(Felder, p. 186, q. 75) Um reator catalítico é usado para produzir formaldeído a partir de metanol através da reação:
CH3 OH HCHO+H2
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 900,0 kg / h.
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 60 %. 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 =30,0 kmol / h; Alimentação do reator =50,0 kmol / h; Saída do reator =20,0 kmol / h.

Passo 1

O enunciado trata da reação
CH3OHtoHCHO+H2
com conversão por passe de 60,0%. A produção de formaldeído é de 900,0;kg/h.
Parte (a) pede a vazão de alimentação de metanol sem reciclo; parte (b) introduz reciclo do metanol não convertido, mantendo a conversão de 60%, e quer a carga fresca F, a alimentação total ao reator F+R e a vazão de reciclo R. Usaremos:
1. Estequiometria 1,mol,CH 3OH convertido to 1,mol,HCHO produzido
2. Definição de conversão X = dfracmol convertidosmol alimentados.
3. Balanço de matéria com reciclo: o metanol não convertido volta como R.

Passo 2

Para (a), sem reciclo, primeiro calculamos a vazão molar de HCHO gerada:
dot nHCHO = 900,0;kg/h30,0;kg/kmol =30,0;kmol/h
Pela estequiometria, isso equivale à molaridade de CH 3OH convertido. Como X=0,6, a alimentação de metanol é
dot nCH3OH,in = dot nconvertidosX = 30,00,6 =50,0;kmol/h

Passo 3

Para (b), definimos:
,F = vazão fresca de CH 3OH (kmol/h),
,R = vazão de reciclo de CH 3OH (kmol/h),
alimentação total ao reator = F+R.
Em regime permanente e conversão de 0,6, a produção de HCHO é
0,6,(F+R)=30,0
Além disso, o metanol não convertido (fração 1-0,6=0,4) retorna integralmente como reciclo, ou seja
R = 0,4,(F+R)

Passo 4

Resolvendo o sistema
0,6,(F+R)=30,0, R=0,4,(F+R),
da primeira equação vem F+R=50,0. Substituindo na segunda:
R=0,4times50,0=20,0Rightarrow F=50,0-20,0=30,0

Resposta

a) 50,0;kmol/h
b) carga fresca F=30,0;kmol/h; alimentação do reator F+R=50,0;kmol/h; reciclo R=20,0;kmol/h.

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