(Felder, p. 183, q. 67) O metano e o oxigênio reagem na presença de um catalisador para formar formaldeído. Em uma reação paralela, parte do metano é oxidada a dióxido de carbono e água:
A alimentação do reator contém quantidades equimolares de metano e oxigênio. Admita uma base de 100 mols de alimentação/s.
a) Deduza expressões para as vazões dos componentes da corrente de produto em termos das duas extensões de reação,
e
. R:
;
.
b) A conversão fracional de metano é 0,900 , e o rendimento fracional de formaldeído é 0,855 . Calcule a composição molar da corrente de saída do reator e a seletividade da produção de formaldeído em relação à produção de dióxido de carbono. R :
HCHO produzidos
produzido; %molares
;
e
.
a) Deduza expressões para as vazões dos componentes da corrente de produto em termos das duas extensões de reação,
b) A conversão fracional de metano é 0,900 , e o rendimento fracional de formaldeído é 0,855 . Calcule a composição molar da corrente de saída do reator e a seletividade da produção de formaldeído em relação à produção de dióxido de carbono. R :
Passo 1
O enunciado descreve duas reações paralelas em fluxo contínuo com alimentação de
mol/s, sendo metano e oxigênio em proporção molar
:
(logo
mol/s e
mol/s). Introduzimos as extensões de reação
(para formação de HCHO) e
(para oxidação a C
), e vamos deduzir as vazões de produto em função de
e
.
Passo 2
Aplicamos balanço de matéria em regime estacionário (fluxo molar de entrada menos fluxo molar consumido pelas reações mais fluxo molar gerado pelas reações):
Passo 3
Definimos os indicadores de desempenho:
– Conversão fracional de metano
– Conversão fracional de metano
– Rendimento fracional de formaldeído (base alimentação de metano)
Logo
.
Passo 4
Substituímos
e
nas expressões do Passo
:
Passo 5
O fluxo total de saída é
As frações molares são então
Passo 6
A seletividade na produção de formaldeído (mol de HCHO por mol de C
) é
Resposta
Parte (a):
Parte (b):
Seleção dos extents
,
.
Composição molar de saída
Seleção dos extents
Composição molar de saída
Seletividade