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%.
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:
C2H6 & C2H4 + H2 C2H6 + H2 & 2,CH4
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:
  1. Alimentação (F): Tem 85% molar de etano (C₂H₆) e 15% de inertes (I).
  2. 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).
  3. 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.
  1. Suponha que temos 100 mols de alimentação (F):
    • C₂H₆: 85 mols
    • Inertes (I): 15 mols
  2. 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
  3. Rendimento do etileno (C₂H₄) é de 65%:
    • C₂H₄ formado: 65% de 59,5 = 38,675 mols
  4. Da primeira reação (C₂H₆ → C₂H₄ + H₂):
    • C₂H₆ consumido: 38,675 mols
    • H₂ formado: 38,675 mols
  5. 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
  6. 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
  7. 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.

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