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:
g) % reagente em excesso:

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício de química envolvendo a produção de metanol ( CH3OH) a partir de dióxido de carbono ( CO2) e hidrogênio ( H2). O objetivo aqui é calcular o percentual de reagente em excesso no processo. Para isso, vamos precisar entender a estequiometria da reação, a conversão dos reagentes no reator e como determinar qual dos reagentes está em excesso e de quanto.

Passo 2

Primeiro, vamos dar uma olhada na reação química fornecida:
CO2 + 3,H2 CH3OH + H2O
Essa equação nos diz que 1 mol de CO2 reage com 3 mols de H2 para produzir 1 mol de metanol e 1 mol de água.

Passo 3

Sabemos que a alimentação do reator contém 28% de CO2, 70% de H2 e 2% de inertes (I). Além disso, a conversão de hidrogênio ( b = H) é de 60%. Queremos produzir 155 kmol/h de CH3OH.
Primeiro, vamos calcular quantos kmol de H2 estão sendo consumidos para produzir 155 kmol/h de metanol. Pela estequiometria da reação, para cada 1 mol de CH3OH produzido, 3 mols de H2 são consumidos.
Então:
Kmols de H2 consumidos = 155 , kmol/h times 3 = 465 , kmol/h

Passo 4

A conversão de H2 é de 60%, o que significa que apenas 60% do H2 na alimentação está sendo convertido em produto. Portanto, a quantidade total de H2 na alimentação ( H2,alimentaçãoçã) pode ser calculada assim:
H2,alimentação times 0,60 = 465 , kmol/h çã
H2,alimentação = 4650,60 = 775 , kmol/h çã

Passo 5

Sabemos que a alimentação contém 70% de H2 e 28% de CO2. Vamos calcular a quantidade de CO2 na alimentação.
A massa total da alimentação pode ser considerada como 1 hora, então:
H2 = 775 , kmol/h = 70% Rightarrow Massa total = 7750,70 approx 1107,14 , kmol/h
Agora, a quantidade de CO2:
CO2 = 28% times 1107,14 approx 310 , kmol/h

Passo 6

Agora, vamos determinar qual dos reagentes está em excesso. Pela estequiometria da reação, para 310 kmol/h de CO2, precisamos de:
310 , kmol/h times 3 = 930 , kmol/h de H2
Mas na alimentação, temos 775 kmol/h de H2, o que é menos do que os 930 kmol/h necessários. Isso significa que o H2 está limitante e o CO2 está em excesso.

Passo 7

Para calcular o percentual de CO2 em excesso, vamos ver quanto CO2 não foi consumido.
Quantidade necessária de CO2 para consumir todo o H2:
Quantidade de CO2 = 775 , kmol/h3 approx 258,33 , kmol/h
Quantidade em excesso:
Excesso de CO2 = 310 - 258,33 = 51,67 , kmol/h
Percentual de excesso:
% Excesso = ( 51,67258,33 ) times 100 approx 20%

Resposta

O reagente CO2 está em excesso em aproximadamente 20%.

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