2 C2 H4+O2 longrightarrow 2 C2 H4 O
Uma reação não desejada, que compete com a primeira, é a combustão do etileno:
C2 H4+3 O2 2 CO2+2 H2 O
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 20 %, 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.

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:
  1. Produção de Óxido de Etileno:
    2 C2 H4 + O2 longrightarrow 2 C2 H4 O
  2. Combustão do Etileno (reação indesejada):
    C2 H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2 O

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 ( 1000 , kg times 1000 , gkg = 1,000,000 , g/h ):
  • 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:
1,000,000 , g/h44 , g/mol approx 22,727 , mol/h
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 100 , mol , C2 H490 , mol , C2 H4 O times 22,727 , mol/h approx 25,252 , mol/h , C2 H4 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 Conversão = Eti<=no consumidoEti<=no na alimentação times 100% :
20% = 25,252 , mol/hFR times 100% ãçã
FR = 25,2520.20 = 126,260 , mol/h , C2 H4
Resolvendo para :

Passo 7

Na alimentação do reator, além do etileno, temos oxigênio na proporção de 3 moles de FO2 = FR3 = 126,260 , mol/h3 approx 42,087 , mol/h , O2 por mole de . Então, a quantidade de oxigênio na alimentação do reator ( ) é:

Passo 8

Agora, precisamos considerar a reciclagem. A alimentação virgem ( FO2^0 + 33,669 = 42,087 ) 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: FO2^0 = 42,087 - 33,669 = 8,418 , mol/h
  • Reciclagem:
  • Total na alimentação do reator:
  • Consumido: 25,252 mol/h
  • Produto:
  • Reciclado:
Oxigênio:
  • Alimentação virgem:
  • Reciclagem:
  • Total na alimentação do reator:
  • Consumido: çãçã
Balanço de oxigênio:
Resolvendo para :

Passo 9

Agora, sabemos que a alimentação virgem inclui etileno e oxigênio. Sabemos que:
FR = FC2H4^0 + FC2H4^R = 126,260 , mol/h
E como FC2H4^0 = 126,260 - 101,008 = 25,252 , mol/h :

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 ( ).

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