Hexano
sofre combustão total. 1500 kg -mols
de uma corrente de alimentação composta de
de
de
de
e o restante de
são alimentadas ao reator, no qual se obtém uma conversão de
.
a) Apresente o fluxograma do processo, justificando a presença de cada componente em cada corrente.
b) Determine o reagente limitante.
c) Determine a porcentagem de excesso do reagente em excesso.
d) Calcule a vazão molar da corrente de produto.
e) Calcule a composição molar da corrente de produto.
a) Apresente o fluxograma do processo, justificando a presença de cada componente em cada corrente.
b) Determine o reagente limitante.
c) Determine a porcentagem de excesso do reagente em excesso.
d) Calcule a vazão molar da corrente de produto.
e) Calcule a composição molar da corrente de produto.
Passo 1
Dados que o enunciado fornece (vou listar tudo claramente para não nos perdermos):
Composição da alimentação (presumo porcentagens em base molar, isto é, frações molares em %):
Perguntas pedidas:
a) Apresentar o fluxograma do processo e justificar cada componente nas correntes.
b) Determinar o reagente limitante.
c) Determinar a porcentagem de excesso do reagente em excesso.
d) Calcular a vazão molar da corrente de produto.
e) Calcular a composição molar da corrente de produto.
a) Apresentar o fluxograma do processo e justificar cada componente nas correntes.
b) Determinar o reagente limitante.
c) Determinar a porcentagem de excesso do reagente em excesso.
d) Calcular a vazão molar da corrente de produto.
e) Calcular a composição molar da corrente de produto.
Observação importante (informação relevante para a resolução): o termo “conversão de
” é ambíguo se não especificarmos de qual espécie é a conversão. Antes de resolver precisamos notar que, se a conversão fosse da espécie
, isso seria impossível com os dados fornecidos (vou demonstrar isso depois). Portanto, vou explicitar essa ambiguidade no passo apropriado e escolher a interpretação consistente com os dados para poder resolver o problema.]
Passo 2
Escrevendo a reação de combustão completa do hexano e explicando a estequiometria:
A reação global balanceada é
A reação global balanceada é
Explicação didática da estequiometria (por que esses coeficientes):
- Cada átomo de carbono gera um
. Como o hexano tem carbonos, formam-se mols de por mol de . - O hidrogênio total é
átomos → forma mols de . - Contando os átomos de oxigênio nos produtos:
(do ) mais (da água) = átomos de O, isto é mols de .
Portanto, para cada mol deconsumido são necessários mols de .
Passo 3
Calcular as vazões molares de cada componente na alimentação (usei as porcentagens moleculares sobre os
):
Passo 4
Determinar o reagente limitante por comparação estequiométrica (sem ainda usar a “conversão de
”):
- Se quiséssemos consumir todo o hexano (
), o necessário seria
- Comparando com o
disponível:
Conclusão: o
é o reagente limitante (não há oxigênio suficiente para queimar todo o hexano). Isto significa que, se a reação fosse completa para todo o
disponível (conversão do
igual a
), só uma fração pequena do hexano poderia reagir. Portanto, o reagente limitante é:
Passo 5
Tratar a ambiguidade da “conversão de
” e justificar a escolha interpretativa:
- Se a conversão
fosse da espécie , o hexano consumido seria
e o
necessário para isso seria
o que é muito maior do que o
disponível (
). Portanto essa interpretação é impossível com os dados fornecidos.
- A interpretação consistente com os dados é: a conversão de
aplica-se ao reagente limitante ( ), ou seja, do alimentado reage. Essa interpretação é a única que torna os números fisicamente compatíveis. Vou, portanto, usar essa interpretação para continuar a resolução.
Observação pedagógica: em problemas de equilíbrio estequiométrico sempre cheque se a conversão dada é compatível com as quantidades iniciais e com a estequiometria — é uma verificação simples que evita erros.
Passo 6
Calcular as quantidades reagidas usando a interpretação adotada (conversão de
do
):
Pela estequiometria, para cada
mols de
consumidos consome-se
mol de
. Logo a quantidade de hexano consumida é
Arredondarei nos resultados finais com algarismos significativos razoáveis, mas mantive valores com casas extras durante os cálculos para evitar erros de arredondamento.
Passo 7
Calcular as correntes de produto e os não reagidos usando as relações estequiométricas:
- Hexano remanescente:
- Oxigênio remanescente:
-
produzido pela combustão (apenas da reação): para cada mol de hexano consumido formam-se mols de :
Há também
que já vinha na alimentação (
), que permanece inerte. Assim o total de
na saída é
- Água formada:
- Nitrogênio é inerte, passa sem reação:
Passo 8
Calcular a vazão molar total da corrente de produto somando todas as espécies na saída:
Arredondando razoavelmente:
]
Passo 9
Calcular a composição molar (frações molares e % molares) da corrente de produto:
Fração molar de cada espécie:
Fração molar de cada espécie:
Verificação rápida: somando as porcentagens obtém-se aproximadamente
.]
Passo 10
Calcular a porcentagem de excesso do reagente em excesso (a espécie em excesso é
):
Definição prática usada: porcentagem de excesso do reagente em excesso = , onde “mols estequiométricos necessários” é a quantidade que seria necessária para reagir com todo o reagente limitante disponível.
Definição prática usada: porcentagem de excesso do reagente em excesso =
- Quantidade de
necessária para reagir com todo o disponível ( ) é
- Assim, porcentagem de excesso do
é
Resposta
a) Fluxograma (resumo): Alimentação (contendo
) → Reator de combustão (reação
) → Corrente de produto (contendo
não reagido,
não reagido,
total,
e
). Justificação:
e
da alimentação são inertes/transportados;
e
são reagentes; produto contém
formado +
inicial,
formado e quaisquer não reagidos.
b) Reagente limitante: .
c) Porcentagem de excesso do reagente em excesso ( ):
(aprox.).
d) Vazão molar da corrente de produto: (aprox.).
e) Composição molar da corrente de produto (porcentagens molares, aproximadas):
b) Reagente limitante:
c) Porcentagem de excesso do reagente em excesso (
d) Vazão molar da corrente de produto:
e) Composição molar da corrente de produto (porcentagens molares, aproximadas):