(Felder, p. 183, q. 68) O etano é clorado em um reator contínuo:
Parte do produto, monocloroetano, é depois clorado em uma reação paralela não desejada:
a) Suponha que seu principal objetivo é maximizar a seletividade da produção de monocloroetano em relação à produção de dicloroetano. Você projetaria o seu reator para altas ou baixas conversões de etano? Explique a sua resposta. (Dica: Se o conteúdo do reator permanece dentro do próprio reator por um tempo suficiente para que a maior parte do etano na alimentação seja consumido, qual será, provavelmente, o maior constituinte do produto?) Que passos adicionais, quase com certeza, deverão ser seguidos para tornar o processo economicamente viável? R: Resposta por conta do (a) discente.
b) Tome como base
de
produzido. Admita que a alimentação contém apenas etano e cloro e que todo o cloro é consumido; faça uma análise dos graus de liberdade baseada nos balanços de espécies atômicas. R: Resposta por conta do (a) discente.
c) O reator é projetado para fornecer uma conversão de
de etano e uma seletividade de 14 mol
, com uma quantidade desprezível de cloro no produto gasoso. Calcule a razão de alimentação (
) e o rendimento fracional de monocloroetano. R:
; Imonocloroetano
.
b) Tome como base
c) O reator é projetado para fornecer uma conversão de
Passo 1
Neste item queremos calcular a razão de alimentação
e o rendimento fracional de monocloroetano, dado que o reator opera com conversão de etano
e seletividade
Para isso usaremos as estequiometrias:
Passo 2
Definimos:
fluxo molar de etano na alimentação,
fluxo de monocloroetano no produto (líquido, neto),
fluxo de dicloroetano produzido,
implica consumo de etano
Esse consumo gera inicialmente
de
, mas parte disso é reacionada na etapa (
) para formar
. Portanto
Passo 3
A seletividade é definida pela razão entre a reação (
) e a (
), ou seja
Logo
e
Passo 4
Cada reação consome
mol de
, então o
total consumido é
Assim, a razão de alimentação é
Passo 5
Definimos o rendimento fracional de monocloroetano como a fração de mols de
obtidos por mol de
consumido:
Resposta
Razão de alimentação:
mol
/ mol
Rendimento fracional de monocloroetano:
Rendimento fracional de monocloroetano: