Suponha que seu principal objetivo é maximizar a seletividade da produção de monocloroetano em relação à produção de dicloroetano. Você projetaria o seu reator para altas ou baixas conversões de etano? Explique a sua resposta. (Dica: Se o conteúdo do reator permanece dentro do próprio reator por um tempo suficiente para que a maior parte do etano na alimentação seja consumido, qual será, provavelmente, o maior constituinte do produto?) Que passos adicionais, quase com certeza, deverão ser seguidos para tornar o processo economicamente viável? R: Resposta por conta do (a) discente.

Passo 1

Vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos que maximizar a seletividade na produção de monocloroetano em relação ao dicloroetano durante a reação de cloração do etano. O conteúdo principal aqui envolve cinética química e seletividade de reação. Para resolver isso, vamos precisar entender como a conversão de etano afeta a formação dos produtos e quais estratégias podemos usar para otimizar o processo.

Passo 2

Primeiro, vamos pensar no que significa seletividade. Seletividade é a capacidade de uma reação produzir mais de um produto desejado em relação a outros produtos indesejados. No nosso caso, queremos que mais monocloroetano seja formado do que dicloroetano.
Agora, vamos considerar a conversão de etano, que é a porcentagem de etano que reage no processo. Se projetarmos o reator para altas conversões, isso significa que mais etano será consumido. Conforme o etano é consumido, há mais chance de ocorrerem reações subsequentes, formando dicloroetano a partir do monocloroetano já produzido.
Por outro lado, se optarmos por baixas conversões de etano, parte do etano permanecerá não reagida no reator. Isso reduz a probabilidade de que o monocloroetano se converta em dicloroetano, aumentando assim a seletividade para monocloroetano.

Passo 3

A dica fornecida na questão nos ajuda a entender melhor. Se o conteúdo do reator permanece lá por tempo suficiente para que a maior parte do etano seja consumida, o principal constituinte do produto tende a ser o dicloroetano. Isso ocorre porque, com mais etano reagindo, há mais chances de cloretos adicionarem-se ao monocloroetano, formando o dicloroetano.
Portanto, para maximizar a seletividade para o monocloroetano, devemos evitar que o etano seja consumido em excesso, ou seja, projetar o reator para baixas conversões de etano.

Passo 4

Agora, sobre os passos adicionais para tornar o processo economicamente viável, mesmo com baixa conversão:
  1. Reciclagem de Etano Não Reagido: Como nem todo etano reage, podemos reciclar o etano não consumido de volta para o reator, aumentando a eficiência do processo e reduzindo custos.
  2. Controle de Temperatura e Pressão: Ajustar cuidadosamente as condições de operação para otimizar a taxa de reação e a seletividade.
  3. Uso de Catalisadores: Implementar catalisadores que aumentem a taxa de formação do monocloroetano sem favorecer muito a formação do dicloroetano.
  4. Separação Eficiente dos Produtos: Utilizar métodos eficazes de separação para isolar o monocloroetano do dicloroetano, minimizando perdas e melhorando a pureza do produto final.

Resposta

Para maximizar a seletividade na produção de monocloroetano em relação ao dicloroetano, o reator deve ser projetado para baixas conversões de etano. Além disso, para tornar o processo economicamente viável, é necessário implementar estratégias como reciclagem do etano não reagido, controle preciso das condições de operação, uso de catalisadores adequados e métodos eficientes de separação dos produtos.

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