Um reator contínuo opera a
e
atm , promovendo a conversão do gás metano
e vapor de água
em monóxido de carbono
e hidrogênio
, segundo a reação:
A alimentação consiste em uma mistura contendo
de metano e
de vapor de água, entrando no reator a uma vazão de
. A taxa de conversão é de
. Determine:
a) A composição da corrente de saída (vazão molar de cada componente).
b) A vazão molar total da corrente de saída.
a) A composição da corrente de saída (vazão molar de cada componente).
b) A vazão molar total da corrente de saída.
Passo 1
Beleza, a questão é sobre um reator contínuo onde rola a reação
A gente tem uma alimentação de 100 kmol/h com 60% de CH₄ e 40% de H₂O, e a conversão é de 80%.
Conteúdo: balanço de massa (stoichiometria e conversão) em regime estacionário.
O que vamos precisar:
Conteúdo: balanço de massa (stoichiometria e conversão) em regime estacionário.
O que vamos precisar:
- Calcular fluxos molares de alimentação.
- Identificar o reagente limitante.
- Usar a definição de conversão para achar quanto de reagente reage.
- Fazer balanço para produtos e restos.
Passo 2
Primeiro, a alimentação:
– CH₄: 60% de 100 kmol/h → kmol/h
– H₂O: 40% de 100 kmol/h → kmol/h
– CH₄: 60% de 100 kmol/h →
– H₂O: 40% de 100 kmol/h →
Passo 3
Reagente limitante: a reação precisa de 1 mol de CH₄ pra cada 1 mol de H₂O.
Como temos 60 kmol/h de CH₄ e só 40 kmol/h de H₂O, o H₂O é o limitante (menor quantidade em relação à estequiometria).
Como temos 60 kmol/h de CH₄ e só 40 kmol/h de H₂O, o H₂O é o limitante (menor quantidade em relação à estequiometria).
Passo 4
Definição de conversão (
): fração do reagente limitante que reage.
Aqui .
Então a quantidade de H₂O que reage é
Aqui
Então a quantidade de H₂O que reage é
Pelo estequiométrico 1:1, também reagem 32 kmol/h de CH₄.
Passo 5
Agora o que sobra e o que se forma:
– CH₄ restante:
– CH₄ restante:
– H₂O restante:
– CO formado (1 mol CO por mol de H₂O reagida):
– H₂ formado (3 mol H₂ por mol de H₂O reagida):
Passo 6
Vazão molar total de saída: somamos tudo
Resposta
– Vazões molares de saída:
• CH₄: 28 kmol/h
• H₂O: 8 kmol/h
• CO: 32 kmol/h
• H₂: 96 kmol/h
– Vazão molar total de saída: 164 kmol/h
• CH₄: 28 kmol/h
• H₂O: 8 kmol/h
• CO: 32 kmol/h
• H₂: 96 kmol/h
– Vazão molar total de saída: 164 kmol/h