Um reator contínuo opera a 500^circ C e 2 atm, promovendo a conversão do gás metano (CH4) e vapor de água (H2 O) em monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2), segundo a reação:
CH4(g)+H2 O(g) CO(g)+3 H2(g)
A alimentação consiste em uma mistura contendo 60% de metano e 40% de vapor de água, entrando no reator a uma vazão de 100 kmol / h. A taxa de conversão é de 80%. Determine:
A composição da corrente de saída (vazão molar de cada componente).

Passo 1

Beleza, aqui a ideia é fazer um balanço estequiométrico num reator contínuo que transforma metano (CH₄) e água de reação (H₂O) em monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H₂). A matéria envolvida é estequiometria de reação e balanço de matéria com conversão.
O que vamos precisar:
  1. Calcular as vazões molares de alimentação de CH₄ e de H₂O (dado 100 kmol/h e composição).
  2. Identificar o reagente limitante e entender o que significa “conversão de 80 %”.
  3. Usar a estequiometria da reação
CH4 + H2O to CO + 3,H2
para achar quanto de cada substância some ou sobra.

Passo 2

Primeiro, as vazões de entrada:
– Total alimentado = 100 kmol/h
– 60 % de CH₄ ⇒ kmol/h de CH₄
– 40 % de H₂O ⇒ kmol/h de H₂O

Passo 3

Agora, quem é limitante? A reação pede 1 mol de cada (CH₄ e H₂O). Se eu tenho 60 mol de CH₄ e 40 mol de H₂O, sobra CH₄ (60 > 40) e falta H₂O: logo, H₂O é o reagente limitante.
“Conversão de 80 %” sempre vale para o reagente limitante, então significa que 80 % dos 40 kmol/h de H₂O reagem.
Reagidos de H₂O = kmol/h.

Passo 4

Pela estequiometria (1:1 entre CH₄ e H₂O):
– CH₄ consumido = mesmo número de mols de H₂O reagida = 32 kmol/h
– CO formado = 32 kmol/h (1 mol CO p/ 1 mol CH₄ reagido)
– H₂ formado = kmol/h
E o que sobra na saída:
– CH₄ não reagido = kmol/h
– H₂O não reagida = kmol/h

Resposta

Vazões molares na corrente de saída (todas em kmol/h):
• CH₄: 28
• H₂O: 8
• CO: 32
• H₂: 96

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