O metanol é produzido pela reação do monóxido de carbono com o hidrogênio. Uma corrente de alimentação virgem contendo CO e
se junta a uma corrente de reciclo, e a corrente combinada alimenta um reator. A corrente de saída do reator flui com uma vazão de
e contém
em massa de
e
. (Note que estas percentagens são em massa e não molares.) Esta corrente entra em um resfriador, onde a maior parte do metanol é condensada. O metanol líquido condensado é retirado como produto, e a corrente gasosa que sai do condensador_- que contém
e
molar
não condensado - é a corrente de reciclo que é combinada com a alimentação virgem.
Sem fazer nenhum cálculo, prove que você tem informação suficiente para determinar (i) as vazões molares de CO e
na alimentação virgem, (ii) a taxa de produção de metanol líquido e (iii) a conversão no processo e a conversão de monóxido de carbono no reator. Depois, faça os cálculos.
Sem fazer nenhum cálculo, prove que você tem informação suficiente para determinar (i) as vazões molares de CO e
Passo 1
Beleza, vamos recapitular rapidinho. O problema fala de produção de metanol pela reação
Temos:
- Uma corrente virginal de CO e H₂ que se mistura com uma corrente de reciclo e alimenta o reator.
- O efluente do reator é de 350 mol/min, com 10,6 % em massa de H₂, 64,0 % de CO e 25,4 % de CH₃OH.
- No condensador, quase todo o metanol vira líquido e sai como produto; o gás que sai (recyclo) tem 0,40 % molar de CH₃OH, o resto CO e H₂.
Matéria envolvida: balanço de massa em estado estacionário, conversão e estequiometria.
O que vamos precisar:
O que vamos precisar:
- Converter % em massa → frações molares.
- Fazer balanço no condensador (pra achar taxa de reciclo e metanol líquido).
- Balanço de matéria no reator (pra achar alimentação virginal e conversões).
Passo 2
Primeiro pegamos os % em massa do efluente do reator e viramos frações molares. A teoria é:
onde
é fração em massa e
massa molar.
Substituindo:
- H₂:
- CO:
- CH₃OH:
Soma dos termos =
.
Logo as frações molares no efluente são:
Logo as frações molares no efluente são:
Como o total é 350 mol/min:
Passo 3
No condensador, parte do metanol condensa e vira produto líquido. Chamando de
o fluxo de gás que sai (reciclo), sabemos que nesse gás
e que ele carrega todo o CO e H₂ do efluente do reator, ou seja, 95,5 mol/min de CO e 221,5 mol/min de H₂. Então:
Rearranjando:
Desse modo o metanol que não foi carry-over e condensou (produto líquido) é
Passo 4
Agora volta pro reator.
– Na entrada do reator vêm: reciclo de mol/min (com 0,4 % de MeOH, 95,5 mol CO e 221,5 mol H₂) + alimentação virginal (
,
).
– Chama extensão de reação de CO de ; aí reagem
de CO e
de H₂ pra dar
de CH₃OH.
– No efluente temos:
CO: (pois medimos isso no passo 2),
H₂: ,
MeOH: .
– Na entrada do reator vêm: reciclo de
– Chama extensão de reação de CO de
– No efluente temos:
CO:
H₂:
MeOH:
Da última equação sai direto
Agora olha CO:
Para H₂:
Passo 5
Conversões:
-
Conversão no reator (baseada no CO que entra no reator):
ou 25 %. -
Conversão global (baseada na alimentação virginal de CO):
todo CO virginalmol/min é convertido ( );
logo.
Resposta
(i) Alimentação virginal:
(ii) Produção de metanol líquido:
(iii) Conversões: