A metanol é produzido na reação de CO2 com H2:
CO2+3 H2 CH3 OH+H2 O
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, b = H e de 60%. Para uma produção de 155 kmol/h de CH3OH, calcule:
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 ( CH3OH) a partir de dióxido de carbono ( CO2) e hidrogênio ( H2):
CO2 + 3,H2 CH3OH + H2O
O que precisamos encontrar é a conversão global de H2, 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 CO2
    • 70% de H2
    • 2% de inertes ( I)
  • Conversão por passe ( bH): 60%
  • Produção de CH3OH: 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 F : 155 kmol/h
A conversão por passe de 60% para P 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:
  1. Para CH3OH:
    Produção = 155 kmol/h çã
  2. Para CO2:
    Entrada de CO2 = 0,28F
    Consumo de CO2 = Produção de CH3OH = 155 kmol/h çã
    Portanto:
    0,28F - 155 = Saída de CO2 í
  3. Para H2:
    Entrada de H2 = 0,70F
    Consumo de H2 = 3 times Produção de CH3OH = 3 times 155 = 465 kmol/h çã
    Considerando a conversão de 60%:
    0,60 times 0,70F = 465
  4. Para os inertes ( I):
    Entrada de I = 0,02F
    Saída de I = P í
    Como estamos em estado estacionário:
    0,02F = P

Passo 5

Vamos resolver as equações para encontrar $ F $:
A partir da conversão de F :
H2
0,60 times 0,70F = 465
0,42F = 465
Agora, podemos calcular a purga ($ P $):
F = 4650,42 approx 1107,14 kmol/h

Passo 6

Com o fluxo total $ F $ conhecido, podemos calcular a conversão global de F . 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:
H2
X

Resposta

A conversão global de H2 é de 60%.

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