A partir de um estudo em laboratório, utilizando reator diferencial, sobre a reação de formação de metano a partir de hidrogênio e monóxido de carbono (
) catalisada por níquel, obteve-se a seguinte lei de velocidade:
Deseja-se produzir 20 ton/dia de
. Calcule a massa de catalisador necessária para alcançar 80% de conversão em um reator de leito fluidizado, assumindo que o equipamento possa ser modelado como CSTR. A alimentação consiste de
de
e
de CO a uma temperatura de
e 10 atm. Pode-se assumir que a perda de carga é desprezível e que
reator opera isotermicamente.
Passo 1
O enunciado pede a massa de catalisador necessária num reator CSTR para produzir 20 t/dia de
com 80 % de conversão, usando a lei de velocidade
A matéria envolve balanço molar em CSTR e conversão, cálculo de fluxos molares, frações molares e pressões parciais.
Passo 2
Convertendo a produção desejada em fluxo molar:
A massa diária de é
kg =
g. Como
g/mol, temos produção
A massa diária de
Em conversão
, o fluxo molar de
na alimentação é
e de
(razão estequiométrica 3:1)
Passo 3
Em CSTR a composição do efluente é a do reator. Após reação,
O total
Logo as frações molares no reator são
Logo as frações molares no reator são
A pressão total é
atm, então
Passo 4
Calcula-se a velocidade de reação no CSTR usando as pressões parciais:
Passo 5
No CSTR a taxa de produção de
é
logo a massa de catalisador
(em g) é
Resposta
A massa de catalisador necessária é aproximadamente
kg.