(Nilo, p. 197, q. 75) Metanol é produzido pela reação: CO+2 H2 CH3 OH. Uma carga fresca contendo ambos reagentes em proporções estequiométricas é misturada com uma corrente de reciclo e a carga combinada é alimentada no reator. A corrente efluente do reator na vazão de 4,5 mol / s e com a seguinte composição mássica: H2=9,3 %, CO=64,5 % e CH3 OH=26,2 % passa por um condensador onde a maior parte do metanol é condensada. Os gases não condensados (todo o CO e o H2 ) com um teor em quantidade de matéria de metanol igual a 0,5 % constituem a corrente de reciclo. Calcule:
a) a vazão molar produzida de metanol. R: 0,454 mol / s.
b) a conversão por passe no reator. R: 25,2%.
c) a razão molar de reciclo (vazão de reciclo/vazão da carga fresca do processo). R: 2,98.

Passo 1

O enunciado descreve a síntese de metanol pela reação
CO + 2,H2 ;longrightarrow; CH3OH
com recirculação dos gases não condensados. Temos no efluente do reator fluxo molar total de 4,5 mol/s e composição mássica H2=9,3%, CO=64,5%, CH3OH=26,2%. Após condensação, todo o CO e H2 mais 0,5% (mol) de metanol formam a corrente de reciclo. Pedem-se:
a) vazão molar de metanol produzida,
b) conversão por passe,
c) razão molar de reciclo.

Passo 2

Vamos converter as frações mássicas wi em fluxos molares Fi no efluente usando as massas molares MH2=2, MCO=28, MMeOH=32. Primeiro
sumiwiMi =0,0932+0,64528+0,26232 =0,077723
Como sum Fi=4,5 mol/s, a “massa total” relativa é
dot m=4,50.077723=57,90
e cada fluxo é
Fi=wi,dot mMi
Logo
FH2=2,693, FCO=1,335, FCH3OH=0,474 (mol/s)

Passo 3

A corrente de reciclo, de vazão dot R, contém todo CO e H2 e fração molar de metanol yMeOH=0,005. Como
dot R,yH2=FH2, dot R,yCO=FCO, yH2+yCO=0,995,
segue
dot R =FH2+FCO0,995 =2,693+1,3350,995 =4,049;mol/s
A produção líquida de metanol é
dot P =FCH3OH -dot R,yMeOH =0,474 - 4,049times0,005 =0,454;mol/s

Passo 4

Pela estequiometria, cada mol de metanol consome 1 mol de CO e 2 mol de H2. Assim a alimentação fresca é
FCO,0=dot P, FH2,0=2,dot P,
e o fluxo fresco total vale
F0 =FCO,0+FH2,0 =3,dot P =1,362;mol/s

Passo 5

A conversão por passe X é a fração do CO reagido em relação ao CO alimentado:
X =CO consumidaCO alimentada =dot PFCO,0+FCO,rec =0,4540,454 + 1,335 =0,252approx25,2%

Passo 6

A razão molar de reciclo é
dot RF0 =4,0491,362 =2,97approx2,98

Resposta

(a) 0,454 mol/s
(b) 25,2%
(c) 2,98

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