Uma mistura gasosa de metano e vapor d’água, a pressão atmosférica e a
, é alimentada em um reator no qual ocorrem as seguintes reações:
A corrente de produtos deixa o reator a
com a seguinte composição (frações molares):
Determine a quantidade de calor adicionada ao reator por mol do gás produzido.
Passo 1
O enunciado diz que uma mistura de metano
e vapor d’água
entra a
e sai a
após passar por duas reações em série:
A corrente de saída tem frações molares
Queremos o calor fornecido ao reator por mol de gás produzido.
Queremos o calor
Passo 2
Escolhemos como base
mol de mistura de saída. Denotemos por
o avanço da reação 1 e por
o avanço da reação 2. Escrevemos os balanços molares:
– Saída de
:
– Saída de :
– Saída de :
– Saída de :
– Conversão completa de :
– Saída de
– Saída de
– Saída de
– Conversão completa de
Resolvendo essas equações achamos
Passo 3
Escrevemos o balanço de energia estacionário (por base de 1 mol de produto):
Aqui
é a entalpia molar de cada espécie a
, tomada em relação a
e
atm.
Passo 4
Aproximamos
com dados típicos
(kJ/mol):
,
e (kJ/mo
):
e
– Entalpia das correntes de entrada a
(
K):
,kJ/mol
,kJ
,kJ/mol
,kJ
Soma entrada:
– Entalpia da saída a
(
K):
,kJ/mol
,kJ
,kJ/mol
,kJ
,kJ/mol
,kJ
,kJ/mol
,kJ
Soma saída:
Passo 5
No balanço
, logo
O sinal positivo indica que esse é o calor adicionado ao reator.
Resposta
O calor fornecido ao reator é aproximadamente
,kJ por mol de gás produzido.