A acrilonitrila é produzida a partir da reação do propileno, amônia e oxigênio:
A alimentação do reator contém e ar e consegue-se uma conversão de do reagente limite. Para 100 kgmol da corrente de alimentação, determinar: a) O reagente limite; b) A percentagem em excesso dos demais reagentes; e c) As quantidades de cada composto presente no gás de saída.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma reação química onde a acrilonitrila é produzida a partir de propileno ( ), amônia ( ) e oxigênio ( ). Nosso objetivo é descobrir qual reagente está limitando a reação, quanto sobra dos outros reagentes e as quantidades de cada composto no gás que sai do reator. Para isso, vamos precisar usar conceitos de estequiometria e balanceamento de reações químicas.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a reação:
Isso significa que 1 mol de propileno reage com 1 mol de amônia e 1,5 mols de oxigênio para produzir 1 mol de acrilonitrila e 3 mols de água.

Passo 3

Temos 100 kgmol de alimentação com as seguintes porcentagens:
  • 10% de → 10 kgmol
  • 12% de → 12 kgmol
  • 78% de ar → 78 kgmol
Vamos considerar que o ar é composto principalmente de oxigênio e nitrogênio. Sabemos que o ar é aproximadamente 21% e 79% . Então, a quantidade de no ar é:

Passo 4

Agora, vamos identificar o reagente limitante. Para isso, comparamos a quantidade disponível de cada reagente com a quantidade necessária pela estequiometria da reação.
  • Para : precisamos de 1 mol para cada 1 mol de reação. Temos 10 kgmol.
  • Para : precisamos de 1 mol para cada 1 mol de reação. Temos 12 kgmol.
  • Para : precisamos de 1,5 mol para cada 1 mol de reação. Temos 16,38 kgmol.
Vamos calcular quantos mols de reação cada reagente pode sustentar:
  • : 10 kgmol / 1 = 10 mols
  • : 12 kgmol / 1 = 12 mols
  • : 16,38 kgmol / 1,5 ≈ 10,92 mols
O menor valor é 10 mols, então o é o reagente limitante.

Passo 5

Agora, vamos calcular a porcentagem de conversão, que é de 30%. Isso significa que apenas 30% do vai reagir.
Quantidade reagida de :

Passo 6

Com base na reação balanceada, para cada 1 mol de que reage, precisamos de 1 mol de e 1,5 mol de .
Então, a quantidade reagida de :
E a quantidade reagida de :

Passo 7

Agora, vamos determinar a quantidade que sobra de cada reagente:
  • : todo o excesso foi consumido parcialmente, mas como é o limitante, sobra 7 kgmol (10 - 3).
  • : 12 - 3 = 9 kgmol.
  • : 16,38 - 4,5 = 11,88 kgmol.

Passo 8

Vamos calcular a porcentagem de excesso dos reagentes que não são limitantes. O reagente limitante é o , então os demais são e .
A fórmula para excesso é:
  • Para :
  • Para :

Passo 9

Finalmente, vamos calcular as quantidades de cada composto presente no gás de saída. Considerando que parte dos reagentes não reagiu e houve formação de produtos.
  • Produtos formados:
    • : 3 kgmol
    • : 3 mols de água por mol de reação × 3 kgmol = 9 kgmol
  • Reagentes não consumidos:
    • : 7 kgmol
    • : 9 kgmol
    • : 11,88 kgmol
  • Nitrogênio não reage: no ar, além do oxigênio, temos . Quantidade de no ar:
Então, o gás de saída tem:
  • : 7 kgmol
  • : 9 kgmol
  • : 11,88 kgmol
  • : 61,62 kgmol
  • : 3 kgmol
  • : 9 kgmol

Resposta

a) O reagente limitante é o propileno ( ).
b) A percentagem em excesso de é 300% e de é aproximadamente 264%.
c) As quantidades de cada composto no gás de saída são:
  • : 7 kgmol
  • : 9 kgmol
  • : 11,88 kgmol
  • : 61,62 kgmol
  • : 3 kgmol
  • : 9 kgmol

Exercícios relacionados

Considere as seguintes reações: (desejada) e (indesejada)
Supondo que a alimentação do reator contém 100 mol de A e que o produto final contém 10 mol de A, 160 mol de B e 10 mol de C, pede-se calcular: a) A conversão de A; b) A produtividade de B em relação à alimentação de A; c) A seletividade de B em relação a C; e d) As extensões das duas reações.
Assinale a proposição correta (justifique sua resposta):
(a) Uma placa plana inclinada e aquecida suspensa em ar quiescente troca mais calor pela face inferior do que a superior devido à preservação da camada limite de velocidade.
A temperatura na superfície da parede de uma caldeira em formato de um cilindro horizontal vale . Determine quanto calor por convecção é perdido para o ambiente . A fim de reduzir estas perdas, propõe-se isolar a caldeira com paredes de alvenaria a fim de que a temperatura média do ar neste novo ambiente salte para . Isto seria uma boa solução? Justifique.
Adote: .
Em um processo de fabricação de cloro por oxidação direta do HCl com ar sobre um catalisador, para formar e , a corrente de saída é composta por e . Pede-se determinar: a) O reagente limite; b) O percentual em excesso do outro reagente; e c) A conversão da reação.