Propeno pode ser produzido pela desidrogenação catalítica de propano, de acordo com a reação química:
A conversão de propano por passe no reator é de
. Se o produto efluente do processo contém
de propano, calcule:
b) A razão reciclo/alimentação fresca.
Fazer pela abordagem de avanço de reação e pela clássica de
proporção estequiométrica
b) A razão reciclo/alimentação fresca.
Fazer pela abordagem de avanço de reação e pela clássica de
proporção estequiométrica
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício que fala sobre a produção de propeno a partir da desidrogenação catalítica do propano. A reação química é:
A informação que temos é que a conversão de propano por passe no reator é de
e que o produto que sai do processo contém
de propano. A questão b) pede para calcular a razão entre reciclo e alimentação fresca, usando duas abordagens: a de avanço de reação e a clássica de proporção estequiométrica. Para resolver isso, vamos precisar entender balanços de matéria e como funciona o reciclo no processo químico.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é a conversão por passe. A conversão por passe (
) é a fração do reagente alimentado que reage no reator. Aqui, o propano (
) tem uma conversão de
, ou seja,
do propano que entra no reator reage para formar propeno e hidrogênio.
Além disso, sabemos que no produto que sai do reator, ainda tem
de propano não reagido. Isso significa que não toda a alimentação foi convertida, e parte dela precisa ser reciclada para aumentar a eficiência do processo.
Passo 3
Vamos começar pela abordagem de avanço de reação. Nesse método, a razão reciclo/alimentação (
) está relacionada à conversão e à fração de réstuo no produto.
A relação básica é dada por:
Onde:
-
é a conversão ( ) -
é a fração de propano no efluente ( )
Substituindo os valores:
Passo 4
Agora, vamos calcular passo a passo:
Primeiro, calcule o denominador da primeira fração:
Agora, calcule o numerador da segunda fração:
Agora, substitua esses valores na equação:
Simplificando as frações:
Agora, multiplique os dois resultados:
Passo 5
Agora, vamos usar a abordagem clássica de proporção estequiométrica. Aqui, consideramos a relação molar da reação e como o reciclo influencia na alimentação total.
A reação balanceada é:
Para cada mol de propano que reage, produz-se 1 mol de propeno e 1 mol de hidrogênio. Sabemos que a conversão é de
, então, para cada 100 mols de propano alimentado, 40 mols reagem e 60 mols não reagem.
No efluente, temos
de propano, ou seja, de volta à alimentação, temos que reciclar esses 60 mols que não reagiram mais os 60 mols de réstuo.
Assim, a relação reciclo/alimentação
seria:
No entanto, considerando a fração no efluente:
Resposta
A razão reciclo/alimentação é
.