Um reator químico é alimentado com 756 kmol / h de H2 e 340,2 kmol / h de N2 produzindo 480 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 um reator alimentado com ;756 kmol/h de H2 e ;340,2 kmol/h de N2, que produz ;480 kmol/h de NH3 pela reação
N2 + 3,H2 2,NH3
Vamos usar estequiometria para achar o reagente limitante, o excesso, as conversões e a composição do efluente.

Passo 2

Para identificar o reagente limitante, comparo as proporções estequiométricas com as disponibilidades:
– Se eu quisesse reagir totalmente ;340,2 kmol de N2, precisaria de
3 times 340,2 = 1020,6 kmol H2,
mas só tenho 756.
– Se eu reagisse todo o ;756 kmol de H2, precisaria de
756/3 = 252 kmol N2,
e disponho de 340,2.
Como a quantidade máxima de NH3 é limitada pelo H2, o reagente limitante é H2 e o reagente em excesso é N2.

Passo 3

A produção real de NH3 é 480 kmol/h. Cada passo de reação produz 2 mols de NH3, logo o grau de avanço real é
xi = 4802 = 240 kmol/h
Desse modo consumo real de reagentes:
N2 consumido = xi = 240 kmol/h,
H2 consumido = 3,xi = 720 kmol/h

Passo 4

O excesso de N2 é a diferença entre o que entre e o que seria requerido para consumir todo o H2:
N2req = 7563 = 252 kmol/h, excesso = 340,2 - 252 = 88,2 kmol/h
A percentagem de excesso é
88,2252times100% approx 35,0%

Passo 5

O grau de conversão de cada reagente é
X,N2 = 240340,2times100% approx 70,6%, X,H2 = 720756times100% approx 95,2%

Passo 6

As correntes de saída são:
N2out = 340,2 - 240 = 100,2 kmol/h,
H2out = 756 - 720 = 36 kmol/h,
NH3out = 480 kmol/h
O total de saída é 100,2 + 36 + 480 = 616,2 kmol/h.
As frações mássicas percentuais do efluente são
%N2 = 100,2616,2times100% approx 16,3%, %H2 = 36616,2times100% approx 5,8%, %NH3 = 480616,2times100% approx 77,9%

Resposta

a) reagente limitante: H2; reagente em excesso: N2.
b) %,de excesso approx 35,0%.
d) X,N2approx70,6%, X,H2approx95,2%.
e) composição do efluente: N2approx16,3%, H2approx5,8%, NH3approx77,9%.

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