6_Aula_-_Balano_de_Massa_4

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Praticando! – Tarefa!!
Exemplo III: Produção do eteno (C2H4). As reações : 
C2H6 → C2H4 + H2 (reação principal) e 
C2H6 + H2 → 2 CH4 (reação indesejada)
se desenvolvem em um reator contínuo em estado estacionário. A 
vazão molar de alimentação é 100,0 kg.mol/h. A composição dos 
gases é dada pela tabela a seguir:
Composição Molar (%)
a) Calcule a vazão de saída
b) Calcule a conversão do etano (C2H6) baseado na alimentação.
c) Calcule o rendimento do eteno baseado no consumo.
d) Calcule a seletividade do eteno relativa ao metano.
C2H6 C2H4 H2 CH4 inertes
Alimentação 85 0 0 0 15
Produto 30,3 28,6 26,8 3,6 10,7
Composição Molar (%)
Corrente
Resposta:
a) Calcule a Vazão de saída
Neste caso o processo e operado em regime permanente, 
sem acumulação de susbstâncias dentro do processo, é 
portanto o balanço de massa total do sistema, indica 
que a vazão de saída = vazão de entrada = 100 
kg.mol/h.
b) Calcule a conversão do etano (C2H6) baseado na 
alimentação.
c) Calcule o rendimento do eteno baseado no consumo.
d) Calcule a seletividade do eteno relativa ao metano.d) Calcule a seletividade do eteno relativa ao metano.
Exemplo IV: Propano é desidrogenado para formar propeno em um reator 
catalítico: C3H8 → C3H6 + H2. 
As correntes de produto e de saída do reator contêm H2, C3H6 e C3H8. 
A corrente de reciclo contém apenas C3H6 e C3H8. 
A vazão de C3H6 na corrente de reciclo equivale a 5% da vazão de C3H6 na 
corrente de saída do reator.
A vazão de C3H8 no produto equivale a 0,555% da vazão de C3H8 na saída do 
reator. 
O processo é projetado para uma conversão global de 95% do propano. 
Calcule 
a) a composição molar do produtoa) a composição molar do produto
b) a razão entre as vazões de reciclo e de alimentação
c) a conversão por passe de C3H8
Reator
Y C3H8 = 1 ? C3H8
? C3H6
? C3H8
? C3H6
? C3H8
? C3H6
? H2
Separador
? C3H8
? C3H6
? H2
Reagente Produto
C3H8 C3H6 H2
Rel. Est. 1 1 1
Balanço - Global
Conversão global de 95%
a) Composição molar do produto
C3H8 → C3H6 + H2. 
Entrada 1 0 0
Saída 0,05 0,95 0,95
Balanço global do separador
Dados: 
Balanço do C3H6 no separador Balanço do C3H8 no separador
b) a razão entre as vazões de reciclo e de alimentação
Reagente Produto
C3H8 C3H6 H2
Rel. Est. 1 1 1
Início 9,96 0,05 0
Final 9,01 1 0,95
c) a conversão por passe de C3H8
Balanço de massa em reatores de combustão
1. Combustão
 Processo industrial em que um combustível é queimado com um comburente.
 Combustível: normalmente uma mistura de hidrocarbonetos, com 
contaminação de compostos de enxofre.
 Comburente: normalmente oxigênio do ar, em excesso em relação ao 
combustível.
 Reações.
C + O → CO (combustão completa)C + O2 → CO2 (combustão completa)
2H2 + O2 → 2 H2O
S + O2 → SO2
C + ½ O2 → CO (combustão incompleta)
 Gera-se uma mistura gasosa conhecida como gás de combustão ou
gás de chaminé. Seus principais componentes serão CO2, SO2, N2 (inerte) e 
CO (combustão incompleta).
 Por razões econômicas óbvias, o ar é fonte de oxigênio. Sua composição 
molar é de 79% de N2 e 21% de O2.
Balanço de massa em reatores de combustão
2. Composição em base seca e base úmida
 Composição em base úmida considera a água presente em uma dada 
mistura.
Exemplo, composição molar de um gás em base úmida: 20% CO, 50% CO2
e 30% H2O (base úmida)
 Composição em base seca NÃO considera a água presente na mistura. 
Exemplo, a composição molar do mesmo gás acima em base seca é 28,6% Exemplo, a composição molar do mesmo gás acima em base seca é 28,6% 
CO e 71,4% CO2.
 Base de cálculo: 100 g-mol de gás úmido
20 g-mol de CO
50 g-mol de CO2 70 g.mol total em base seca (desconsiderando H2O)
30 g-mol de H2O
Y CO = 20/70 = 0,286 em base seca
Y CO2 = 50/70 = 0,714 em base seca
Terminologia
 Oxigênio teórico: o número de mols ou vazão molar de O2 necessários para 
a combustão completa de todo o combustível do reator, assumindo-se que 
todo C se converta a CO2 e todo H se converta a H2O.
 Ar teórico: a quantidade de ar que contém o oxigênio teórico.
 Excesso de ar: a quantidade de ar alimentado que excede a quantidade 
teórica.
 Conhecendo-se a estequiometria de reação completa, determina-se o O2
teórico.
100% lim 




 

teórico
teóricoentaçãoa
arn
arnarn
ardeexcesso
Balanço de massa em reatores de combustão
1. não esquecer de incluir o N2 na entrada e na saída do fluxograma. 
1. não esquecer do combustível e do O2 não reagidos na saída, além dos 
produtos de combustão (CO2, H2O. Quando combustão é incompleta, 
lembrar do CO).
3. se é dada uma porcentagem em excesso de ar, o O2 realmente alimentado 
pode ser calculado utilizando-se a equaçãopode ser calculado utilizando-se a equação
4. O ar teórico é calculado como sendo a quantidade necessária para queimar 
todo o combustível e formar exclusivamente CO2, e independe da 
quantidade de combustível queimado na prática (conversão).
5. O valor da porcentagem de excesso de ar depende somente do ar teórico e 
do ar alimentado, e não quanto do O2 é consumido no reator, ou se a 
combustão é completa ou parcial.
100% lim 




 

teórico
teóricoentaçãoa
arn
arnarn
ardeexcesso
Exemplo 12: 
100 kg.mol/h de butano (C4H10) e 5000 kg.mol/h de ar são alimentados 
a um reator de combustão. Calcular:
a) o oxigênio teórico
b) o ar teórico
c) a porcentagem de ar em excesso.
Praticando!
C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O
Exemplo 13: 
150,0 kg/h de C8H18 reage com 55,0% de ar em excesso, numa reação 
de combustão total, com conversão de 68,5%.
a) Determine o O2 teórico.
b) Determine o ar teórico.
c) Determine a vazão de ar na entrada.
d) Determine a composição da corrente de entrada.
Praticando!
d) Determine a composição da corrente de entrada.
e) Determine a vazão de C8H18 na saída.
f) Determine quantos Kg.mol/h de C8H18 reagem.
g) Determine a composição da corrente de saída.