(Felder, p. 186, q. 75) Um reator catalítico é usado para produzir formaldeído a partir de metanol através da reação:
Uma conversão por passe no reator de 60,0% é atingida. O metanol no produto do reator é separado do formaldeído e do hidrogênio em um processo de múltiplas unidades. A taxa de produção de formaldeído é de
.
a) Calcule a vazão de alimentação de metanol necessária (kmol/h) se não houver reciclo. R: 50,0 kmol/h.
b) Suponha que o metanol recuperado é reciclado para o reator e que a conversão no mesmo permanece em
. Sem fazer nenhum cálculo, prove que você tem informação suficiente para determinar a vazão de alimentação fresca de metanol necessária (kmol/h) e as vazões (kmol/h) nas quais o metanol entra e sai do reator. Faça depois os cálculos. R: Carga fresca
; Alimentação do reator
; Saída do reator
.
a) Calcule a vazão de alimentação de metanol necessária (kmol/h) se não houver reciclo. R: 50,0 kmol/h.
b) Suponha que o metanol recuperado é reciclado para o reator e que a conversão no mesmo permanece em
Passo 1
O enunciado trata da reação
com conversão por passe de . A produção de formaldeído é de
.
Parte (a) pede a vazão de alimentação de metanol sem reciclo; parte (b) introduz reciclo do metanol não convertido, mantendo a conversão de , e quer a carga fresca
, a alimentação total ao reator
e a vazão de reciclo
. Usaremos:
. Estequiometria
,mol,CH
OH convertido
,mol,HCHO produzido
. Definição de conversão
.
. Balanço de matéria com reciclo: o metanol não convertido volta como
.
com conversão por passe de
Parte (a) pede a vazão de alimentação de metanol sem reciclo; parte (b) introduz reciclo do metanol não convertido, mantendo a conversão de
Passo 2
Para (a), sem reciclo, primeiro calculamos a vazão molar de HCHO gerada:
Pela estequiometria, isso equivale à molaridade de CH
OH convertido. Como
, a alimentação de metanol é
Passo 3
Para (b), definimos:
vazão fresca de CH
OH (kmol/h),
vazão de reciclo de CH
OH (kmol/h),
alimentação total ao reator .
Em regime permanente e conversão de , a produção de HCHO é
alimentação total ao reator
Em regime permanente e conversão de
Além disso, o metanol não convertido (fração
) retorna integralmente como reciclo, ou seja
Passo 4
Resolvendo o sistema
da primeira equação vem
. Substituindo na segunda:
Resposta
a)
b) carga fresca ; alimentação do reator
; reciclo
.
b) carga fresca