A produção de 1,3-butadieno pode ser conduzida através da desidrogenação de 1-buteno:
Reações secundárias são inibidas pela introdução de vapor d’água. Se o equilíbrio é obtido a 950 K e 1 bar e se o produto do reator contém, em base molar, 10% de 1,3-butadieno, determine:
(a) As frações molares das outras espécies no produto gasoso.
(b) A fração molar de vapor d’água necessária na alimentação.
Resp. (a)
no produto final
; (b)
na alimentação)
(a) As frações molares das outras espécies no produto gasoso.
(b) A fração molar de vapor d’água necessária na alimentação.
Passo 1
O enunciado trata da reação gasosa de desidrogenação do 1-buteno em 1,3-butadieno e hidrogênio, usando vapor d’água como diluente inerte que não entra na reação:
Estamos a 950 K e 1 bar, e no produto em base molar temos
. Vamos definir a conversão do 1-buteno, montar o balanço de mols no produto e obter as frações molares pedidas, e em seguida calcular a fração molar de vapor d’água na alimentação.
Passo 2
Seja
o número de mols iniciais de 1-buteno e
o número de mols de vapor d’água. Seja
a conversão de 1-buteno. Depois da reação teremos:
– mols de 1-buteno não reagido: .
– mols de 1,3-butadieno formado: .
– mols de formado:
.
– mols de inerte:
.
O total de mols no produto é
– mols de 1-buteno não reagido:
– mols de 1,3-butadieno formado:
– mols de
– mols de
O total de mols no produto é
Passo 3
A fração molar de butadieno é
A fração molar de 1-buteno seria
A razão
. Como
e ainda não conhecemos
, usamos diretamente
Mas podemos obter
isolando diretamente da expressão de
se escrevermos
Passo 4
Do passo anterior,
Como ainda não conhecemos
numericamente, vamos primeiro usar a razão entre butadieno e hidrogênio: note que no produto
e portanto
Assim o total de frações deve fechar em 1:
onde adiante confirmamos
.
Passo 5
Para determinar a fração molar de vapor d’água na alimentação usamos
Resposta
(a) No produto gasoso temos
(b) Na alimentação a fração molar de vapor d’água é
(b) Na alimentação a fração molar de vapor d’água é