A oxidação do etileno para produzir óxido de etileno transcorre de acordo com a equação
A alimentação do reator consiste em
e 100 kmol O 2 .
(a) Qual é o reagente limitante?
(b) Qual é a porcentagem em excesso do outro reagente?
(c) Se a reação transcorre até se completar, quanto do reagente em excesso irá sobrar, quanto
será formado e qual será a extensão da reação?
(d) Se a reação transcorre até um ponto onde a percentagem de conversão do reagente limitante é
, quanto de cada reagente e de cada produto está presente no final, e qual é a extensão da reação?
(e) Se a reação transcorre até um ponto onde sobram
, qual é a conversão fracional do
? Qual é a conversão fracional do
? Qual é a extensão da reação?
(a) Qual é o reagente limitante?
(b) Qual é a porcentagem em excesso do outro reagente?
(c) Se a reação transcorre até se completar, quanto do reagente em excesso irá sobrar, quanto
(d) Se a reação transcorre até um ponto onde a percentagem de conversão do reagente limitante é
(e) Se a reação transcorre até um ponto onde sobram
Passo 1
O enunciado dá a reação
e a alimentação inicial do reator:
kmol de
e
kmol de
.
As perguntas são:
(a) Qual é o reagente limitante?
(b) Qual é a porcentagem em excesso do outro reagente?
(c) Se a reação vai até completar, quanto do reagente em excesso sobra, quanto de será formado e qual é a extensão da reação?
(d) Se a conversão do reagente limitante for , quanto de cada reagente e produto está presente no final e qual é a extensão da reação?
(e) Se sobram kmol de
no final, qual é a conversão fracional do
, qual é a conversão fracional do
e qual é a extensão da reação?
(a) Qual é o reagente limitante?
(b) Qual é a porcentagem em excesso do outro reagente?
(c) Se a reação vai até completar, quanto do reagente em excesso sobra, quanto de
(d) Se a conversão do reagente limitante for
(e) Se sobram
Dados relevantes listados:
equação estequiométrica com coeficientes:
,
,
.
Passo 2
Como determinar o reagente limitante (explicação didática): a ideia é comparar a razão entre as moles iniciais e os coeficientes estequiométricos (em valor absoluto) para cada reagente. Para cada reagente
calculamos
o reagente com o menor valor dessa razão é o que se esgota primeiro — ou seja, o limitante.
Calculemos para cada reagente dadas as moles iniciais:
Para :
Para
Para
:
Comparando
e
, o menor é
, portanto o reagente limitante é
. (Resposta da parte (a) identificada.)
Passo 3
Porcentagem em excesso do outro reagente (explicação didática): para o reagente em excesso (aqui
) calculamos quanto seria necessário estequiometricamente para reagir completamente com o reagente limitante e comparamos com o fornecido. A fórmula do excesso percentual é
Quantidade de
necessária para consumir toda a
: a estequiometria diz que para cada
mol de
precisamos de
mol de
. Logo, para
kmol de
precisamos de
Como há
kmol fornecidos, o excesso em kmol é
kmol. Assim a porcentagem em excesso é
Passo 4
Definição de extensão de reação (didática): a extensão de reação
é uma variável que indica quantos “moles de reação” ocorreram; as variações de quantidade seguem
. Aqui
são os coeficientes estequiométricos (negativos para reagentes, positivos para produtos).
Aplicando isso ao caso de reação completa (parte (c)): se a reação prossegue até completar, o reagente limitante
é totalmente consumido. A variação de
é
Como todo o
é consumido,
kmol (a variação é negativa porque se consome), então
Com
kmol, calculamos os consumos/formações:
-
consumida: kmol. Então sobra
-
formada: kmol. Logo
Portanto, para reação completa: sobra
kmol de
, formam-se
kmol de
e a extensão é
kmol.
Passo 5
Caso de conversão de
do reagente limitante (parte (d)) — procedimento e conta detalhada: a conversão fracional do reagente limitante é
Se
, então os moles consumidos de
são
Esse consumo corresponde a
, logo
Com
kmol:
-
final: -
consumida: kmol, então -
formada: kmol, então
Portanto, para
de conversão do
: restam
kmol de
,
kmol de
,
kmol de produto, e
kmol.
Passo 6
Caso em que restam
kmol de
(parte (e)) — procedimento e contas: se
kmol e
kmol, então a quantidade de
consumida foi
Como o consumo de
está relacionado à extensão por
, temos
kmol.
Com
kmol:
- Consumo de
: kmol. Portanto kmol. - Formação de
: kmol. - Conversões fracionais:
Portanto, com
kmol de
sobrando, a conversão do
é
, a do
é
, e
kmol.
Resposta
(a)
é o reagente limitante.\n
(b) Excesso de :
.\n
(c) Sobra kmol; forma-se
kmol; extensão
kmol.\n
(d) Restam kmol,
kmol;
kmol; extensão
kmol.\n
(e) Conversão fracional de :
; de
:
; extensão
kmol.
(b) Excesso de
(c) Sobra
(d) Restam
(e) Conversão fracional de