As reações
l C2 H6 C2 H4+H2 C2 H6+H2 2 CH4
Ocorrem em um reator contínuo em estado estacionário. A alimentação contém 85% molar de etano (C2 H6) e o resto são inertes (I). A conversão do etano é 70% e o rendimento do etileno (C2 H4) é 65%.
Calcule a composição molar do produto gasoso.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um reator onde duas reações químicas estão acontecendo com etano ( ). A alimentação do reator tem 85% de etano e o restante são gases inertes, que não reagem. A conversão do etano é de 70%, o que significa que 70% do etano que entra reage. Além disso, o rendimento para a produção de etileno ( ) é de 65%. Nosso objetivo aqui é descobrir qual é a composição molar dos gases que saem do reator. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de balanço de massa e rendimento de reações químicas.

Passo 2

Vamos começar assumindo uma quantidade conveniente de fluxo, digamos 100 moles de alimentação gasosa. Desses 100 moles, 85 moles são de etano ( ) e 15 moles são inertes (I).

Passo 3

A conversão do etano é de 70%, ou seja, 70% dos 85 moles de etano reagem. Vamos calcular quantos moles de etano reagem:
Mo<=s de C2H6 que rea>=m = 85 times 0,70 = 59,5 mo<=s
Então, os moles de etano que permanecem não reagidos são:
85 - 59,5 = 25,5 mo<=s

Passo 4

Agora, vamos analisar as duas reações que ocorrem:
  1. Mo<=s de C2H4 = 59,5 times 0,65 = 38,675 mo<=s
Sabemos que o rendimento para a produção de etileno ( ) é de 65%. O rendimento é a fração do reagente que realmente forma o produto desejado. Então, dos 59,5 moles de etano que reagiram, 65% formam etileno:
Os 35% restantes do etano que reagiram vão para a segunda reação formando metano ( ).

Passo 5

Vamos calcular os moles de etano que vão para a segunda reação:
Mo<=s de C2H6 para a segunda reação = 59,5 times (1 - 0,65) = 59,5 times 0,35 = 20,825 mo<=s çã
Na segunda reação, cada mol de etano consome um mol de Mo<=s de H2 produzidos = 59,5 mo<=s e produz 2 moles de metano. Primeiro, precisamos saber quantos moles de Mo<=s de H2 consumidos = 20,825 mo<=s estão disponíveis. Da primeira reação, produzimos:
59,5 - 20,825 = 38,675 mo<=s
Esses 59,5 moles de são utilizados na segunda reação. A quantidade de consumida é igual aos moles de etano que entram na segunda reação:
Portanto, os moles de que restam são:

Passo 6

Agora, vamos calcular os moles de metano produzidos na segunda reação:
Mo<=s de CH4 = 2 times 20,825 = 41,65 mo<=s

Passo 7

Finalmente, vamos reunir todos os componentes do produto gasoso:
  • Etano não reagido: 25,5 moles
  • Etileno produzido: 38,675 moles
  • Metano produzido: 41,65 moles
  • Hidrogênio não consumido: 38,675 moles
  • Gases inertes: 15 moles

Resposta

A composição molar do produto gasoso é:
  • : 25,5 moles
  • : 38,675 moles
  • : 41,65 moles
  • : 38,675 moles
  • Inertes (I): 15 moles

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