No processo Haber-Bosch de produção de amônia, o hidrogênio ( ) proveniente de gás natural e o nitrogênio () proveniente do ar reagem em condições elevadas de pressão e temperatura ( e ), de acordo com a seguinte equação:
Os reagentes são alimentados no processo na razão molar de , e a conversão global em relação ao hidrogênio () é de . Considerando que a unidade de separação recicla dos reagentes não convertidos no reator, calcule a conversão no reator e a taxa de reciclo numa planta que produz por dia.
Pode-se notar que se trata de um processo contínuo com reciclo e com reação no estado estacionário. O fluxograma da Figura ilustra o processo em questão.
Passo 1
Fala aí! Vamos resolver mais uma questãozinha! Bom, o enunciado quer que a gente calcule a conversão no reator e a taxa de reciclo, nas condições dadas, então vamos dar isso a ele!
Pra começar ele disse que a razão molar se comporta assim:
E que nossa planta produz / dia, isso quer dizer qu:
Para fazer a conversão global para o , podemos usar a relação:
Então temos que:
E o enunciado falou que a unidade recicla dos reagentes e saem na corrente 5, então:
e
Passo 2
Fazendo o balanço para o hidrogênio, vamos ter que:
O caminho que o hidrogênio percorre é: entrando na corrente 1 e saindo na corrente 5, logo vamos ter:
E isso nos diz que:
Substituindo isso aí na equação da conversão global do passo 1, temos:
E teremos:
E pela relação dada pelo enunciado, vamos ter:
E com esses resultados nós podemos voltar lá nas equações do passo 1 e achar:
E também podemos encontrar:
Passo 3
Agora se a gente fizer um balanço para o no ponto M, vamos ter que:
Substituindo teremos:
Sendo assim, com esses dados, podemos achar a conversão no reator:
ou
E a taxa de reciclo será dada por:
Uhul!! Conseguimos!