Mercaptanas, sulfeto de hidrogênio e outros compostos sulfurados são removidos do gás natural por tecnologias conhecidas como “adoçamento”. Como se sabe,
é tóxico em quantidades muito pequenas, além de muito corrosivo para os equipamentos de processo. Propõe-se um processo para remoção de
empregando-se a reação com
:
Em um teste de processo, uma corrente gasosa contendo
e
é misturada a uma corrente de
puro. O processo produziu 500 lb de S . No gás efluente do reator as razões molares
e
foram, respectivamente, iguais a 3 e 10 . Determine a conversão fracionária do reagente limitante e as taxas de alimentação das correntes de
e
.
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e pede o que segue.
- Reação (estoequiometria):
- Uma corrente gasosa (mistura) contém
de e de . Outra corrente é puro. As duas correntes são misturadas e alimentadas ao reator. - O processo produziu
lb de enxofre ( ). - No gás efluente do reator as razões molares são:
(essas razões são no efluente, ou seja, entre as correntes que saem do reator). - O que se pede:
- A conversão fracionária do reagente limitante.
- As taxas (quantidades) de alimentação das correntes de
e que produziram os lb de .
Passo 2
Conceitos e método (explicação didática, passo-a-passo).
- Vamos usar o conceito de extensão da reação (
). Para a reação (com as estequiometrias dadas) se definirmos em mol de reação, as variações molares são: Explicando: conta quantas “vezes” a reação ocorreu; por cada ocorre consumo de mol de , mol de , e formação de mol de e mol de . - A massa de
produzida dá diretamente o número de mols de enxofre formados: . O número de mols de reação é . - Com
sabemos quantos mols de cada reagente foram consumidos: e . - No efluente foram dadas razões molares relativas a
. Se chamarmos o número de mols de no efluente, então: - Conservação de mols para cada espécie: alimentação = consumo + saída. Assim, conhecendo
e os podemos obter as alimentações. - Conversão fracionária de uma espécie
é: - Definição de reagente limitante (usada aqui): o reagente que, se compararmos as quantidades alimentadas normalizadas pela estequiometria
, tem o menor valor. Em outras palavras, compute e ; o menor indica qual reagente poderia limitar a extensão máxima se a reação fosse levada ao extremo.
Passo 3
Cálculo do número de mols de
formado a partir da massa dada.
- Tomamos massa atômica aproximada do enxofre
(ou lb·lbmol^{-1} no sistema usado). - Número de mols de
formado: (arredondei para três casas relevantes: ).
Passo 4
Determinar a extensão da reação
e os mols consumidos pelos reagentes.
- Como a reação forma
mol de por , temos - Mols consumidos:
Passo 5
Usar as razões molares do efluente para obter os mols de
e
que saíram do reator.
- Pelas razões dadas (todas no efluente):
Mas é exatamente a água formada (não havia água inicial no feed), logo: Assim - Da razão para
no efluente:
Passo 6
Determinar as alimentações (mols fornecidos) dos reagentes através do balanço molar simples.
- Alimentação = consumo + saída. Portanto:
(arredondei os valores para três casas decimais relevantes: , ).
Passo 7
Calcular as conversões fracionárias e identificar o reagente limitante.
- Conversões:
- Identificação do reagente limitante (pela razão
): O menor é (referente a ), portanto é o reagente limitante no sentido estequiométrico (isto é, se a reação fosse levada ao máximo permitido pela alimentação, tenderia a limitar a extensão máxima). A conversão fracionária do reagente limitante é, portanto, .]
Passo 8
Converter as alimentações molares em massas (se desejar a taxa em lb de cada componente na alimentação que gerou os
lb de S).
- Massas molares usadas:
- Massas alimentadas:
Resposta
A conversão fracionária do reagente limitante (
) é
(ou
).
Taxas de alimentação correspondentes ao processo que produziu lb de S:
(≈
) e
(≈
).
Taxas de alimentação correspondentes ao processo que produziu