Lista com Balanço de massa com reação Química resolvida

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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) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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%). 
 
 
Reator Separador 
NH3 
100 Kg.mol/h 
H2O 
NH3 
NH3 
NO 
O2 O2 
Y NH3 = 1 Y NH3 = 1 
Y NH3 = 1 
Y O2 = 1 Y O2 = 1 
Y H2O = 1 
Y NO = 1 
Introdução a Eng.Química e Ambiental – Lista de Exercícios 3 – Prof. Rodrigo L. Bonifácio 
 
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) 
 
 
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) 
 
100 kg.mol/h 
de glicose 
100% 
Alimentação 
Introdução a Eng.Química e Ambiental – Lista de Exercícios 3 – Prof. Rodrigo L. Bonifácio 
 
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) 
 
 
Reciclo 
 
12,5% I 
? N2 
? H2 
100% NH3 24,75% N2 
74,25% H2 
1,00% I 
 
Purga 
Reator Condensador 
Aliment. 
Sistema 
Aliment. 
Reator Produto