Exercícios Resolvidos - Produção de Amônia - Reator Catalítico

Prof Dr Luis Fernando Peffi Ferreira Aula de Exercícios e Dúvidas Exercícios Resolvidos A amônia sintética é um importante insumo da indústria química e pode ser produzido através da reação abaixo que ocorre num reator catalítico N2 3H2 2NH3 Correntes de nitrogênio e hidrogênio puros são misturados com o reciclo desses gases e passam por um aquecedor A elevando a temperatura de 50 até 200C antes de alimentar o Reator isotérmico R em uma proporção N2 H2 de 1 5 A conversão em relação ao nitrogênio é de 16 nessas condições O produto gasoso na saída do reator é então resfriado no condensador C até que a amônia chegue ao estado de líquido saturado na pressão do sistema e a mistura é encaminhada ao separador S onde a corrente de líquidos é separada da dos gases que são reciclados A corrente líquida que saí do separador S é de amônia pura Para uma produção de 744600 tonano de Amônia pura determine a A alimentação do processo tonano e o reciclo kmolh de Nitrogênio e Hidrogênio b O fluxo molar da corrente entra no separador S c O potencial econômico básico PE1 d Qual o vapor saturado indique temperatura e pressão deve ser utilizado para aquecer a corrente de gases em A e Sabendo que são fornecidos 15 GJh de calor ao aquecedor A determine o fluxo de massa kgh de vapor saturado para aquecer a corrente de gases f Determine o custo total Uh de utilidade quente vapor usado neste processo g Qual a temperatura de saída do condensador C Justifique sua resposta h Determine a carga térmica no Condensador C i Para resfriar a corrente de saída do reator é utilizado no condensador C água de resfriamento disponível 30ºC e que não pode ultrapassar 50ºC devido a restrições na torre de resfriamento da planta Estime a vazão de água em kgh j Determine o custo de água de refrigeração usada no condensador C em Uano N2 g 3 H2 g 2 NH3 g esteq 1 3 2 alim 15625 78125 consprod 2500 7500 5000 saída 13125 70625 5000 a A alimentação do processo tonano e o reciclo kmolh de Nitrogênio e Hidrogênio b O fluxo molar da corrente entra no separador S c O potencial econômico básico PE1 N2 g 3 H2 g 2 NH3 g esteq 1 3 2 alim 15625 78125 consprod 2500 7500 5000 saída 13125 70625 5000 d Qual o vapor saturado indique temperatura e pressão deve ser utilizado para aquecer a corrente de gases em A e Sabendo que são fornecidos 15 GJh de calor ao aquecedor A determine o fluxo de massa kgh de vapor saturado para aquecer a corrente de gases N2 g 3 H2 g 2 NH3 g esteq 1 3 2 alim 15625 78125 consprod 2500 7500 5000 saída 13125 70625 5000 f Determine o custo total Uh de utilidade quente vapor usado neste processo g Qual a temperatura de saída do condensador C Justifique sua resposta N2 g 3 H2 g 2 NH3 g esteq 1 3 2 alim 15625 78125 consprod 2500 7500 5000 saída 13125 70625 5000 h Determine a carga térmica no Condensador C i Para resfriar a corrente de saída do reator é utilizado no condensador C água de resfriamento disponível 30ºC e que não pode ultrapassar 50ºC devido a restrições na torre de resfriamento da planta Estime a vazão de água em kgh N2 g 3 H2 g 2 NH3 g esteq 1 3 2 alim 15625 78125 consprod 2500 7500 5000 saída 13125 70625 5000 j Determine o custo de água de refrigeração usada no condensador C em Uano 11 O etanol pode ser produzido pela reação 2 CO2g 6 H2g 1 C2H5OHv 3 H2Ov A alimentação do reator R consiste num uma mistura de CO2 e H2 com 30 de excesso de H2 a 200C O reator opera isotermicamente e sua taxa de conversão é de 60 em relação ao CO2 A corrente de saída do reator é resfriada a 50C no condensador C onde todo etanol e água são condensados e separados dos demais gases no separador S Os gases a 50 são reciclados no processo sendo misturados com cargas novas de CO2 e H2 que também entram no processo a 50C Esta mistura deve ser aquecida à 200C e alimentada no reator Os produtos líquidos seguem para a coluna de destilação D onde no topo sai etanol hidratado com 10 em massa de água e no fundo da coluna sai o restante da água pura etanol hidratado 10 gases Carga nova A Água pura Reciclo Gasoso H2 e CO2 H2 e CO2 Reator R C S D Considerando uma produção de 145 tonh de etanol hidratado a 10 em massa determine a A vazão de CO2 e H2 alimentadas no processo em tonano b A vazão de reciclo kmolh de CO2 e H2 c A taxa mássica de água pura kgh que sai do processo na base da coluna da destilação D d A carga térmica kJh no condensador C e Estimar o custo da utilidade fria água por unidade de tempo sabendo que a água de resfriamento entra a 25C e sai a 45C f A carga térmica kJh no aquecedor A que aquece os gases de 50C até 200 g Estimar o custo das utilidades quente vapor por unidade de tempo sabendo que se emprega vapor à 20 kgfcm² etanol hidratado 10 gases Carga nova A Água pura Reciclo Gasoso H2 e CO2 H2 e CO2 Reator R C S D a A vazão de CO2 e H2 alimentadas no processo em tonano b A vazão de reciclo kmolh de CO2 e H2 etanol hidratado 10 gases Carga nova A Água pura Reciclo Gasoso H2 e CO2 H2 e CO2 Reator R C S D c A taxa mássica de água pura kgh que sai do processo na base da coluna da destilação D etanol hidratado 10 gases Carga nova A Água pura Reciclo Gasoso H2 e CO2 H2 e CO2 Reator R C S D d A carga térmica kJh no condensador C etanol hidratado 10 gases Carga nova A Água pura Reciclo Gasoso H2 e CO2 H2 e CO2 Reator R C S D e Estimar o custo da utilidade fria água por unidade de tempo sabendo que a água de resfriamento entra a 25C e sai a 45C etanol hidratado 10 gases Carga nova A Água pura Reciclo Gasoso H2 e CO2 H2 e CO2 Reator R C S D f A carga térmica kJh no aquecedor A que aquece os gases de 50C até 200 g Estimar o custo das utilidades quente vapor por unidade de tempo sabendo que se emprega vapor à 20 kgfcm²