O metano queima nas seguintes reações:
CH4+2 O2 CO2+2 H2 O (combustão completa)
CH4+3 / 2 O2 CO+2 H2 O (combustão parcial ou incompleta)
REAÇÃO GLOBAL: 2 CH4+7 / 2 O2 CO2+CO+4 H2 O
Sabendo que a alimentação do reator é composta por 7,8 % de CH4 ; 19,4 % de 2 e 72,8 % de N2 (em base molar), a entrada de metano é equivalente a 100 mol / h, a conversão do metano é de 90 % e na saída a proporção entre CO2 / CO^-é de 9/1 mol. Determine:
A seletividade e o rendimento do processo, sabendo que é desejado a ocorrência da combustão completa;

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você me passou um exercício de química envolvendo reações de combustão do metano (CH₄). A matéria aqui é estequiometria das reações químicas, onde vamos calcular a seletividade e o rendimento do processo de combustão. Para resolver isso, vamos precisar entender como balancear as reações, calcular mols dos reagentes e produtos, e aplicar conceitos de conversão, seletividade e rendimento.

Passo 2

Primeiro, vamos organizar as informações que temos:
  • Entrada de metano (CH₄): 100 mol/h
  • Composição da alimentação:
    • 7,8% CH₄
    • 19,4% O₂
    • 72,8% N₂
  • Conversão do metano: 90%
  • Relação na saída entre CO₂ e CO: 9/1 mol

Passo 3

Vamos calcular quantos mols de CH₄ estão realmente reagindo. A conversão de 90% significa que 90% dos 100 mol/h de CH₄ estão reagindo.
Mols de CH4 reagidos = 100 , mol/h times 0,90 = 90 , mol/h

Passo 4

Sabemos que na saída a proporção entre CO₂ e CO é de 9 para 1 mol. Isso significa que para cada 10 mols de produtos formados, 9 são CO₂ e 1 é CO.
Vamos chamar a quantidade de CO₂ produzida de 9x + x = 10x e a de CO de 10x = 90 , mol/h Rightarrow x = 9 , mol/h .
Então, a quantidade total de C nos produtos é:
CO2 = 9x = 81 , mol/h
Como todo o C dos produtos vem do CH₄ reagido (que são 90 mol/h), temos:
CO = x = 9 , mol/h
Portanto:

Passo 5

Agora, vamos calcular a seletividade. A seletividade ( S = Mols de CO2Mols de CH4 reagidos = 8190 = 0,90 ou 90% ) é a fração do reagente convertido que forma o produto desejado (neste caso, CO₂).

Passo 6

O rendimento ( R = 90% ) é a fração do reagente convertido que efetivamente se transforma no produto desejado, considerando possíveis perdas.
Como no nosso caso queremos a combustão completa (produzindo CO₂), e a seletividade é 90%, o rendimento também será 90%.

Resposta

A seletividade do processo é de 90 % e o rendimento é também de 90 %.

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