O metanol pode ser produzido pela reação de dióxido de carbono e hidrogênio, segundo:
A alimentação virgem do processo contém hidrogênio, dióxido de carbono e
molar de inertes (representados por I). O efluente do reator passa a um condensador, que retira essencialmente todo o metanol e a água formados e nenhum dos reagentes ou inertes. Estas substâncias são recicladas ao reator. Para evitar acúmulo de inertes no sistema, uma corrente de purga é retirada do reciclo. A alimentação combinada do reator (alimentação virgem do processo + corrente de reciclo) contém
de
de
e o restante inertes (% molares). A conversão no reator é de
. Calcular a vazão e composição molar da alimentação virgem, a alimentação total do reator, a corrente de reciclo e a corrente de purga para uma produção de metanol de
. (Resposta: alimentação virgem,
molar de
molar
e
molar I; alimentação do reator,
; reciclo,
; purga, 59,9 kmol/h)
Passo 1
O enunciado trata de um reator com recirculação e purga para a reação
Queremos produzir
,kmol/h de metanol. A alimentação virgem contém
,
e
de inertes. O efluente do reator tem conversão de
(definida aqui em relação ao reagente limitante) e passa por um condensador que retira todo metanol e água, deixando somente
,
e inertes, que voltam ao reator exceto uma purga. A alimentação total do reator (virgem
recirculação) tem composição fixa de
,
e
inertes (molar). Precisamos encontrar:
- Vazão e composição da alimentação virgem (
). - Vazão total da alimentação do reator (
). - Vazão do recirculo após a purga (
). - Vazão da purga (
).
Passo 2
Usando estequiometria e produção de
,kmol/h de
:
-
( : ) -
.
Passo 3
Na alimentação total do reator
(kmol/h), a fração molar de
é
. A conversão de
refere-se ao reagente limitante, que é
(o
na alimentação é
). Logo,
Passo 4
O efluente não condensado (gases) retorna ao laço antes da purga. As correntes de reagentes não consumidos são:
Total de gás para purg
eciclo:
Passo 5
Seja
a vazão recirculada ao reator (após a purga) e
a vazão virgem. Temos
Como os inertes não reagem, o balanço de inertes na mistura
dá:
porém
antes da purga. Corrigindo: o balanço de inertes na mistura virgem
recirculado que entra no reator é
onde
. Substituindo
:
Resolvendo para
:
Logo
Passo 6
Para a composição da alimentação virgem, usamos o balanço de
na mistura:
onde
é a fração de
na corrente recirculada. Substituindo
e
:
E
A vazão da purga é
Resposta
Alimentação virgem:
kmol/h, com
CO
,
H
,
I
Alimentação total do reator: kmol/h
Reciclo (pós purga): kmol/h
Purga: kmol/h
Alimentação total do reator:
Reciclo (pós purga):
Purga: