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:
g) % reagente em excesso:
g) % reagente em excesso:
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício de química envolvendo a produção de metanol (
) a partir de dióxido de carbono (
) e hidrogênio (
). 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:
Essa equação nos diz que 1 mol de
reage com 3 mols de
para produzir 1 mol de metanol e 1 mol de água.
Passo 3
Sabemos que a alimentação do reator contém 28% de
, 70% de
e 2% de inertes (I). Além disso, a conversão de hidrogênio (
) é de 60%. Queremos produzir 155 kmol/h de
.
Primeiro, vamos calcular quantos kmol de
estão sendo consumidos para produzir 155 kmol/h de metanol. Pela estequiometria da reação, para cada 1 mol de
produzido, 3 mols de
são consumidos.
Então:
Passo 4
A conversão de
é de 60%, o que significa que apenas 60% do
na alimentação está sendo convertido em produto. Portanto, a quantidade total de
na alimentação (
) pode ser calculada assim:
Passo 5
Sabemos que a alimentação contém 70% de
e 28% de
. Vamos calcular a quantidade de
na alimentação.
A massa total da alimentação pode ser considerada como 1 hora, então:
Agora, a quantidade de
:
Passo 6
Agora, vamos determinar qual dos reagentes está em excesso. Pela estequiometria da reação, para 310 kmol/h de
, precisamos de:
Mas na alimentação, temos 775 kmol/h de
, o que é menos do que os 930 kmol/h necessários. Isso significa que o
está limitante e o
está em excesso.
Passo 7
Para calcular o percentual de
em excesso, vamos ver quanto
não foi consumido.
Quantidade necessária de
para consumir todo o
:
Quantidade em excesso:
Percentual de excesso:
Resposta
O reagente
está em excesso em aproximadamente 20%.