As reações de obtenção do cloreto de alila são descritas abaixo: é o propileno (propeno) ( ) é o cloreto de alila (3-cloropropeno) ( ) é o cloreto de propileno (1,2-dicloropropano) ( )
As espécies recuperadas após as reações ocorreram por um certo período e estão listadas na tabela abaixo.
Espécie
g mol
141,0
651,0
4,6
24,5
HCl
4,6
Baseando-se nessa distribuição de produtos e admitindo que não havia cloreto de alila na alimentação do reator, calcule o seguinte:
a. Quanto foi alimentado de e ao reator em g mol?
b. Qual é o reagente limitante?
c. Qual é o reagente em excesso?
d. Qual é a conversão fracionária de em ?
e. Qual é a seletividade de em relação a ?
f. Qual é o rendimento em expresso em g de por g de alimentado no reator?
g. Qual é a extensão de reação para a primeira e para a segunda reação?
Passo 1
O enunciado trata de duas reações em que o propileno () reage com cloro () para dar cloreto de alila () e HCl (reação ) ou dicloropropano () (reação ). Temos as quantidades molares de saída de todas as espécies e queremos: a) alimentação inicial de e ; b) reagente limitante e em excesso; c) conversão fracionária de em ; d) seletividade de vs. ; e) rendimento em massa de por alimentado; f) extentes de reação (, ). Vamos usar balanços molares com variáveis e para as duas reações.
Passo 2
Definimos as extentes de reação para
e para
Seja e as mols alimentadas. Pelos estoques finais temos:
Passo 3
Calculamos as extentes diretamente dos produtos: xi1 = 4,6 mol e xi2 = 24,5 mol.
Logo,
Verificamos o limitante comparando capacidades estequiométricas:
Para consumir toda a Cl2 precisaríamos de 170,1 mol de C3H6, e vice-versa. Como se alimentou muito mais C3H6 (680,1 mol), a Cl2 esgota-se primeiro.
Reagente limitante: Cl2.
Reagente em excesso: C3H6.
Passo 5
Conversão fracionária de C3H6 em C3H5Cl é a fração do propileno alimentado que vira cloreto de alila:
X = xi1n0,C3H6 = 4,6680,1 approx 0,00676(0,676%)
Passo 6
Seletividade de C3H5Cl em relação a C3H6Cl2 é
S = xi1xi2 = 4,624,5 approx 0,1878(18,78%)
Passo 7
Rendimento em massa de C3H5Cl por C3H6 alimentado:
massa de C3H5Cl = 4,6cdot 76,53 = 351,0 g,
massa de C3H6 alimentada = 680,1cdot 42,08 = 28615,6 g
a. Cl2:170,1 mol, C3H6:680,1 mol
b. Reagente limitante: Cl2
c. Reagente em excesso: C3H6
d. Conversão fracionária em C3H5Cl: 0,00676
e. Seletividade C3H5Cl/C3H6Cl2: 0,1878
f. Rendimento em massa: 0,01226 g de C3H5Cl por g de C3H6
g. Extensões: xi1=4,6 mol, xi2=24,5 mol