Propano é desidrogenado para formar propeno. A reação de desidrogenação é:
C3 H8 C3 H6+H2
O processo deve ser projetado para uma conversão global de 95 % do propano. Os produtos da reação são separados em duas correntes: a primeira, contendo H2, C3 H6 e 0,555 % de C3 H8, deixa o processo e é considerada o produto; a segunda contém o restante do C3 H8 não reagido e 5 % do propeno da corrente de produto, e é reciclada, sendo misturada a carga fresca do reator. Com base nos dados acima, calcule: a) a composição do produto;

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre a desidrogenação do propano para formar propeno. O que a gente tem aqui é uma reação química onde o propano ( ) se transforma em propeno ( ) e hidrogênio ( ). A gente quer descobrir a composição do produto final depois que a reação e a separação dos produtos acontecerem. Para isso, vamos precisar usar conceitos de balanço de massa e conversão química.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a conversão. A conversão global de 95% do propano significa que, de todo o propano que entra no reator, 95% vai reagir para formar propeno e hidrogênio, e apenas 5% vai sair sem reagir. Então, se começar com 1 mol de propano, 0,95 mol vai reagir e 0,05 mol vai permanecer não reagido.

Passo 3

Vamos definir C3H8 C3H6 + H2 como a vazão de propano que entra no reator. Então, a quantidade de propano que reage é e a que não reage é .
A reação é:
Para cada mol de propano que reage, formam-se 1 mol de propeno e 1 mol de hidrogênio. Portanto, a quantidade de propeno formado é e a de hidrogênio também é .

Passo 4

Agora, vamos considerar as correntes de saída. A primeira corrente é o produto, que contém:
  • Hidrogênio:
  • Propeno:
  • Propano não reagido: de
A segunda corrente é reciclada e contém:
  • Propano não reagido:
  • Propeno: da corrente de produto
Vamos chamar a vazão da corrente de produto de .

Passo 5

Sabemos que na corrente de produto, 0,555% é propano. Então:
0,05FP = 0,00555
Resolvendo para P = 0,05F0,00555 approx 9F :

Passo 6

Agora, na corrente de produto C3H6 = 0,95F , a quantidade de propeno é:
H2 = 0,95F
E a quantidade de hidrogênio é:
Além disso, 0,555% de é propano, que já usamos para encontrar .

Passo 7

Vamos agora calcular a composição percentual da corrente de produto. Temos:
H2 = 0,95F
C3H6 = 0,95F
C3H8 = 0,05F
A soma total é:
0,95F + 0,95F + 0,05F = 1,95F
Mas como Porcenta>=m de H2 = ( 0,95F9F ) times 100 approx 10,56% , precisamos normalizar as quantidades para encontrar as porcentagens:
Porcenta>=m de C3H6 = ( 0,95F9F ) times 100 approx 10,56%
Porcenta>=m de C3H8 = ( 0,05F9F ) times 100 approx 0,56%

Resposta

A composição do produto é aproximadamente:
H2: 10,56%, C3H6: 10,56%, C3H8: 0,56%

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