O processo Deacon pode ser revertido para produzir ácido clorídrico através da remoção do
formado usando coque quente, de acordo com a reação:
Cloro gasoso (
vol Cl 2 e
vol ar) é misturado com vapor (
em excesso) e passa sobre um leito de coque aquecido a
. A conversão do
em HCl é de
. Todo o oxigênio do ar reage com o coque para formar
. Calcular a composição dos gases que saem do conversor (base volumétrica).
Cloro gasoso (
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo e o que vamos precisar para resolver. A gente tem um processo químico onde estamos convertendo cloro gasoso (Cl₂) em ácido clorídrico (HCl) usando coque e vapor de água. A gente precisa calcular a composição dos gases que saem do conversor em termos de porcentagem volumétrica.
Para resolver isso, vamos precisar usar conhecimentos de estequiometria das reações químicas, balanço de matéria e entender como calcular a composição dos gases resultantes. Vamos seguir passo a passo para deixar tudo claro!
Passo 2
Primeiro, vamos analisar a reação dada:
Essa é a reação reversa do processo Deacon, onde cloro, vapor de água e carvão (coque) reagem para formar HCl e CO₂.
Passo 3
Agora, vamos entender as quantidades iniciais dos reagentes. Sabemos que o cloro gasoso está 90% em volume de Cl₂ e 10% de ar. Precisamos considerar apenas o cloro puro para a reação, mas também precisamos levar em conta que o ar contém oxigênio que reagirá com o coque.
Além disso, temos vapor de água com 50% de excesso. O excesso significa que temos mais vapor do que o necessário para reagir completamente com o cloro.
Passo 4
Vamos determinar a quantidade de oxigênio disponível no ar. O ar é composto aproximadamente por 21% de oxigênio, mas na questão está especificado que o ar é 10% do fluxo total de cloro, e todo o oxigênio do ar reage com o coque para formar CO₂.
Então, se temos 10% de ar, e considerando que o ar é cerca de 21% de O₂, a fração de O₂ no ar será:
Passo 5
Vamos agora considerar a conversão do Cl₂ em HCl, que é de 80%. Isso significa que apenas 80% do cloro presente reage para formar HCl, enquanto os 20% restantes não reagem e saem do conversor inalterados.
Passo 6
Vamos assumir uma base de 100 volumes para facilitar os cálculos.
- Cloro inicial: 90% Cl₂ e 10% ar.
- Volume de Cl₂ = 90 volumes.
- Volume de ar = 10 volumes.
Dentro dos 10 volumes de ar, temos 21% de O₂:
Passo 7
Agora, consideramos o vapor de água com 50% de excesso. Primeiro, precisamos saber a quantidade teórica de H₂O necessária para reagir com Cl₂.
Pela reação:
Para cada 2 mols de Cl₂, precisamos de 2 mols de H₂O. Então, a relação é 1:1.
Como temos 90 volumes de Cl₂, precisamos de 90 volumes de H₂O teoricamente. Com 50% de excesso, teremos:
Passo 8
Vamos agora calcular a quantidade de HCl formada e os reagentes que permanecem.
- Conversão de Cl₂: 80% de 90 volumes = 72 volumes reagem.
- Cl₂ não reagido: 90 - 72 = 18 volumes.
- H₂O consumido: 72 volumes (porque a relação é 1:1).
- H₂O não reagido: 135 - 72 = 63 volumes.
Passo 9
Agora, vamos calcular a formação de HCl e CO₂.
- Pela reação, 2 Cl₂ formam 4 HCl, ou seja, 2 mols de Cl₂ produzem 4 mols de HCl.
- Então, 72 volumes de Cl₂ produzem:
- Também, 72 volumes de Cl₂ produzem:
Passo 10
Temos também o consumo de O₂ pelo coque para formar CO₂. Cada mol de O₂ reage com 1 mol de C para formar 1 mol de CO₂. Já calculamos a quantidade de O₂ disponível:
- Volume de O₂ = 2,1 volumes.
Portanto, o coque vai reagir com 2,1 volumes de O₂, formando 2,1 volumes de CO₂ adicionais.
Passo 11
Agora, vamos somar todos os produtos e reagentes não consumidos:
- HCl formado: 144 volumes.
- CO₂ formado pela reação do Cl₂: 36 volumes.
- CO₂ formado pela reação do O₂: 2,1 volumes.
- Cl₂ não reagido: 18 volumes.
- H₂O não reagido: 63 volumes.
- Não temos outros reagentes ou produtos significativos.
Passo 12
Vamos somar todos os volumes para obter o total:
Passo 13
Agora, vamos calcular a porcentagem volumétrica de cada componente nos gases de saída:
- HCl:
- CO₂:
- Cl₂:
- H₂O:
Resposta
A composição dos gases que saem do conversor, em base volumétrica, é aproximadamente:
- HCl: 50,9%
- CO₂: 13,1%
- Cl₂: 6,36%
- H₂O: 22,25%
Exercícios relacionados
Minério de zinco contendo
de ZnS e
de inertes é queimado numa fornalha contendo
de ar em excesso. O sulfeto de zinco é convertido em óxido de zinco de acordo com a reação:
O óxido de zinco é então misturado com coque ( e
de inertes em peso), numa segunda unidade onde o óxido de zinco é reduzido ao metal de acordo com a reação:
Com base em 1 tonelada de minério de Zinco alimentado à fornalha, calcular: a) a composição dos gases deixando a fornalha (base volumétrica); b) a produtividade de zinco metálico; e c) a quantidade de coque consumido.
O óxido de zinco é então misturado com coque (
Com base em 1 tonelada de minério de Zinco alimentado à fornalha, calcular: a) a composição dos gases deixando a fornalha (base volumétrica); b) a produtividade de zinco metálico; e c) a quantidade de coque consumido.
Assinale a proposição correta (justifique sua resposta):
(d) A ebulição nucleada é caracterizada por núcleos de bolsões de vapor na superfície aquecida que aceleram a produção de vapor.
(d) A ebulição nucleada é caracterizada por núcleos de bolsões de vapor na superfície aquecida que aceleram a produção de vapor.
Calcular a composição dos gases de combustão para cada um dos casos a seguir, nos quais Carbono puro é queimado: a) com combustão completa usando ar teórico; b) com combustão completa usando
de ar em excesso; e c) usando
de ar em excesso e combustão incompleta de
do carbono.
A conversão de CO a CO 2 é dada por:
Esta reação atinge o equilíbrio a uma dada temperatura e as frações molares dos compostos presentes na reação são dadas pela equação: , na qual
é a constante de equilíbrio, cujo valor, para
, é 1,00. Supondo que a alimentação do reator contém 10 mol de CO e 2 mol de
e que a reação atinge o equilíbrio a 1105 K , pede-se calcular: a) A composição de equilíbrio da mistura; e b) A conversão da reação.
Esta reação atinge o equilíbrio a uma dada temperatura e as frações molares dos compostos presentes na reação são dadas pela equação: