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.
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) 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: .
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.