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) 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
CH4 + H2O ;longrightarrow; CO + 3,H2
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:
  • 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

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).

Passo 4

Definição de conversão ( nH2O,reagida = X times n0,H2O = 0,80 times 40 = 32;kmol/h ): fração do reagente limitante que reage.
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:
nCH4,out = 60 - 32 = 28;kmol/h
– H₂O restante:
nH2O,out = 40 - 32 = 8;kmol/h
– CO formado (1 mol CO por mol de H₂O reagida):
nCO = 32;kmol/h
– H₂ formado (3 mol H₂ por mol de H₂O reagida):
nH2 = 3 times 32 = 96;kmol/h

Passo 6

Vazão molar total de saída: somamos tudo
ntot,out = 28 + 8 + 32 + 96 = 164;kmol/h

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

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