Na produção de etileno a partir da desidrogenação do etano,
de uma corrente contendo
de
e
de inertes alimentam um reator. Sabendo-se que a composição molar na saída é de:
e inertes:
. E considerando que as seguintes reações químicas ocorrem no reator:
Calcule: a vazão de saída do reator, a conversão do etano, o rendimento do etileno baseado na alimentação, a vazão molar de
consumida no processo, o rendimento do etileno baseado no consumo de reagente limitante e a seletividade do etileno em relação ao metano. (R: 140,2 kmol/h;
.
Passo 1
Beleza, o exercício é sobre um balanço de massa numa reação de desidrogenação do etano (C₂H₆) pra produzir etileno (C₂H₄) e H₂, sabendo que rola também uma reação secundária que forma CH₄. A gente tem:
- Alimentação: 100 kmol/h com 85% C₂H₆ e 15% inertes.
- Saída: composição molar dada (C₂H₆ 30,3%; C₂H₄ 28,6%; H₂ 26,8%; CH₄ 3,6%; inertes 10,7%).
Conteúdo: balanço de massa, conversão, rendimento e seletividade. Vamos precisar de: balanço de inertes pra achar vazão total de saída, depois calcular vazões individuais e daí todas as grandezas pedidas.
Passo 2
Primeiro, vamos achar a vazão total de saída (F_out) usando inertes. Como inertes não reagem, a vazão de inertes entra = sai:
– Inertes na alimentação:
– Inertes na alimentação:
– Inertes na saída é 10,7% da vazão total F_out, então:
Passo 3
Agora calculamos as vazões molares de cada componente na saída multiplicando F_out pelas porcentagens:
Passo 4
A quantidade de etano consumida é a diferença entre o que entrou e o que saiu:
Passo 5
Conversão do etano é a fração consumida sobre o que entrou:
Passo 6
Rendimento do etileno baseado na alimentação é o quanto de C₂H₄ saiu dividido pelo etano que entrou:
Passo 7
Rendimento do etileno baseado no consumo de etano (reagente limitante) é:
Passo 8
Seletividade do etileno em relação ao metano é a razão entre o etileno formado e o metano formado, na saída:
Resposta
Vazão de saída: 140,2 kmol/h
Conversão de C₂H₆: 50%
Rendimento de C₂H₄ (base alimentação): 47,2%
Vazão de C₂H₆ consumida: 42,5 kmol/h
Rendimento de C₂H₄ (base consumo): 0,94 kmol C₂H₄/kmol C₂H₆
Seletividade C₂H₄/CH₄: 7,94 kmol C₂H₄/kmol CH₄
Conversão de C₂H₆: 50%
Rendimento de C₂H₄ (base alimentação): 47,2%
Vazão de C₂H₆ consumida: 42,5 kmol/h
Rendimento de C₂H₄ (base consumo): 0,94 kmol C₂H₄/kmol C₂H₆
Seletividade C₂H₄/CH₄: 7,94 kmol C₂H₄/kmol CH₄