Um reator químico é alimentado com 378 kmol / h de H2 e 170,1 kmol / h de N2 produzindo 48 kmol / h de NH3; a reação química ocorre segundo a equação:
N2+3 H2 2 NH3
Pedem-se:
a) o reagente em excesso e o reagente limitante;
b) a % de excesso empregada;
d) o grau de conversão de cada reagente;
e) a composição porcentual do efluente do reator.

Passo 1

O enunciado fornece as vazões molares de alimentação de H2 e N2 e a vazão de produção de NH3 no reator, segundo a reação
N2+3,H22,NH3
Precisamos identificar o reagente limitante e o que sobra em excesso, calcular o percentual de excesso, o grau de conversão de cada reagente e a composição percentual do efluente.

Passo 2

Determinar reagente limitante comparando a razão fed/estequiométrica:
dot n H2,0dot n N2,0 =378170,1approx2,22 versus a razão estequiométrica;31=3 ãé
Como 2,22<3, falta H2 em relação ao N2; portanto H2 é o reagente limitante e N2 está em excesso.

Passo 3

Percentual de excesso de N2: comparar o que foi fornecido com o que seria necessário para reagir todo o H2:
dot n N2,req =dot n H2,03 =3783=126(kmol/h)
Logo o excesso de N2 é
170,1-126126times100%approx35,0%

Passo 4

Grau de conversão de cada reagente com base na produção de 48 kmol/h de NH3:
Consumo de H2:
dot n H2,cons =32times48=72(kmol/h),
logo
X H2 =72378times100%approx19,05%
Consumo de N2:
dot n N2,cons =12times48=24(kmol/h),
logo
X N2 =24170,1times100%approx14,11%

Passo 5

Composição do efluente (kmol/h):
dot n N2,out=170,1-24=146,1, dot n H2,out=378-72=306, dot n NH3,out=48
Fluxo total
dot ntot=146,1+306+48=500,1(kmol/h)
Frações molares percentuais:
y N2=146,1500,1times100%approx29,21%, y H2=306500,1times100%approx61,19%, y NH3=48500,1times100%approx9,60%

Resposta

a) Reagente limitante: H2. Reagente em excesso: N2.
b) Percentual de excesso de N2: 35,0%.
d) X H2=19,05%, X N2=14,11%.
e) Composição do efluente:
N2: 29,21%, H2: 61,19%, NH3: 9,60%.

Exercícios relacionados