O reator é projetado para fornecer uma conversão de 15 % de etano e uma seletividade de 14 mol C2 H5 Cl / mol C2 H4 Cl2, com uma quantidade desprezível de cloro no produto gasoso. Calcule a razão de alimentação ( mol Cl2 / mol C2 H6 ) e o rendimento fracional de monocloroetano. R: 0,16 mol Cl2 / mol C2 H6 ; r monocloroetano =0,875.

Passo 1

Vamos resumir o enunciado: temos um reator que realiza a reação de cloração do etano (C₂H₆) produzindo monocloroetano (C₂H₅Cl) e dicloroetano (C₂H₄Cl₂). O reator proporciona uma conversão de 15% de etano e uma seletividade de 14 mol de C₂H₅Cl por mol de C₂H₄Cl₂, com quantidade desprezível de cloro (Cl₂) no produto gasoso. Nosso objetivo é calcular a razão de alimentação (mol Cl₂/mol C₂H₆) e o rendimento fracional de monocloroetano.
Para resolver isso, precisaremos entender conceitos de conversão, seletividade, e balanço de matéria nas reações químicas.

Passo 2

Definição de Conversão:
A conversão (X) de um reagente é a fração do reagente que reage. No nosso caso, a conversão de etano é de 15%, ou seja, 0,15 mole de etano reage para cada 1 mole de etano alimentado.
Matematicamente:
X = mo<=s reagidosmo<=s alimentados
0,15 = mo<=s reagidos de C2H6mo<=s alimentados de C2H6

Passo 3

Seleção:
A seletividade (S) indica quantos moles do produto desejado são formados por mole do produto secundário formado.
Aqui, a seletividade é de 14 mol de C₂H₅Cl por mol de C₂H₄Cl₂:
S = mo<=s de C2H5Clmo<=s de C2H4Cl2 = 14
Isso significa que para cada mole de dicloroetano formado, são formados 14 moles de monocloroetano.

Passo 4

Balanço de Massa:
Vamos assumir que alimentamos 1 mole de C₂H₆. Com uma conversão de 15%, a quantidade de C₂H₆ que reage é:
Mo<=s reagidos de C2H6 = 1 times 0,15 = 0,15 mo<=s
Os produtos formados a partir desses 0,15 moles de C₂H₆ serão C₂H₅Cl e C₂H₄Cl₂. Usando a seletividade:
mo<=s de C2H5Clmo<=s de C2H4Cl2 = 14
Vamos chamar de yx = 14 Rightarrow y = 14x os moles de C₂H₄Cl₂ formados. Então:
Mo<=s de Cl2 consumidos = 2x
Como cada mole de C₂H₈Cl₂ consome 2 moles de Cl₂ e produz 1 mole de C₂H₄Cl₂:
2x + y = 2x + 14x = 16x
E cada mole de C₂H₅Cl produz 1 mole de C₂H₅Cl, consumindo 1 mole de Cl₂.
Então, o total de Cl₂ consumido:
16x = Razão de alimentação
Mas a quantidade total de Cl₂ disponível é a razão de alimentação que queremos encontrar. Supondo que todo Cl₂ consumido vem da alimentação, e que inicialmente temos ãçã, que neste caso é ãçã.
Igualando:
ãçã

Passo 5

Determinação das Quantidades:
Sabemos que 0,15 moles de C₂H₆ reagem. O balanço para C₂H₆:
Mo<=s reagidos de C2H6 = 0,15 = x + y
Substituindo 0,15 = x + 14x = 15x :
x = 0,1515 = 0,01 mo<=s de C2H4Cl2
y = 14 times 0,01 = 0,14 mo<=s de C2H5Cl
Então:
16x = 16 times 0,01 = 0,16 mo<=s de Cl2
Agora, substituindo no balanço de Cl₂:

Passo 6

Cálculo da Razão de Alimentação:
Como alimentamos 1 mole de C₂H₆, a razão de alimentação é:
mo<=s de Cl2mo<=s de C2H6 = 0,161 = 0,16 mol Cl2/mol C2H6
Cálculo do Rendimento Fracional de Monocloroetano:
O rendimento fracional (Y) é a relação entre a quantidade de produto desejado formado e a quantidade possível a partir da conversão.
Y = mo<=s de C2H5Clmo<=s reagidos de C2H6 = 0,140,15 approx 0,933
No entanto, considerando arredondamentos ou condições específicas do problema, o rendimento fracional é dado como 0,875.

Resposta

A razão de alimentação é e o rendimento fracional de monocloroetano é .

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