Metano e oxigênio reagem na presença de um catalisador para formar formaldeído. Em uma reação paralela, parte do metano é oxidada a dióxido de carbono e água. A alimentação do reator contém somente quantidades equimolares de metano e oxigênio. Admita a alimentação de 100 mol / s. A conversão do metano foi 90 % e o rendimento para o formaldeído é 85,5 % em relação a alimentação. Calcule a composição molar da corrente de saída do reator, e a seletividade da produção de formaldeído em relação ao dióxido de carbono.
c CH4+O2 CH2 O+H2 O(1) e CH4+O2 CO2+H2 O (1) (2) R: CH4 5 , 0 %, O2 2 , 7 5 %, CH2 O 42,75 %, H2 O 47,25 % e CO 2,25 % e S=19 mol CH2 Omol CO2

Passo 1

Beleza, vamos começar entendendo o que o enunciado está nos perguntando. Temos uma reação onde metano ( ) e oxigênio ( ) reagem para formar formaldeído ( ) e água ( ). Além disso, parte do metano também pode reagir de forma “paralela” para formar dióxido de carbono ( ) e água.
O que precisamos aqui é calcular a composição molar da saída do reator e a seletividade da produção de formaldeído em relação ao dióxido de carbono. Para isso, vamos usar conceitos de estequiometria e rendimentos de reação.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar a alimentação inicial do reator. Sabemos que a alimentação contém quantidades equimolares de metano e oxigênio, totalizando 100 mol/s. Então:
Metano (CH4) = 50 mol/s
Oxigênio (O2) = 50 mol/s ê

Passo 3

Agora, vamos considerar a conversão do metano, que é de 90%. Isso significa que 90% dos 50 mol/s de metano são consumidos nas reações. Calculando:
Metano consumido = 0,90 times 50 mol/s = 45 mol/s
Portanto, o metano que sobra na saída é:
Metano na saída = 50 - 45 = 5 mol/s í

Passo 4

Em seguida, vamos calcular o rendimento para o formaldeído ( Forma<=deído produzido = 0,855 times 50 mol/s = 42,75 mol/s ), que é de 85,5% em relação à alimentação de metano. Isso significa:
í

Passo 5

Agora, vamos determinar quanto metano foi convertido na reação paralela que forma dióxido de carbono ( Metano para CO2 = 45 - 42,75 = 2,25 mol/s ). Sabemos que o total de metano consumido é 45 mol/s e que 42,75 mol/s foram convertidos em formaldeído. Então:

Passo 6

Vamos agora calcular os produtos de cada reação.
Para a produção de formaldeído ( CH4 + O2 CH2O + H2O ):
A reação balanceada é:
H2O produzido = 42,75 mol/s
Para cada mol de CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O consumido, produz-se 1 mol de CO2 produzido = 2,25 mol/s e 1 mol de H2O produzido = 2 times 2,25 = 4,5 mol/s .
Então:
Para a produção de dióxido de carbono ( ):
A reação balanceada é:
Para cada mol de consumido, produz-se 1 mol de e 2 mols de .
Então:

Passo 7

Agora, vamos somar toda a água produzida nas duas reações:
H2O total = 42,75 + 4,5 = 47,25 mol/s

Passo 8

Vamos também verificar o consumo de oxigênio ( O2 consumido = 42,75 mol/s ):
Na reação para formaldeído:
O2 consumido = 2 times 2,25 = 4,5 mol/s
Na reação para dióxido de carbono:
Total de O2 consumido = 42,75 + 4,5 = 47,25 mol/s
O2 na saída = 50 - 47,25 = 2,75 mol/s
Portanto, o oxigênio que sobra na saída é:
í

Passo 9

Agora, vamos compilar todos os componentes na corrente de saída:
  • Metano (CH ): 5,0 mol/s
  • Oxigênio (O ): 2,75 mol/s
  • Formaldeído (CH O): 42,75 mol/s
  • Dióxido de Carbono (CO ): 2,25 mol/s
  • Água (H O): 47,25 mol/s

Passo 10

Por fim, vamos calcular a seletividade da produção de formaldeído em relação ao dióxido de carbono. A seletividade ( S = mols de CH2Omols de CO2 = 42,752,25 = 19 ) é dada pela razão entre os mols de formaldeído produzidos e os mols de dióxido de carbono produzidos:

Resposta

A composição molar da corrente de saída do reator é:
  • : 5,0 mol/s
  • : 2,75 mol/s
  • : 42,75 mol/s
  • : 2,25 mol/s
  • : 47,25 mol/s
A seletividade da produção de formaldeído em relação ao dióxido de carbono é de 19.

Exercícios relacionados