Amônia é sintetizada a partir de uma mistura de
e
, em proporções estequiométricas, e que contém
de Ar (argônio). O gás que sai do conversor é lavado com água e a amônia é removida da solução. O gás não convertido é em parte reciclado para o reator e em parte purgado para evitar o acúmulo de Ar no sistema. A conversão no reator é de
e a produtividade é de
. Calcular a quantidade de reciclo por 100 kgmol de carga fresca entrando no sistema, e a composição e vazão da purga.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre a síntese de amônia a partir de nitrogênio (
) e hidrogênio (
) em proporções estequiométricas, com 2% de argônio (
) na mistura. A gente precisa calcular a quantidade de reciclo por 100 kmol de carga fresca que entra no sistema, assim como a composição e a vazão da purga. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de balanço de matéria e estequiometria da reação de síntese da amônia.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar a equação balanceada da síntese da amônia:
Isso nos mostra que 1 mol de
reage com 3 mols de
para produzir 2 mols de
. Essa é a nossa relação estequiométrica.
Passo 3
Agora, vamos considerar a mistura inicial. Sabemos que a carga fresca é de 100 kmol e que ela contém
e
nas proporções estequiométricas mais 2% de
. Vamos calcular a quantidade de cada componente na carga fresca.
Como as proporções são estequiométricas, temos para
e
a razão de 1:3. E 2% da mistura é argônio. Então:
Agora, distribuindo nas proporções 1:3:
Passo 4
A conversão no reator é de 12%. Isso significa que 12% de
e
são convertidos em
. Vamos calcular quanto disso é convertido.
Passo 5
Com a conversão, podemos determinar quanto de
foi produzido. Pela estequiometria da reação, 1 mol de
produz 2 mols de
. Então:
A produtividade é de 80%, então:
Passo 6
Agora, vamos calcular a quantidade de gás não convertido que sai do reator e entra no conversor. Isso inclui os reagentes não convertidos e o argônio.
Total de gás não convertido:
Passo 7
Parte desse gás não convertido é reciclado e parte é purgada para evitar o acúmulo de argônio. Vamos chamar de
a quantidade de reciclo e
a quantidade de purga. Sabemos que:
Também, como o argônio não reage, ele se acumularia se não fosse purgado. Para evitar isso, a fração de argônio na purga deve ser mantida constante. Como a purga contém apenas argônio, temos:
Então:
Passo 8
Agora, precisamos calcular a quantidade de reciclo por 100 kmol de carga fresca. Desde que a carga fresca é de 100 kmol e a reciclação é de 86,24 kmol, a relação de reciclo (
) é:
Expressando em porcentagem:
Passo 9
Por fim, vamos resumir a composição e a vazão da purga. Sabemos que a purga é de 2 kmol e é composta apenas por argônio. Então:
Resposta
A quantidade de reciclo é de
por 100 kmmol de carga fresca. A purga apresentada pelo sistema tem uma composição de
de argônio (
) e uma vazão de
.
Exercícios relacionados
A composição química de um material produzido através da degradação do hexadecano
pode ser escrita na forma:
. Calcule quantos moles de
são necessários para degradar 1 mol de hexadecano de acordo com a reação a seguir, na qual a, b, c e d são constantes a serem determinadas.
Um tanque de base circular
produz
de vapor operando no regime de ebulição nucleada a uma temperatura de saturação de
. Determine:
(a) Taxa de transferência de calor.
(a) Taxa de transferência de calor.
Um tanque de base circular
produz
de vapor operando no regime de ebulição nucleada a uma temperatura de saturação de
. Determine:
© Qual a máxima produção de vapor que se pode obter?
Adote:
,
.
© Qual a máxima produção de vapor que se pode obter?
Adote:
O processo Deacon converte HCl gasoso a
de acordo com a equação:
Volumes iguais de HCl e ar são alimentados ao reator. O produto (gasoso) é lavado com água para remover o HCl não reagido e passa por um secador, após a qual contém vol de
. Calcule a conversão de HCl no reator.
Volumes iguais de HCl e ar são alimentados ao reator. O produto (gasoso) é lavado com água para remover o HCl não reagido e passa por um secador, após a qual contém