( 2,5 pontos) Metanol é produzido pela reação: CO+2 H2 CH3 OH. O reator opera com uma conversão de 15 % em relação ao CO alimentado. Após o reator, a mistura de gases é resfriada e o metanol é condensado e separado. Desenvolver o balanço para uma produção de 300 kgmol / h de metanol. Identifique também os valores da corrente de reciclo e de purga.

Passo 1

O enunciado pede o balanço de massa para produzir 300 kmol/h de metanol ( CH3OH) via
CO + 2,H2 longrightarrow CH3OH,,
sabendo que, a cada passagem pelo reator, apenas 15% do CO alimentado reage. Em seguida o metanol é condensado e separado, e os gases não reagidos voltam ao reator (reciclo), com eventual purga para evitar acumulação de impurezas (aqui não há inertes explicitados).

Passo 2

Definimos as correntes (em kmol/h):
Frm CO e Frm H2: alimentações frescas de CO e H2;
Rrm CO e Rrm H2: correntes de reciclo de CO e H2;
Fr,rm CO=Frm CO+Rrm CO e Fr,rm H2=Frm H2+Rrm H2: correntes que entram no reator;
X=0,15: conversão de CO por passagem;
– Produção de metanol por passagem:
dot nrm CH3OH=X,Fr,rm CO
Como queremos dot nrm CH3OH=300, segue
0,15,Fr,rm CO=300 Longrightarrow Fr,rm CO=2000 kmol/h
Então o CO reagido é 0,15times2000=300 kmol/h e o H2 consumido é 2times300=600 kmol/h.

Passo 3

Da estequiometria pura assumimos alimentação fresca com razão H2/CO =2:
Frm H2=2,Frm CO
Nos gases que saem do reator, o CO não reagido é
(1-X),Fr,rm CO=0,85times2000=1700 kmol/h,
e o H2 não reagido é
Fr,rm H2-600
Parte destes não reagidos volta por reciclo e, na ausência de inertes, não precisamos de purga para equilibrar concentrações, ou seja, a totalidade do não reagido é reciclada:
Rrm CO=1700, Rrm H2=Fr,rm H2-600

Passo 4

Como Fr,rm H2=Frm H2+Rrm H2 e Frm H2=2,Frm CO, basta usar
Fr,rm CO=Frm CO+Rrm CO ;Longrightarrow; 2000=Frm CO+1700 ;Longrightarrow; Frm CO=300
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Frm H2=2times300=600
E
Rrm H2=Fr,rm H2-600 com Fr,rm H2=600+Rrm H2
e sabendo que Rrm H2 é todo o H2 não reagido, ou seja, 0,70,Fr,rm H2, obtém-se
Rrm H2=1400 kmol/h

Passo 5

Não há inertes no problema, então não se forma acumulação de impurezas e a purga pode ser considerada nula:
Purgarm CO=0, Purgarm H2=0

Resposta

Alimentação fresca:
,Frm CO=300 kmol/h, ,Frm H2=600 kmol/h
Reciclo:
,Rrm CO=1700 kmol/h, ,Rrm H2=1400 kmol/h
Purga:
,0 (nenhuma)

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