As reações
Ocorrem em um reator contínuo em estado estacionário. A alimentação contém 85% molar de etano
e o resto são inertes (I). A conversão do etano é 70% e o rendimento do etileno
é 65%.
Esboce o fluxograma do processo, identifique as correntes e verifique se as equações estão balanceadas.
Esboce o fluxograma do processo, identifique as correntes e verifique se as equações estão balanceadas.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O que a gente tem aqui é um problema que envolve reações químicas acontecendo num reator contínuo que está em estado estacionário. O enunciado nos dá algumas informações importantes: temos uma mistura de etano (C₂H₆) com alguns inertes, a conversão do etano é de 70%, e o rendimento do etileno (C₂H₄) é de 65%. Nosso objetivo é desenhar o fluxograma do processo, identificar todas as correntes (ou fluxos) e verificar se as equações das reações estão balanceadas. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de balanço de matéria e entender direitinho como funcionam as conversões e rendimentos nas reações químicas.
Passo 2
Primeiro, vamos verificar se as equações químicas fornecidas estão balanceadas. As reações são:
Vamos contar os átomos de cada elemento em cada lado das equações.
Para a primeira reação:
- Esquerda: C = 2, H = 6
- Direita: C = 2 (C₂H₄) + 0 (H₂) = 2 C; H = 4 (C₂H₄) + 2 (H₂) = 6 H
Está balanceada!
Para a segunda reação:
- Esquerda: C = 2 (C₂H₆) + 0 (H₂) = 2 C; H = 6 (C₂H₆) + 2 (H₂) = 8 H
- Direita: C = 2 × 1 (CH₄) = 2 C; H = 2 × 4 (CH₄) = 8 H
Também está balanceada! Então, mandou bem nas equações.
Passo 3
Agora, vamos montar o fluxograma do processo. Como não posso desenhar aqui, vou descrever passo a passo:
- Alimentação (F): Tem 85% molar de etano (C₂H₆) e 15% de inertes (I).
- Reator Contínuo: Dentro do reator, o etano reage de duas maneiras:
- Parte do etano se converte em etileno (C₂H₄) e hidrogênio (H₂).
- Outra parte do etano reage com hidrogênio para formar metano (CH₄).
- Produtos:
- Etileno (C₂H₄) com rendimento de 65%.
- Metano (CH₄).
- Hidrogênio (H₂).
- Inertes (I) inalterados.
As correntes principais são:
- Alimentação (F): C₂H₆ e I.
- Produtos de Reação:
- Etileno (E): 65% rendimento sobre a conversão de C₂H₆.
- Hidrogênio (H₂): Proveniente da primeira reação.
- Metano (M): Proveniente da segunda reação.
- Corrente de Inertes (I) e Não Reagidos:
- O que não reagiu permanece como inertes.
Passo 4
Vamos fazer os balanços de matéria para ter certeza de que tudo está certinho.
-
Suponha que temos 100 mols de alimentação (F):
- C₂H₆: 85 mols
- Inertes (I): 15 mols
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Conversão de C₂H₆ é de 70%:
- C₂H₆ que reage: 70% de 85 = 59,5 mols
- C₂H₆ que sai não reagido: 85 - 59,5 = 25,5 mols
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Rendimento do etileno (C₂H₄) é de 65%:
- C₂H₄ formado: 65% de 59,5 = 38,675 mols
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Da primeira reação (C₂H₆ → C₂H₄ + H₂):
- C₂H₆ consumido: 38,675 mols
- H₂ formado: 38,675 mols
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Da segunda reação (C₂H₆ + H₂ → 2CH₄):
- C₂H₆ consumido: 59,5 - 38,675 = 20,825 mols
- H₂ consumido: 20,825 mols
- CH₄ formado: 2 × 20,825 = 41,65 mols
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Hidrogênio total formado:
- Da primeira reação: 38,675 mols
- H₂ consumido na segunda reação: 20,825 mols
- Hidrogênio final: 38,675 - 20,825 = 17,85 mols
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Produtos finais:
- C₂H₄: 38,675 mols
- CH₄: 41,65 mols
- H₂: 17,85 mols
- I: 15 mols
- C₂H₆ não reagido: 25,5 mols
Resposta
O fluxograma do processo inclui uma alimentação composta por 85% molar de etano (C₂H₆) e 15% de inertes (I). No reator contínuo em estado estacionário, 70% do etano é convertido, sendo 65% desse convertido transformado em etileno (C₂H₄) com 38,675 mols, produzindo também 17,85 mols de hidrogênio (H₂). Além disso, 20,825 mols de etano reagem com esse H₂ para formar 41,65 mols de metano (CH₄). As equações químicas fornecidas estão balanceadas, garantindo a conservação de massa no processo.