Propeno pode ser produzido pela desidrogenação catalítica de propano, de acordo com a reação química:
C3 H8 C3 H6+H2
A conversão de propano por passe no reator é de 40 %. Se o produto efluente do processo contém 4 % de propano, calcule:
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:
C3H8 C3H6 + H2
A informação que temos é que a conversão de propano por passe no reator é de 40% e que o produto que sai do processo contém 4% 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 ( X) é a fração do reagente alimentado que reage no reator. Aqui, o propano ( C3H8) tem uma conversão de 40%, ou seja, 40% do propano que entra no reator reage para formar propeno e hidrogênio.
Além disso, sabemos que no produto que sai do reator, ainda tem 4% 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 ( R/F) está relacionada à conversão e à fração de réstuo no produto.
A relação básica é dada por:
R/F = X1 - X times 1 - yy
Onde:
  • X é a conversão ( 0.4)
  • y é a fração de propano no efluente ( 0.04)
Substituindo os valores:
R/F = 0.41 - 0.4 times 1 - 0.040.04

Passo 4

Agora, vamos calcular passo a passo:
Primeiro, calcule o denominador da primeira fração:
1 - 0.4 = 0.6
Agora, calcule o numerador da segunda fração:
1 - 0.04 = 0.96
Agora, substitua esses valores na equação:
R/F = 0.40.6 times 0.960.04
Simplificando as frações:
0.40.6 = 23
0.960.04 = 24
Agora, multiplique os dois resultados:
R/F = 23 times 24 = 16

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:
C3H8 C3H6 + H2
Para cada mol de propano que reage, produz-se 1 mol de propeno e 1 mol de hidrogênio. Sabemos que a conversão é de 40%, então, para cada 100 mols de propano alimentado, 40 mols reagem e 60 mols não reagem.
No efluente, temos 4% 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 R/F seria:
R/F = X1 - X = 0.40.6 = 23
No entanto, considerando a fração no efluente:
R/F = 23 times 0.960.04 = 16

Resposta

A razão reciclo/alimentação é 16.

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