Uma reação não desejada, que compete com a primeira, é a combustão do etileno:
A alimentação do reator (näo a alimentação virgem do processo) contém 3 moles de etileno por mol de oxigênio. A conversão do etileno no reator é
, e para cada 100 moles de etileno consumidos no reator 90 moles de óxido de etileno saem nos produtos. Um processo de múltiplas unidades é usado para separar estes produtos: o etileno e o oxigênio são reciclados para o reator, o óxido de etileno é vendido como um produto e o dióxido de carbono e a água são descartados.
© Calcule as vazões molares de etileno e oxigênio na alimentação virgem necessárias para produzir uma tonelada por hora de óxido de etileno.
© Calcule as vazões molares de etileno e oxigênio na alimentação virgem necessárias para produzir uma tonelada por hora de óxido de etileno.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem um reator onde o etileno reage para formar óxido de etileno, mas também tem uma reação indesejada de combustão. O objetivo aqui é descobrir quanto etileno e oxigênio você precisa na alimentação virgem para produzir uma tonelada por hora de óxido de etileno. Para isso, vamos usar conceitos de balanço de matéria e entender como as reações competem no reator.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as duas reações envolvidas:
-
Produção de Óxido de Etileno:
-
Combustão do Etileno (reação indesejada):
Passo 3
Vamos identificar os dados fornecidos:
- Relação na alimentação do reator: 3 moles de etileno por mol de oxigênio.
- Conversão do etileno no reator: 20%.
- Para cada 100 moles de etileno consumidos, 90 moles de óxido de etileno são produzidos.
- A reciclagem envolve etileno e oxigênio; produtos finais são óxido de etileno, dióxido de carbono e água.
- Objetivo: produzir 1 tonelada por hora de óxido de etileno.
Passo 4
Primeiro, vamos converter a tonelada por hora de óxido de etileno para moles por hora. Precisamos do peso molecular do óxido de etileno (
):
- Carbono ©: 12 g/mol × 2 = 24 g/mol
- Hidrogênio (H): 1 g/mol × 4 = 4 g/mol
- Oxigênio (O): 16 g/mol × 1 = 16 g/mol
- Peso molecular total: 24 + 4 + 16 = 44 g/mol
Convertendo 1 tonelada (1000 kg) para gramas:
Agora, calculamos os moles de óxido de etileno:
Passo 5
Sabemos que para cada 100 moles de etileno consumidos, 90 moles de óxido de etileno são produzidos. Vamos calcular a taxa de consumo de etileno no reator:
Se 90 moles de
vêm de 100 moles de
, então para 22,727 mol/h de
:
Passo 6
A conversão de etileno no reator é de 20%, o que significa que 20% do etileno na alimentação ao reator é consumido. Vamos chamar a alimentação ao reator de
:
Resolvendo para
:
Passo 7
Na alimentação do reator, além do etileno, temos oxigênio na proporção de 3 moles de
por mole de
. Então, a quantidade de oxigênio na alimentação do reator (
) é:
Passo 8
Agora, precisamos considerar a reciclagem. A alimentação virgem (
) é a parte do etileno e oxigênio que não está reciclando. Sabemos que a circulação total inclui a alimentação virgem mais o que está sendo reciclado.
Vamos montar os balanços de matéria para etileno e oxigênio.
Etileno:
- Alimentação virgem:
- Reciclagem:
- Total na alimentação do reator:
- Consumido: 25,252 mol/h
- Produto:
- Reciclado:
Oxigênio:
- Alimentação virgem:
- Reciclagem:
- Total na alimentação do reator:
- Consumido:
Balanço de oxigênio:
Resolvendo para
:
Passo 9
Agora, sabemos que a alimentação virgem inclui etileno e oxigênio. Sabemos que:
E como
:
Passo 10
Finalmente, agora temos as vazões molares na alimentação virgem:
- Etileno (
): 25,252 mol/h - Oxigênio (
): 8,418 mol/h
Resposta
Para produzir uma tonelada por hora de óxido de etileno, a alimentação virgem deve conter aproximadamente 25.252 mol/h de etileno (
) e 8.418 mol/h de oxigênio (
).