A metanol é produzido na reação de CO2 com H2:
A alimentação do processo contém H2 e CO2 e 0.456 de inertes (I). O efluente do reator passa por um condensador que remove basicamente todo o metanol e a água formados. O condensador não remove os reagentes e o inerte, que são reciclados para o reator. A fim de que o acúmulo de inertes não sobrecarregue o sistema, é realizado, continuamente, uma purga da corrente de reciclo. A alimentação do reator contém 28% de CO2, 70% de H2 e 2% de I. A conversão por passe no reator,
e de 60%. Para uma produção de 155 kmol/h de CH3OH, calcule:
f) Conversão global de H2:
f) Conversão global de H2:
Passo 1
Beleza, vamos lá! O que temos aqui é um problema de balanceamento de massa numa reação química. A reação em questão é a produção de metanol (
) a partir de dióxido de carbono (
) e hidrogênio (
):
O que precisamos encontrar é a conversão global de
, ou seja, quanto de hidrogênio está sendo efetivamente convertido na reação. Para isso, vamos seguir alguns passos para balancear a reação e aplicar conceitos de balanço de massa.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as informações dadas:
- Alimentação do reator:
- 28% de
- 70% de
- 2% de inertes (
)
- 28% de
- Conversão por passe (
): 60% - Produção de
: 155 kmol/h
Como os inertes não participam da reação e são reciclados, precisamos considerar a purga para evitar acúmulo. Vamos usar esses dados para montar os balanços necessários.
Passo 3
Vamos definir algumas variáveis:
- Entrada total no reator: Vamos chamar de $ F $ (kmol/h)
- Purga: $ P $ (kmol/h), que é a quantidade de reciclado que é removida para eliminar os inertes.
- Produção desejada de
: 155 kmol/h
A conversão por passe de 60% para
significa que 60% do hidrogênio que entra no reator está sendo convertido na reação.
Passo 4
Vamos montar os balanços de massa para cada componente:
-
Para
: -
Para
: Portanto: -
Para
: Considerando a conversão de 60%: -
Para os inertes (
): Como estamos em estado estacionário:
Passo 5
Vamos resolver as equações para encontrar $ F $:
A partir da conversão de
:
Agora, podemos calcular a purga ($ P $):
Passo 6
Com o fluxo total $ F $ conhecido, podemos calcular a conversão global de
. A conversão global é a fração do hidrogênio que entra no sistema que é efetivamente convertido na reação.
A conversão global ($ X $) é dada por:
Resposta
A conversão global de
é de 60%.