A reação entre CO e
gasosos na presença de um catalisador é utilizada industrialmente na síntese de uma grande variedade de compostos orgânicos. Considere que um determinado catalisador propicia uma velocidade adequada para a reação a
,
Sendo os reagentes fornecidos em quantidades estequiométricas.
a) Estime a pressão mínima necessária para que a produção de metanol tenha viabilidade econômica (
de rendimento, ou seja, para cada 100 mol de CO consumidos, devem-se ser formados 10 mol de metanol).
b) Comente as aproximações realizadas na estimativa da pressão na alínea anterior e indique os dados experimentais necessários para a tornar mais correta.
a) Estime a pressão mínima necessária para que a produção de metanol tenha viabilidade econômica (
b) Comente as aproximações realizadas na estimativa da pressão na alínea anterior e indique os dados experimentais necessários para a tornar mais correta.
Passo 1
O enunciado dá a reação gasosa catalisada
a
e alimentação estequiométrica. Pede-se a pressão mínima para que o rendimento seja
(ou seja, para cada
mol de CO consumidos formam–se
mol de metanol) em equilíbrio. Vamos usar o equilíbrio químico em termos de
e idealidade dos gases.
Passo 2
Escolhemos base de
mol de CO inicial. Logo, inicialmente temos
.
Se a conversão for (mol de CO consumidos), em equilíbrio:
Se a conversão for
O rendimento de
significa
. Então
e o total
. As frações molares são
Passo 3
Para gases ideais,
Rearranjando para
, obtemos
Passo 4
Estimamos
a
usando
com dados padrão: e
.
Então
com dados padrão:
Então
e
Passo 5
Substituindo
e
em
recebemos
Passo 6
As principais aproximações foram: uso de gases ideais,
e
constantes de
K até
K, e ausência de não‐idealidade e efeitos de superfície do catalisador. Para melhorar a estimativa, precisaríamos de:
– Capacidades caloríficas de CO, H
e CH
OH para calular
e
reais;
– Coeficientes de fugacidade para correção de não‐idealidade a altas pressões;
– Dados experimentais diretos de a
K;
– Efeitos de adsorção e cinética do catalisador.
– Capacidades caloríficas
– Coeficientes de fugacidade para correção de não‐idealidade a altas pressões;
– Dados experimentais diretos de
– Efeitos de adsorção e cinética do catalisador.
Resposta
Pressão mínima aproximada:
.