(Felder, p. 183, q. 68) O etano é clorado em um reator contínuo:
C2 H6+Cl2 C2 H5 Cl+HCl
Parte do produto, monocloroetano, é depois clorado em uma reação paralela não desejada:
C2 H5 Cl+Cl2 C2 H4 Cl2+HCl
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 100 mol / s de C2 H5 Cl 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 15 % de etano e uma seletividade de 14 mol C2 H5 Cl / mol C2 H4 Cl2, com uma quantidade desprezível de cloro no produto gasoso. Calcule a razão de alimentação ( mol Cl2 / mol C2 H6 ) e o rendimento fracional de monocloroetano. R: 0,16 mol Cl2 / mol C2 H6; Imonocloroetano =0,875.

Passo 1

Neste item queremos calcular a razão de alimentação Cl2/C2H6 e o rendimento fracional de monocloroetano, dado que o reator opera com conversão de etano XA=0,15 e seletividade
S ;=;mol de C2H5Cl (reação 1)mol de C2H4Cl2 (reação 2) ;=;14 çãçã
Para isso usaremos as estequiometrias:
(1);&C2H6+Cl2toC2H5Cl+HCl, (2);&C2H5Cl+Cl2toC2H4Cl2+HCl

Passo 2

Definimos:
FA = fluxo molar de etano na alimentação,
FP1 = fluxo de monocloroetano no produto (líquido, neto),
FP2 = fluxo de dicloroetano produzido,
XA=0,15 implica consumo de etano
FA,XA;=;mol de etano consumido
Esse consumo gera inicialmente FA XA de C2H5Cl, mas parte disso é reacionada na etapa ( 2) para formar C2H4Cl2. Portanto
FA,XA ;=; FP1 + FP2

Passo 3

A seletividade é definida pela razão entre a reação ( 1) e a ( 2), ou seja
S ;=;mol de etano consumidomol de monocloroetano consumido na reação (2) ;=;FA,XAFP2 ;=;14 çã
Logo
FP2 ;=;FA,XAS ;=;FAcdot0,1514approx0,0107,FA
e
FP1 ;=;FA,XA - FP2 ;=;0,15,FA - 0,0107,FA ;=;0,1393,FAapprox0,14,FA

Passo 4

Cada reação consome 1 mol de Cl2, então o Cl2 total consumido é
FCl2 ;=;(reação 1) + (reação 2) ;=;FA,XA + FP2 ;=;0,15,FA + 0,0107,FA ;=;0,1607,FAapprox0,16,FA çãçã
Assim, a razão de alimentação é
FCl2FA ;=;0,16l(mol Cl2 / mol C2H6r)

Passo 5

Definimos o rendimento fracional de monocloroetano como a fração de mols de C2H5Cl obtidos por mol de Cl2 consumido:
Y ;=;FP1FCl2 ;approx;0,14,FA0,16,FA ;=;0,875

Resposta

Razão de alimentação: 0,16 mol Cl2 / mol C2H6
Rendimento fracional de monocloroetano: 0,875

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