O metano queima nas seguintes reações:
(combustão completa)
(combustão parcial ou incompleta)
REAÇÃO GLOBAL:
Sabendo que a alimentação do reator é composta por
de
de
e
de
(em base molar), a entrada de metano é equivalente a
, a conversão do metano é de
e na saída a proporção entre
é de 9/1 mol. Determine:
A seletividade e o rendimento do processo, sabendo que é desejado a ocorrência da combustão completa;
REAÇÃO GLOBAL:
Sabendo que a alimentação do reator é composta por
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.
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
e a de CO de
.
Então, a quantidade total de C nos produtos é:
Como todo o C dos produtos vem do CH₄ reagido (que são 90 mol/h), temos:
Portanto:
Passo 5
Agora, vamos calcular a seletividade. A seletividade (
) é a fração do reagente convertido que forma o produto desejado (neste caso, CO₂).
Passo 6
O rendimento (
) 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 %.