Balanço Material em um Processo Químico - Aula 5 e 6

Página 1 de 15 Nome da Disciplina PROJETOS DE PROCESSOS QUÍMICOS 9º A ENGQUÍMICA Professor HERNANDES DE SOUZA BRANDÃO Data 2229032023 Assunto da Aula BALANÇO MATERIAL EM UM PROCESSO QUÍMICO email institucional hernandesbrandaoumcbr Cel opcional 11 99 161 8550 5ª e 6ª AULA Cálculo Estequiométrico Grau de Avanço GRAU DE AVANÇO DA REAÇÃO Esta nova variável denominada grau de avanço grau de reação medida de reação ou coordenada de progresso ou extent or degree of advancement of reaction caracteriza a medida ou o grau em que uma dada reação ocorreu Expressões Matemáticas ni ni0 i sendo que número estequiométrico adimensional coeficiente esteq precedido de sinal Para reagentes i 0 para produtos i 0 e para inertes i 0 Exemplo N2 3 H2 2 NH3 meio argônio N2 1 H2 3 NH3 2 Ar 0 Relacionando grau de avanço e conversão de A nA nA0 A nA0 1 XA nA0 XA A Para XA 1 máx nA0 A Consequentemente XA máx Geralmente as reações rápidas têm seu avanço limitado pela posição do equilíbrio químico então temse um grau de avanço de equilíbrio e que será menor do que máx Em muitos casos os valores destas duas variáveis se aproximam e quando isto ocorre o equilíbrio favorece a formação de produto e quantidades extremamente pequenas do reagente limitante permanece no sistema As reações onde ocorrem estas situações isto é onde os valores de e e máx se aproximam são classificadas de irreversíveis Quando o grau de avanço de equilíbrio difere de maneira sensível do valor de máx a reação é classificada de reversível Do ponto de vista termodinâmico todas as reações são reversíveis mas frequentemente é conveniente desprezar pequenos graus de reversibilidade e considerálas como irreversíveis nestes casos não há qualquer prejuízo e os resultados são muito bons As reações lentas por outro lado somente atingirão o equilíbrio em tempos grandes demais para poderem ser consideradas compatíveis com a boa prática industrial Para várias reações simultâneas ni ni0 i1 e1 i2 e2 i3 e3 1ª reação 2ª reação 3ª reação T De Donder 1931 Letra grega ksi letra grega ni 1 A B KP1 40 Página 3 de 15 2 A C KP2 20 Página 4 de 15 EXERCÍCIOS REAÇÕES REVERSÍVEIS 1 O craqueamento do cumeno C3H7 C6H5 produz benzeno e propileno de acordo com a seguinte equação estequiométrica C3H7 C6H5 g C6H6 g C3H6 g Sabese que a constante de equilíbrio desta reação é igual a 925 atm A partir destes dados calcule a conversão fracional em termos de reagentes nas pressões de 1 e 6 atm Comente os resultados Página 5 de 15 Comentários A B C fase gasosa Aplicandose o Princípio de Le Chatelier deslocamento do equilíbrio A B C 1 v 2v Com aumento da pressão P de 1 para 6 atm o equilíbrio se desloca para o sentido do membro de menor volumeisto é para os reagentes diminuindo assim a conversão de 095 para 0779 Página 6 de 15 RECAPITULANDO REAÇÕES SIMPLES Expressões Matemáticas ni ni0 i nA0 XA A REAÇÕES MÚLTIPLAS Exemplos de reações múltiplas reações em série em paralelo combinadas sérieparalelo reversíveis etc Para várias reações simultâneas ni ni0 i1 e1 i2 e2 i3 e3 1ª reação 2ª reação 3ª reação EXERCÍCIOS DE REAÇÕES REVERSÍVEIS SIMULTÂNEAS 1 Gomide R Estequiometria Industrial Página 157158 Sejam duas reações simultâneas em fase gasosa a uma dada temperatura e pressão 1 A B Kp1 10 2 A C Kp2 20 Calcular a composição da mistura gasosa em equilíbrio e o rendimento de cada reação Resp 25 mol A 25 mol B e 50 mol C XA1 025 e XA2 050 2 Três reações têm lugar simultaneamente em fase gasosa a 800 K e 1 atm 1 A R Kp1 15 2 A M Kp2 10 3 A B Kp3 15 Admitindo gases ideais calcular a composição molar da mistura gasosa em equilíbrio e a conversão de cada reação Resp comp molar 20 A 30 R 30 M e 30 B conversões 1 30 2 20 e 3 30 3 Dadas as reações paralelas em fase gasosa em equilíbrio a 1000 K e 1 atm 1 A N Kp1 06 2 2 A M Kp2 36 Pedemse a a composição molar percentual da mistura final em equilíbrio após certo tempo b a conversão fracional do reagente em cada reação Resp compmolar 3487 A 2104 N e 4409 M conversões 1 146 e 2 612 Página 7 de 15 Página 2 de 15 Página 8 de 15 T800K P1atm Página 10 de 15 Página 11 de 15 EXERCÍCIOS DE REAÇÕES IRREVERSÍVEIS SIMULTÂNEAS OBSERVAÇÃO RENDIMENTO E SELETIVIDADE Rendimento mols formados do produto desejado mols que teriam se formado se não houvesse reações paralelas e se o reagente limitante reagisse completamente Seletividade mols formados do produto desejado mols formados do produto não desejado 4 As reações C2H6 C2H4 H2 C2H6 H2 2 CH4 ocorrem em um reator contínuo em estado estacionário A alimentação contém 850 molar de etano C2H6 e o resto são inertes I A conversão fracional do etano é 0501 e o rendimento fracional do etileno é 0471 Calcule a a composição molar do produto gasoso e b a seletividade da produção do etileno em relação ao metano Resp a 303 C2H6 286C2H4 267 H2 37 CH4 e 107 I b S 77 mol C2H4 mol CH4 5 Considere o seguinte par de reações A 2 B desejado A C não desejado Suponha que 100 mol de A são fornecidos a um reator de batelada e que o produto final contém 10 mol de A 160 mol de B e 10 mol de C Calcule a A conversão fracional de A no processo global b O rendimento de B c A seletividade de B em relação a C d A extensão de cada uma das reações e A conversão fracional de A em cada reação 6 O metano é queimado com ar em um reator contínuo no estado estacionário para produzir uma mistura de monóxido de carbono dióxido de carbono e água As reações envolvidas são CH4 32 O2 CO 2 H2O CH4 2 O2 CO2 2 H2O A alimentação contém 78 molar CH4 194 O2 e 728 N2 A percentagem de conversão do metano é 90 e o gás que sai do reator contém 8 mol CO2 mol CO Calcule a composição molar da corrente de produto usando extensões de reação Resp078 CH4 078 CO 62 CO2 140 H2O 57 O2 e 725 N2 C2H4 H2 C2H4 H2 ηB 0471 0 ηB 1 S 77 mol C2H4 mol CH4 Página 15 de 15 RESOLVER OS EXERCÍCIOS 3 E 6 S 885 do produto desejado