Na produção de etileno a partir da desidrogenação do etano, 100 kmol / h de uma corrente contendo 85 % de C2 H6 e 15 % de inertes alimentam um reator. Sabendo-se que a composição molar na saída é de: C2 H6: 30,3 %, C2 H4: 28,6 %, H2: 26,8 %, CH4: 3,6 % e inertes: 10,7 %. E considerando que as seguintes reações químicas ocorrem no reator:
C2 H6 C2 H4+H2 (reação de desidro>=nação - desejada) C2 H6+H2 CH4 (reação secundária de formação do metano - indesejada) çãçãçãáçã
Calcule: a vazão de saída do reator, a conversão do etano, o rendimento do etileno baseado na alimentação, a vazão molar de C2 H6 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; 50 % ; 47,2 % ; 42,5 kmol / h ; 0,94 kmol / h C2 H4 / kmol / h C2 H6 ; 7,94 kmol / h C2 H4 / kmol CH4).

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:
Fin,,inertes = 100;kmol/htimes0,15 = 15;kmol/h
– Inertes na saída é 10,7% da vazão total F_out, então:
Fouttimes0,107 = 15 Longrightarrow Fout = 150,107approx140,19;kmol/h

Passo 3

Agora calculamos as vazões molares de cada componente na saída multiplicando F_out pelas porcentagens:
Fout,,C2H6&=140,19times0,303approx42,5;kmol/h, Fout,,C2H4&=140,19times0,286approx40,1;kmol/h, Fout,,H2&=140,19times0,268approx37,6;kmol/h, Fout,,CH4&=140,19times0,036approx5,05;kmol/h, Fout,,inertes&=140,19times0,107=15;kmol/h(confere!)

Passo 4

A quantidade de etano consumida é a diferença entre o que entrou e o que saiu:
De

Passo 5

Conversão do etano é a fração consumida sobre o que entrou:
X = 42,585 = 0,50 ;=;50%

Passo 6

Rendimento do etileno baseado na alimentação é o quanto de C₂H₄ saiu dividido pelo etano que entrou:
etafeed = Fout,,C2H4Fin,,C2H6 = 40,185 approx0,472 = 47,2%

Passo 7

Rendimento do etileno baseado no consumo de etano (reagente limitante) é:
etaconsumo = Fout,,C2H4De

Passo 8

Seletividade do etileno em relação ao metano é a razão entre o etileno formado e o metano formado, na saída:
S = Fout,,C2H4Fout,,CH4 = 40,15,05approx7,94;l[tfrackmol C₂H₄kmol CH₄r]

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

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