A síntese do metanol ocorre de acordo com as reações elementares que seguem:
A produção do metanol ocorre em um PFR isotérmico operando a 300 K e 40 atm . A alimentação (
) é composta por
de
de
e
de água na fase vapor. Nestas condições determine:
a) O volume para a máxima produção de metanol.
b) A seletividade (global) de metanol obtida.
c) O rendimento (global) de metanol obtido.
Dados cinéticos - unidades de concentração (mol,L,s)
Dados termodinâmicos - unidades de concentração (mol,L)
c.
a) O volume para a máxima produção de metanol.
b) A seletividade (global) de metanol obtida.
c) O rendimento (global) de metanol obtido.
Passo 1
O problema trata da síntese de metanol em um reator PFR isotérmico a
K e
atm, com alimentação de
mol/s contendo
de CO,
de
e
de
(todas em fase vapor). Há três reações elementares:
) CO
C
OH
) CO
O \leftrightarrow C
) C
OH
C
O
Precisamos:
a) determinar o volume do PFR em que a produção de metanol atinge o máximo;
b) calcular a seletividade global em metanol;
c) calcular o rendimento global em metanol.
a) determinar o volume do PFR em que a produção de metanol atinge o máximo;
b) calcular a seletividade global em metanol;
c) calcular o rendimento global em metanol.
Para isso vamos:
- calcular os valores numéricos de
, , e de , a K; - escrever a expressão da taxa líquida de formação de metanol,
- usar a condição de máximo (
), - estimar o volume correspondente, e então
- obter seletividade e rendimento globais.
Passo 2
Cálculo dos parâmetros cinéticos e de equilíbrio a
K. Usamos R
cal/(mo
) e P/(RT)
atm
bar/atm
(
ba
/mo
K)
mol/L.
Passo 3
Expressão das taxas (em mol
), usando
:
A vazão de metanol no PFR satisfaz
Passo 4
Condição de volume ótimo para produção de metanol:
Para concentrações iniciais
,
e
pequeno, o termo de equilíbrio em
é desprezível, logo
Esse é o valor de concentração de C
OH no ponto de máximo. A vazão máxima de metanol é
Passo 5
Estimativa do volume correspondente ao atingir
. Como a produção inicial de metanol ocorre quase na taxa
(já que
é quase nulo até
crescer), tomamos
Assim
Passo 6
Seletividade global em metanol:
pois
mol/s e quase todo CO acaba reagindo (predominantemente pela reação
).
Rendimento global em metanol:
Resposta
a)
b)
c)
b)
c)