Uma conversão por passe no reator de
é atingida. O metanol no produto do reator é separado do formaldeído e do hidrogênio em um processo de múltiplas unidades. A taxa de produção de formaldeído é de
.
(b) Suponha que o metanol recuperado é reciclado para o reator e que a conversão no mesmo permanece em
. Sem fazer nenhum cálculo, prove que você tem informação suficiente para determinar a vazão de alimentação fresca de metanol necessária (
) e as vazões (
) nas quais o metanol entra e sai do reator. Faça depois os cálculos.
(b) Suponha que o metanol recuperado é reciclado para o reator e que a conversão no mesmo permanece em
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos a reação de decomposição do metanol (
) em formaldeído (
) e hidrogênio (
):
A conversão do metanol no reator é de 60%, e sabemos que a taxa de produção de formaldeído é de
. Na parte (b), precisamos considerar que o metanol recuperado é reciclado para o reator mantendo a conversão em 60%. A questão pede para provar que temos informações suficientes para determinar a vazão de alimentação fresca de metanol e as vazões de metanol entrando e saindo do reator, e depois realizar os cálculos. Vamos precisar usar conceitos de balanço de massa e reciclagem em reatores químicos.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar o que significa reciclar o metanol. Quando recicla-se um reagente, parte da saída do reator é retornada como alimentação, reduzindo a necessidade de alimentação fresca. Precisamos determinar a vazão de metanol que entra frescatamente no sistema (
) e as vazões de metanol que entram e saem do reator.
Passo 3
Vamos definir algumas variáveis para facilitar:
-
: Vazão de alimentação fresca de metanol ( ) -
: Vazão de metanol reciclado ( ) -
: Vazão total de metanol que entra no reator ( ) -
: Vazão de metanol que sai do reator não reagido
Sabemos que a conversão (
) é de 60%, ou seja, 0,6. A conversão é dada por:
Passo 4
Sabemos também que a taxa de produção de formaldeído (
) é de
. Vamos converter essa massa para mols para facilitar os cálculos. A massa molar do formaldeído (
) é aproximadamente
.
Como a reação é 1:1 entre metanol e formaldeído, a taxa de metanol reagido também é
.
Passo 5
Usando a definição de conversão:
Substituindo os valores:
Passo 6
Sabemos que a alimentação total ao reator (
) é a soma da alimentação fresca (
) e do reciclado (
):
Também, a saída de metanol não reagido (
) é:
Passo 7
O metanol que sai do reator como não reagido (
) é o que é reciclado (
):
Agora podemos encontrar a alimentação fresca:
Resposta
A vazão de alimentação fresca de metanol necessária é de aproximadamente
, e as vazões de metanol que entram e saem do reator são, respectivamente,
entrando e
saindo.