(2,5 pontos) Um reator opera a desidrogenação catalítica do hexano:
C6 H14 C6 H6+4 H2
Ocorrendo a reação secundária:
C6 H14 C6 H12+H2
O reator opera com uma conversão de 40 % do hexano e com uma seletividade de 80 %. Para evitar uma desidrogenação muito profunda, alimenta-se o reator com uma mistura de hexano e hidrogênio, de composição 80% molar em hidrogênio. O hidrogênio é proveniente de uma corrente de reciclo. Desenvolver o balanço no reator para uma produção de 100 kgmol / h de benzeno (C6 H6).

Passo 1

O enunciado trata de um reator em que ocorre a desidrogenação catalítica do hexano, com duas reações simultâneas:
  1. Reação principal
ceC6H14 -> C6H6 + 4 H2
  1. Reação secundária
ceC6H14 -> C6H12 + H2
Temos conversão de hexano X=40% e seletividade à benzeno S=80%. A alimentação ao reator é uma mistura com 20 % mol de ceC6H14 e 80 % mol de ceH2 (este vindo de reciclo). Queremos dot nceC6H6=100 kmol/h. Faremos balanço molar no reator.

Passo 2

Definimos o fluxo molar total de alimentação F. Então
dot nC6H14,in = 0,2,F, dot nH2,in = 0,8,F
Como a conversão de ceC6H14 é X=0,4, o hexano reagido é
dot nC6H14,reagido = Xcdotdot nC6H14,in =0,4,(0,2F)=0,08F
Deste reagido, a fração S=0,8 vai para a reação principal e 1-S=0,2 para a secundária:
xi1 = 0,8cdot0,08F = 0,064F, xi2 = 0,2cdot0,08F = 0,016F

Passo 3

Na reação principal cada mol de hexano gera 1 mol de benzeno, logo
dot nceC6H6 = xi1 = 0,064F
Queremos dot nceC6H6=100 kmol/h, então
0,064F = 100 Longrightarrow F = 1000,064 = 1562,5 kmol/h

Passo 4

Com F em mãos, os fluxos de alimentação são
dot nC6H14,in = 0,2F = 312,5 kmol/h, dot nH2,in = 0,8F = 1250 kmol/h

Passo 5

No efluente do reator temos:
– Hexano reagido
0,08F = 125 kmol/h
– Hexano não reagido
dot nC6H14,out =312,5 - 125 = 187,5 kmol/h
– Benzeno
dot nceC6H6 = 100 kmol/h
– Ciclohexeno ( ceC6H12)
dot nceC6H12 = xi2 = 0,016F = 25 kmol/h
– Hidrogênio produzido
4,xi1 + 1,xi2 =4cdot0,064F + 0,016F =0,272F = 425 kmol/h
Portanto o H 2 total no efluente é
dot nH2,out = 1250 + 425 = 1675 kmol/h

Passo 6

Para manter a alimentação de H 2 igual a 1250 kmol/h, reciclamos essa quantidade, e o excedente é purgado:
dot nH2,rec = 1250 kmol/h, dot nH2,pur>= = 1675 - 1250 = 425 kmol/h

Resposta

Fluxos em kmol/h:
Alimentação
dot nC6H14,in=312,5,
dot nH2,in=1250;
Efluente
dot nC6H14,out=187,5,
dot nceC6H6=100,
dot nceC6H12=25,
dot nH2,out=1675;
Reciclo de H 2: 1250
Purge de H 2: 425.

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