Considere a reação de cloração do metano,
CH4+Cl2 CH3 Cl+HCl
que ocorre em um reator tubular operando em estado estacionário. Deseja-se determinar a composição do produto quando a conversão do reagente limitante for de 67 % e a composição de alimentação, em porcentagem molar, for igual a 40 % de CH4, 50 % de Cl2 e 10 % de N2.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão pede. Estamos tratando da reação de cloração do metano:
CH4+Cl2 CH3 Cl+HCl
O exercício está num reator tubular operando em estado estacionário. Queremos descobrir qual será a composição do produto quando 67% do reagente limitante for convertido. A mistura inicial, em porcentagem molar, é 40% de CH4, 50% de Cl2 e 10% de N2. Para resolver isso, vamos usar conceitos de estequiometria e balanço de materiais.

Passo 2

Primeiro, vamos assumir que temos 100 moles de mistura alimentar. Isso facilita os cálculos, pois cada porcentagem molar pode ser tratada diretamente como moles.
Então, temos:
  • CH4: 40 moles
  • Cl2: 50 moles
  • N2: 10 moles

Passo 3

Agora, precisamos identificar qual é o reagente limitante. A reação mostra que 1 mol de CH4 reage com 1 mol de Cl2. Como temos 40 moles de CH4 e 50 moles de Cl2, o CH4 vai ser o reagente limitante porque temos menos dele em relação à sua proporção na reação.

Passo 4

Sabendo que a conversão do reagente limitante ( CH4) é de 67%, vamos calcular quantos moles de CH4 foram consumidos:
Mo<=s consumidos de CH4 = 0,67 times 40 = 26,8 mo<=s

Passo 5

De acordo com a equação da reação, para cada mol de CH4 consumido, 1 mol de Cl2 também é consumido, e são formados 1 mol de CH3Cl e 1 mol de HCl.
Portanto:
  • Cl2 consumido: 26,8 moles
  • CH3Cl formado: 26,8 moles
  • HCl formado: 26,8 moles

Passo 6

Vamos agora calcular os reagentes não consumidos:
  • CH4 não consumido: 40 - 26,8 = 13,2 moles
  • Cl2 não consumido: 50 - 26,8 = 23,2 moles
O N2 permanece inalterado, com 10 moles.

Passo 7

Agora, vamos somar todos os moles para encontrar a composição final:
13,2 (CH4) + 23,2 (Cl2) + 26,8 (CH3Cl) + 26,8 (HCl) + 10 (N2) = 100 mo<=s

Resposta

A composição final dos produtos, em porcentagem molar, é:
  • CH4: 13,2%
  • Cl2: 23,2%
  • CH3Cl: 26,8%
  • HCl: 26,8%
  • N2: 10%

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