O processo Deacon pode ser revertido para produzir ácido clorídrico através da remoção do O2 formado usando coque quente, de acordo com a reação: 2 Cl2+2 H2 O+C 4 HCl+CO2
Cloro gasoso ( 90 % vol Cl 2 e 10 % vol ar) é misturado com vapor ( 50 % em excesso) e passa sobre um leito de coque aquecido a 900^circ C. A conversão do Cl2 em HCl é de 80 %. Todo o oxigênio do ar reage com o coque para formar CO2. Calcular a composição dos gases que saem do conversor (base volumétrica).

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:
2 Cl2 + 2 H2 O + C 4 HCl + CO2
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:
Volume de O2 = 0,10 times 0,21 = 0,021 ou 2,1%

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:
Volume de O2 = 10 times 0,21 = 2,1 volumes

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:
2 Cl2 + 2 H2 O 4 HCl + CO2
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:
Volume de H2O = 90 times 1,5 = 135 volumes

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:
72 times 42 = 144 volumes de HCl
  • Também, 72 volumes de Cl₂ produzem:
72 times 12 = 36 volumes de CO2

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:
144 (HCl) + 36 (CO2) + 2,1 (CO2) + 18 (Cl2) + 63 (H2O) = 283,1 volumes

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