Reação em fase gasosa. Uma mistura de 28 % de SO2 e 72 % de ar ( 21 % de O2 e 79 % de N2) é alimentada a um reator de escoamento no qual o SO2 é oxidado. Pressão total é 1485 kPa e a temperatura é constante e igual a 227^circ C.
2 SO2+O2 2 SO3
Calcule as concentrações dos componentes em conversões de 75 % e 100 %.

Passo 1

Beleza, vamos resumir primeiro o que a questão pede. Temos uma reação em fase gasosa:
2,SO2 + O2 ;longrightarrow; 2,SO3,
Entramos com uma mistura que é 28 % mol de SO₂ e 72 % mol de ar (sendo esse ar 21 % mol de O₂ e 79 % mol de N₂). A pressão total é 1485 kPa e a temperatura constante é 227 °C (isto é, 500 K).
Queremos achar as concentrações (mol/L) dos quatro gases no saída do reator para conversões de 75 % e 100 %.
O que vamos usar:
- Base de 1 mol de alimentação para montar balanço de matéria.
- Lei dos gases ideais , de onde .
- Cálculo de frações molares e pressões parciais.

Passo 2

Definindo a base de 1 mol de mistura de alimentação:
  • R,T = 8,314times500 = 4157;kPa·L/mol mol
  • Ar = 0,72 mol, que é
    • mol
    • mol
Vamos usar e . Logo

Passo 3

Cálculo para conversão ntot = 0,07 + 0,0462 + 0,21 + 0,5688 = 0,895;mol (ou 0,75):
  1. Moles de reagente consumido:
    • yi = ni0,895, pi = yitimes1485;kPa consumido = CSO2=116,14157=0,0279;tfracmolL, CO2=0,0185;tfracmolL, CSO3=0,0838;tfracmolL, CN2=0,227;tfracmolL mol
    • consumido (pela estequiometria 2:1) = mol
  2. Moles formados/ remanescentes:
    • mol
    • mol
    • gerado = igual ao SO₂ consumido = 0,21 mol
    • permanece = 0,5688 mol
  3. Soma total de mols:
  4. Frações molares e pressões parciais: Fazendo as contas:
    • kPa
    • kPa
    • kPa
    • kPa
  5. Concentrações via :

Passo 4

Cálculo para conversão ntot=0+0,0112+0,28+0,5688=0,86;mol :
  1. Reagentes consumidos:
    • pO2=19,3;kPa, pSO3=483,9;kPa, pN2=981,7;kPa consumido = CO2=19,34157=0,00465;tfracmolL, CSO3=0,1164;tfracmolL, CN2=0,236;tfracmolL mol (leva a zero resto)
    • consumido = mol
  2. Moles remanescentes/formados:
    • mol
    • mol
    • mol
  3. Soma total:
  4. Pressões parciais:
  5. Concentrações:

Resposta

Para X=75 %:
,
,
,
Para X=100 %:
,
,
,

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