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.
ã
ã

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.
ã
ã
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:
çã
ã

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.
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: , .
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.