Introdução a Eng.Química e Ambiental – Lista de Exercícios 3 – Prof. Rodrigo L. Bonifácio
Lista de Exercícios 3 – Introdução a Engenharia Química e Ambiental Instruções: As composições em % referem-se à fração molar dos componentes em mistura, exceto quando indicado algo em contrário. Assumir os processos em fluxo contínuo como sendo de regime estacionário.
Prof. Rodrigo L. Bonifácio 1) Na produção de etileno (C2H4), a partir da desidrogenação do etano (C2H6), 100 kg.mol/h de uma corrente contendo 85% de C2H6 e 15% de inertes alimentam um reator. Sabendo-se que a composição molar na saída é de: C2H6: 30,3%, C2H4: 28,6%, H2 : 26,8%, CH4 : 3,6% e inertes: 10,7% E considerando que as seguintes reações químicas ocorrem no reator: C2H6 →C2H4 + H2 (reação de desidrogenação – desejada) C2H6 + H2 →2 CH4 (reação secundária de formação do metano – indesejada) Calcule: a) a vazão de saída do reator (140,2 kg.mol/h) b) a conversão do etano (50%) c) o rendimento do etileno baseado na alimentação (47,2%) d) a vazão molar de C2H6 consumida no processo (42,5 kg.mol/h) e) o rendimento do etileno baseado no consumo de reagente limitante (0,94 kg.mol/h C2H4 / kg.mol/h C2H6) f) a seletividade do etileno em relação ao metano (CH4) (7,94 kg.mol/h C2H4 / kg.mol CH4)
2) NH3 reage com excesso de O2, de acordo com a reação: 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O A conversão por passe é de 70 %. Baseado no fluxograma abaixo, calcule: a) A vazão de NO na saída do separador (100 kg.mol/h) b) A vazão do reciclo de NH3. (42,9 kg.mol/h) O2
O2 Y O2 = 1 NH3 100 Kg.mol/h Y NH3 = 1
NH3
Y O2 = 1
Reator
Separador
NO Y NO = 1
Y NH3 = 1 NH3 Y NH3 = 1
H2O Y H2O = 1
3) Etano reage com oxigênio para formar dióxido de carbono e água, conforme reação: C2H6 + 7/2 O2 → 2 CO2 + 3 H2O Sabe-se que 100 g.mol/h de etano e 100 g.mol/h de O2 são alimentados em um forno. Determine: a) a razão estequiométrica entre o oxigênio e o etano (3,5) b) o reagente limitante (oxigênio) c) a porcentagem em excesso do outro reagente (250%).
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4) A reação entre etileno e ácido bromídrico para formar etil-bromato acontece num reator contínuo. A reação do processo é dada por: C2H4 + HBr → C2H5Br A composição molar da corrente de saída do reator é de 50% C2H5Br e 33,3% HBr. A alimentação contém somente etileno e ácido bromídrico. Determine: a) o reagente limitante. Dica: Adote uma base de cálculo! (o reagente limitante é C2H4) a) a fração de conversão do reagente limitante (75%) b) a porcentagem em excesso do outro (24,9%) 5) d-glicose e d-frutose apresentam a mesma fórmula química (C6H12O6), mas possuem propriedades físico-químicas diferentes. Glicose é convertida em frutose conforme mostrado na figura abaixo. Calcule a razão da vazão de reciclo pela vazão de alimentação. Considere que a conversão por passe no conversor é de 60%. (R: 0,833 kg.mol de reciclo/ kg.mol de alimentação) C6H12O6 → C6H12O6 (glicose) (frutose) Alimentação 100 kg.mol/h de glicose 100%
6) Um gás contém (em massa) 5% de C3H8, 5% de C4H10, 16% de O2, 38% de N2 e o restante de água (Massas Atômicas: C = 12; O = 16; H = 1; N = 14). Calcule: a) a composição molar deste gás (2,8% C3H8; 2,1% C4H10; 12,3% O2; 33,4% N2; 49,3% H2O) b) a composição molar do gás em base seca (5,5% C3H8; 4,2% C4H10; 24,3% O2; 66,0% N2) 7) Propano (C3H8) é queimado com ar em um reator A reação do processo é: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O. Assuma que: • a vazão de ar na entrada do reator é igual ao ar teórico; • não ocorre formação de monóxido de carbono; • a conversão global do propano é de 100%. • a composição molar do ar é 79% N2 e 21% O2. Calcule a composição molar da saída do reator. (72,9% N2; 11,6% CO2; 15,5 % H2O) 8) Propano (C3H8) é queimado com ar em um reator. A reação do processo é: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O. Assuma que: • a queima ocorre com 20% de excesso de ar; • não ocorre formação de monóxido de carbono; • a conversão global do propano é de 100%. • a composição molar do ar é 79% N2 e 21% O2. Calcule a composição molar da saída do reator. (73,8% N2; 9,8% CO2; 13,1 % H2O; 3,3% O2)
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9) DESAFIO. A alimentação de um processo de produção de amônia contém 24,75% de nitrogênio, 74,25% de hidrogênio e o restante de inertes. Essa alimentação é combinada com uma corrente de reciclo com as mesmas espécies e então alimentada ao reator, no qual atinge-se uma conversão de 25% de nitrogênio em cada passo. Os produtos passam através do condensador, onde toda a amônia é removida numa corrente e os gases restantes (nitrogênio, hidrogênio e inertes) são separados numa outra corrente que segue para reciclo. Contudo, para prevenir o acúmulo de inertes no sistema, uma purga é realizada a partir desta corrente de reciclo. Sabe-se que a corrente de reciclo tem 12,5% de inertes, hidrogênio e nitrogênio. Calcule: a) a conversão global do nitrogênio (92,8%) b) a razão entre a vazão de alimentação do sistema/ vazão de alimentação do reator (0,246 kg.mol alimentação do sistema/ kg.mol alimentação do reator) Purga Reciclo
Aliment. Sistema 24,75% N2 74,25% H2 1,00% I
12,5% I ? N2 ? H2 Aliment. Reator
Produto Reator
Condensador 100% NH3
