Propano é desidrogenado para formar propeno. A reação de desidrogenação é:
O processo deve ser projetado para uma conversão global de
do propano. Os produtos da reação são separados em duas correntes: a primeira, contendo
e
de
, deixa o processo e é considerada o produto; a segunda contém o restante do
não reagido e
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
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:
Resolvendo para
:
Passo 6
Agora, na corrente de produto
, a quantidade de propeno é:
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:
A soma total é:
Mas como
, precisamos normalizar as quantidades para encontrar as porcentagens:
Resposta
A composição do produto é aproximadamente: