Para quantificar o excesso de , suponha 1 mol de
alimentado: reagem 1,5 mol de
, consumindo
mol de
. Sobra
mol.
O excesso relativo ao consumido é
Para quantificar o excesso de
O excesso relativo ao consumido é
Passo 4
(c) Queremos produzir
t/ano de
.
Massa anual de :
t
kg.
Massa molar de :
g/mol
kg/mol.
Massa anual de
Massa molar de
Da estequiometria, consome-se 2 mol de
para cada mol de
; assim
Tempo de operação anual:
s.
Massa molar de :
kg/mol.
Massa molar de
Passo 5
(d) Operar com reagente em excesso faz com que o efluente do reator contenha o reagente não consumido (aqui acetileno) misturado ao etano. Antes de vender ou usar o etano é preciso separar e purificar o produto, o que exige unidades adicionais de separação (destilação, adsorção etc.), elevando custos e complexidade do processo.
Resposta
(a)
.
(b) é limitante; excesso de
.
(c) .
(d) O efluente contém acetileno não reagido, exigindo etapas de separação/purificação para obter etano puro.
(b)
(c)
(d) O efluente contém acetileno não reagido, exigindo etapas de separação/purificação para obter etano puro.