Um reator químico é alimentado com 504 kmol / h de H2 e 226,8 kmol / h de N2, produzindo 320 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 dá as vazões de alimentação de H2 e N2, e a produção de NH3, para a reação
N2 + 3,H2 longrightarrow 2,NH3
Precisamos usar este balanço estequiométrico para:
  • determinar reagente limitante e reagente em excesso;
  • calcular o percentual de excesso do reagente não limitante;
  • achar o grau de conversão de cada reagente;
  • obter a composição percentual do efluente.

Passo 2

Comparo razão estequiométrica e razão de alimentação:
– razão estequiométrica H2/N2=3/1=3;
– razão de alimentação 504/226,8approx2,22<3.
Como a razão de alimentação é menor, falta H2 para atingir a estequiometria, portanto
– reagente limitante: H2;
– reagente em excesso: N2.

Passo 3

Uso a vazão de produto para achar o avanço horário xi:
Produção de NH3=320 kmol/h Rightarrow para cada 2 kmol NH3 gera-se avanço de 1 kmol.
xi = 3202 = 160 kmol/h
Assim o consumo horário é
dot nN2,cons = 1cdotxi = 160 kmol/h, dot nH2,cons = 3cdotxi = 480 kmol/h

Passo 4

Calculo o excesso de N2:
dot nN2,exc = dot nN2,feed - dot nN2,cons = 226,8 - 160 = 66,8 kmol/h
O percentual de excesso, relativo ao consumo estequiométrico, é
% de excesso = 66,8160times100% approx 41,75%

Passo 5

Grau de conversão de cada reagente:
XH2 = dot nH2,consdot nH2,feed = 480504times100%approx95,24%,
XN2 = dot nN2,consdot nN2,feed = 160226,8times100%approx70,56%

Passo 6

Composição do efluente (fluxo total =!24+66,8+320=410,8 kmol/h):
H2 remanescente =504-480=24 kmol/h Rightarrow 24410,8times100%approx5,84%.
N2 remanescente =66,8 kmol/h Rightarrow 66,8410,8times100%approx16,26%.
NH3 =320 kmol/h Rightarrow 320410,8times100%approx77,90%.

Resposta

a) reagente limitante: H2; reagente em excesso: N2.
b) % de excesso de N2approx41,75%.
d) XH2approx95,24%, XN2approx70,56%.
e) composição do efluente: H2approx5,84%, N2approx16,26%, NH3approx77,90%.

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