Metano é queimado com oxigênio formando CO 2 e H 2 O . Uma corrente de alimentação de 150 kmol / h composta de 20 % CH 4,60 % O 2 e 20 % de CO2 são alimentados ao reator, no qual se obtém uma conversão de 90 % do reagente limitante. Calcule a composição molar da corrente de produto.

Passo 1

O enunciado diz queima de metano com oxigênio segundo a reação
CH4 + 2,O2 to CO2 + 2,H2O
e a alimentação é de 150 kmol/h com 20 % CH₄, 60 % O₂ e 20 % CO₂. A conversão do reagente limitante é 90 %.
Conteúdo: balanço de matéria estequiométrico, identificação do reagente limitante e aplicação de conversão.

Passo 2

Primeiro, calculamos as mols de cada componente na alimentação:
– CH₄: 0,20·150 = 30 kmol/h
– O₂: 0,60·150 = 90 kmol/h
– CO₂ (inerte): 0,20·150 = 30 kmol/h
Montamos a tabela estequiométrica (para 1 mol de CH₄):
l|ccc Espécie & In & Deé
onde é o avanço da reação.

Passo 3

Para descobrir o reagente limitante, vemos quanto cada reagente permitiria reagir:
– Se todo CH₄ (30 kmol) reagisse, .
– Para O₂, como vêm 90 kmol e a estequiometria pede 2 mol O₂ por mol CH₄, o possível .
Menor avanço é 30, logo CH₄ é limitante.

Passo 4

Como a conversão de CH₄ é 90 %, temos
xi = 0,90 times 30 = 27 kmol/h
Substituindo na tabela:
– CH₄ out = kmol/h
– O₂ out = kmol/h
– CO₂ out = kmol/h
– H₂O out = kmol/h
Total de produto = kmol/h.

Passo 5

Calculamos a fração molar de cada componente na corrente de produto:
xCH4 = 3150 = 0,02 xO2 = 36150 = 0,24
xCO2 = 57150 = 0,38 xH2O = 54150 = 0,36

Resposta

A composição molar da corrente de produto é:
xCH4=0,02, xO2=0,24, xCO2=0,38, xH2O=0,36

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