A geração de hidrogênio a partir do vapor d’água ocorre segundo a reação que segue, conhecida com reação deslocamento gás-água:
A alimentação gasosa do reator consiste em
de
de
e
de vapor d’água a
. Uma vez que são produzidos
de
, determine:
(a) O reagente limitante; (Resp.CO)
(b) A percentagem do reagente em excesso; (Resp.33,3%)
(c) A conversão (com base no limitante); (Resp.70%)
(d) A quantidade em kg de
produzido por kg de vapor alimentado (Resp.
de vapor d’água) Dados
(a) O reagente limitante; (Resp.CO)
(b) A percentagem do reagente em excesso; (Resp.33,3%)
(c) A conversão (com base no limitante); (Resp.70%)
(d) A quantidade em kg de
Passo 1
O enunciado fornece a reação e os fluxos de alimentação e pede quatro coisas. Vou listar tudo claramente:
- Reação:
-
Alimentação gasosa (em mols por hora):
(presente na alimentação, mas é produto da reação — vamos registrá‑lo)
-
Informação adicional: foram produzidos
. -
Dados de massas molares:
e .
Perguntas que o enunciado faz:
(a) Qual é o reagente limitante?
(b) Qual a percentagem do reagente em excesso?
(c) Qual a conversão (com base no limitante)?
(d) Quantos kg de são produzidos por kg de vapor alimentado?
(a) Qual é o reagente limitante?
(b) Qual a percentagem do reagente em excesso?
(c) Qual a conversão (com base no limitante)?
(d) Quantos kg de
Passo 2
Conceitos e método (aula rápida e prática, sem formalismo chato):
-
Stoquiometria básica: a reação dada tem coeficientes estequiométricos iguais a 1 para cada espécie envolvida. Isso significa que 1 mol de
reage com 1 mol de para formar 1 mol de . Em símbolos: para cada mol de formado, consome‑se 1 mol de e 1 mol de . -
Reagente limitante (definição prática para prova): comparamos as razões molares alimentadas com as razões estequiométricas. Se tivermos menos mols de um reagente do que os necessários na razão estequiométrica para reagir com todo o outro, esse reagente é o limitante. Uma forma rápida é: calcular quantos mols do produto poderiam ser formados se cada reagente fosse totalmente consumido; o reagente que permitir o menor produto é o limitante.
-
Conversão (base no limitante):
No nosso caso, como os coeficientes são 1:1, os mols de
formados = mols de
consumidos = mols de
consumidos.
- Percentagem em excesso (maneira usual em engenharia química): para o reagente em excesso calcula‑se quanto a alimentação excede a quantidade estequiométrica necessária para reagir com todo o reagente limitante. A fórmula que usaremos é
Ou seja, o excesso é comparado com a quantidade necessária (não com a alimentada).
- Conversão mol → massa: massa produzida = mols produzidos
massa molar. Depois dividimos massas para obter kg de por kg de alimentado.
Passo 3
Decisão sobre o limitante usando razão estequiométrica:
-
A estequiometria pede
. Se toda a alimentação de reagisse, poderíamos formar até de . Se toda a alimentação de reagisse, poderíamos formar até de . -
Comparando os máximos possíveis:
(pela ) e (pelo ). O menor valor limita a quantidade máxima de produto se todos os reagentes fossem consumidos. Portanto, por razão estequiométrica inicial, a é o reagente em menor quantidade relativa e é o reagente limitante (ou seja, temos menos que na proporção exigida).
Passo 4
Usar a quantidade de
produzida para determinar consumos reais:
- Como a estequiometria é 1:1, os mols de
formados são iguais aos mols de consumidos e iguais aos mols de consumidos. Assim:
- Restantes (após reação, se quisermos visualizar):
Passo 5
Cálculo da conversão (com base no limitante):
- A conversão relativa ao reagente limitante (
) é
- Calculando:
Passo 6
Cálculo da percentagem do reagente em excesso:
-
O reagente em excesso é
. A quantidade estequiométrica de necessária para reagir com todo o (isto é, para consumir os de ) seria (razão 1:1). -
A alimentação de
é . O excesso absoluto é . -
A percentagem de excesso (comparada à quantidade necessária) é
Passo 7
Cálculo da massa de
produzida por kg de vapor alimentado:
-
Mols de
produzidos por hora: . -
Massa de
produzida por hora:
- Massa de
alimentada por hora:
- Assim, kg de
produzido por kg de vapor alimentado:
Resposta
(a)
(b)
(c)
(d)
(b)
(c)
(d)