(Nilo, p. 195, q. 71) No processo de obtenção da amônia, a carga é uma mistura gasosa
na relação estequiométrica, contendo metano e argônio como inertes, totalizando um teor molar de
. A corrente gasosa, contendo os reagentes não convertidos, os inertes e a amônia gasosa são divididos em duas correntes, uma que é reciclada ao reator e a outra que é purgada para evitar o acúmulo de metano e argônio no reator, de tal forma que a carga combinada não contenha mais do que
molar de inertes. A conversão global dos reagentes é de
, no entanto apenas 75,0% da amônia produzida é recuperada como amônia líquida. Calcule:
a) A razão molar de purga (gás de purga/gás de reciclo). R: 0,237.
b) A % de conversão por passe no reator. R: 26,2%.
a) A razão molar de purga (gás de purga/gás de reciclo). R: 0,237.
b) A % de conversão por passe no reator. R: 26,2%.
Passo 1
O processo é o de síntese de amônia via reação
com reciclo e purga de parte do gás para controlar o acúmulo de inertes (metano
argônio).
Dados principais:
Dados principais:
- Carga fresca: mistura estequiométrica
contendo % molar de inertes (C Ar). - Conversão global dos reagentes (base fresh)
. - Apenas
da amônia produzida é removida como produto líquido (o restante volta em fase gasosa). - A corrente gasosa pós-reator e pós-condensação (onde se retira
% da N ) é dividida em purga e reciclo . - Deve manter na alimentação ao reator no máximo
% molar de inertes.
É isso que usaremos para achar (a) a razão de purgae (b) a conversão por passe .
Passo 2
Escolhemos base de
mol de carga fresca total.
– Nessa carga há mol de inertes e
mol de reagentes (
em proporção
:
).
– Conversão global significa que
mol de reagentes são consumidos.
consumido
mol
consumido
mol
– Amônia gerada mol, das quais
removidas como produto líquido (
mol).
– O gás que sai do condensador (e vai para purg eciclo) contém apenas os não-convertidos
os
% de N
que não condensou
os inertes:
não convertido
mol
não convertido
mol
N
gasosa
mol
Inertes
mol
Soma total desse efluente:
– Nessa carga há
– Conversão global
– Amônia gerada
– O gás que sai do condensador (e vai para purg
Soma total desse efluente:
Passo 3
Balanço de inertes na alimentação ao reator:
- Inertes na carga fresca
mol. - Inertes reciclados
fração de vezes . - No total, a fração molar de inertes na mistura fresc
eciclo não pode ultrapassar .
Logo, usando
com
, resolvemos para
e então achamos a purga
.
Fazendo as contas:
Fazendo as contas:
Passo 4
Relação entre conversão global
, conversão por passe
e razão de purga
num sistema com reciclo é
Substituindo
e
, temos
ou seja
.
Resposta
(a)
.
(b) Conversão por passe .
(b) Conversão por passe