CH3 OHS HCHO+H2
Uma conversão por passe no reator de 60,0 % 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 900,0 kg / h.
(b) Suponha que o metanol recuperado é reciclado para o reator e que a conversão no mesmo permanece em 60 %. Sem fazer nenhum cálculo, prove que você tem informação suficiente para determinar a vazão de alimentação fresca de metanol necessária ( kmol / h ) e as vazões ( kmol / h ) nas quais o metanol entra e sai do reator. Faça depois os cálculos.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos a reação de decomposição do metanol ( CH3OH HCHO + H2 ) 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:
  • X = Metanol reagidoMetanol alimentado : 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 ( Produção de HCHO = 900,0 , kg/h30,03 , kg/kmol approx 29,98 , kmol/h ) é de . Vamos converter essa massa para mols para facilitar os cálculos. A massa molar do formaldeído ( ) é aproximadamente .
çã
Como a reação é 1:1 entre metanol e formaldeído, a taxa de metanol reagido também é .

Passo 5

Usando a definição de conversão:
X = Metanol reagidoFin Rightarrow Fin = Metanol reagidoX
Substituindo os valores:
Fin = 29,98 , kmol/h0,6 approx 49,97 , kmol/h

Passo 6

Sabemos que a alimentação total ao reator ( Fin = Ff + Fr Rightarrow Ff = Fin - Fr ) é a soma da alimentação fresca ( Fout = Fin - Metanol reagido = 49,97 , kmol/h - 29,98 , kmol/h approx 19,99 , kmol/h ) e do reciclado ( ):
Também, a saída de metanol não reagido ( ) é:

Passo 7

O metanol que sai do reator como não reagido ( Fr = Fout approx 19,99 , kmol/h ) é o que é reciclado ( Ff = Fin - Fr = 49,97 , kmol/h - 19,99 , kmol/h approx 29,98 , kmol/h ):
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.

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