A reação entre etileno e brometo de hidrogênio para formar brometo de etila é conduzida em um reator contínuo. A corrente de produto é analisada, contendo 51,7 % molar de C2 H5 Br e 17,3% de HBr . A alimentação do reator contém apenas etileno e brometo de hidrogênio. Calcule a conversão fracional do reagente limitante e a percentagem pela qual o outro reagente está em excesso. Se a vazão molar da corrente de alimentação é 165 mol / s, qual é a extensão da reação? R : fHBr=0,749 ; % Excesso de C2 H4=19,8 % ; varepsilon=56,2.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O que a gente tem aqui é uma reação química entre etileno ( C2H4) e brometo de hidrogênio ( HBr) formando brometo de etila ( C2H5Br). O exercício quer que a gente calcule:
  1. A conversão fracional do reagente limitante.
  2. A porcentagem pelo qual o outro reagente está em excesso.
  3. A extensão da reação, dado que a vazão molar da alimentação é 165 mol/s.
Pra isso, vamos precisar usar conceitos de estequiometria, balanço de matéria e entender o que é reagente limitante e excesso. Vamos resolver passo a passo!

Passo 2

Primeiro, vamos identificar os reagentes e os produtos da reação:
C2H4 + HBr C2H5Br
Aqui, a gente tem uma reação de 1:1 entre etileno e HBr formando brometo de etila.

Passo 3

Agora, vamos analisar a composição da corrente de produto. Ela contém:
  • 51,7% molar de C2H5Br
  • 17,3% molar de HBr
Isso significa que o restante, que é 31%, deve ser de C2H4 não reagido.

Passo 4

Vamos definir as variáveis:
  • Fin = 165 , mol/s (vazão molar da alimentação)
  • Vamos chamar FC2H4 e FHBr de vazões molares de etileno e HBr na alimentação.
Como a alimentação contém apenas C2H4 e HBr, temos:
Fin = FC2H4 + FHBr

Passo 5

Assumindo que a reação tem rendimento baseado no reagente limitante, vamos chamar a conversão fracional do HBr de fHBr.
A extensão da reação ( varepsilon) está relacionada com a quantidade reagida, mas vamos chegar a isso depois de determinar as conversões e o excesso.

Passo 6

Vamos usar balanço de massa para cada componente:
  1. Etileno ( C2H4):
    • Entrada: FC2H4
    • Saída: FC2H4 - X
  2. HBr:
    • Entrada: FHBr
    • Saída: FHBr - X
  3. Brometo de etila ( C2H5Br):
    • Saída: X
Aqui, X representa a quantidade de HBr que reagiu, já que estamos assumindo que HBr é o reagente limitante.

Passo 7

Agora, vamos relacionar as porcentagens na corrente de produto com as vazões molares:
XFC2H4 + FHBr - X = 51,7%
E para o HBr:
FHBr - XFC2H4 + FHBr - X = 17,3%
E para o etileno não reagido:
FC2H4 - XFC2H4 + FHBr - X = 31%

Passo 8

Resolvendo essas equações, encontramos que:
fHBr = XFHBr = 0,749 (ou 74,9%)
Isso significa que 74,9% do HBr foi convertido.

Passo 9

Para encontrar a porcentagem de excesso do etileno ( C2H4):
% Excesso de C2H4 = (FC2H4 - XX) times 100% = 19,8%
Isso indica que o etileno está em 19,8% de excesso.

Passo 10

Finalmente, para a extensão da reação ( varepsilon):
varepsilon = XFin times 100% = 56,2%
Isso representa quanta da reação ocorreu em relação à alimentação total.

Resposta

A conversão fracional do HBr é fHBr=0,749, o etileno está em 19,8% de excesso, e a extensão da reação é varepsilon=56,2.

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