Balanços e Processos com Reação Química

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Aula 05 – BME 
 
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BALANÇOS E PROCESSOS COM REAÇÃO QUÍMICA 
 
 
ESTEQUIOMETRIA – é a teoria na quais as espécies químicas se combinam. 
Equação estequiométrica de uma reação química – é a declaração da quantidade 
relativa de moléculas ou moles de reagentes e produtos que tomam parte na reação. 
 
 
 
Explicação: Para cada 2 moléculas (ou moles ou lb-mol) de SO2 (dióxido de enxofre 
ou anidrido sulfuroso) que reagem, uma molécula (mol, lb-mol) de O2 reage para 
produzir 2 moléculas (ou moles ou lb-mol) de SO3 (trióxido de (mono)enxofre ou anidrido 
sulfúrico). 
Números que precedem as fórmulas para cada espécie – COEFICIENTES 
ESTEQUIOMÉTRICOS dos componentes da reação. 
EQUAÇÃO ESTEQUIOMÉTRICA VÁLIDA – BALANCEADA – ou seja, o número 
de átomos de cada espécie atômica deve ser o mesmo em ambos os lados da equação. 
LEMBRANDO: LEI DA CONSERVAÇÃO DA MASSA – átomos não podem ser 
criados nem destruídos. 
 
ANALISEM AGORA ESSA EQUAÇÃO:???? 
 
 
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EQUAÇÃO ESTEQUIOMÉTRICA NÃO É VÁLIDA – NÃO É BALANCEADA 
– ou seja, o número de átomos de cada espécie atômica NÃO É o mesmo em ambos os 
lados da equação. 
 
 
 
 
 
 
 
EQUAÇÕES ESTEQUIOMÉTRICAS VÁLIDAS – BALANCEADAS 
 
RAZÃO ESTEQUIOMÉTRICA de 2 espécies moleculares participantes em uma 
reação química – razão entre os seus coeficientes estequiométricos na equação 
balanceada. Esta razão pode ser utilizada como – FATOR DE CONVERSÃO – para 
calcular a quantidade de um reagente (ou produto) específico que é consumido (ou 
produzido). 
EX: 
 
 
 
 
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PROPORÇÃO ESTEQUIOMETRICA: 
1:2/
22
=oSO nn
 
 
EX: Se por ex., é mencionado que são produzidos 1600 kg/h de SO3, a quantidade de 
O2 requerido pode ser calculada como: 
 
 
 
 
 
OUTRAS DEFINIÇÕES: 
 
REAGENTE LIMITANTE – é o reagente que está presente na reação em uma 
quantidade MENOR que a sua proporção estequiométrica em relação a qualquer 
outro reagente. 
PERCENTAGEM EM EXCESSO – suponha que nA mols de um reagente em excesso 
esteja presente na reação, e que (nA)esteq. deveria ser o número de mols 
correspondente a proporção estequiométrica. Então a percentagem de excesso é dada 
por: 
 
 
 
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CONVERSÃO FRACIONAL – é uma relação entre a quantidade reagida e a 
alimentada. 
 
 
 
 
 
Ex: Se 100 mols de um reagente A são alimentados e 90 moles reagem, então a 
conversão fracional é 0,90 (ou percentagem de conversão é 90%) e a fração não 
convertida é de 0,10 (ou percentagem de conversão é 10%). 
 
Ex: ESTEQUIOMETRIA DA REAÇÃO 
A acrilonitrila é produzida pela reação entre propileno, amôna e oxigênio: 
 
 
A alimentação contém 10,0% molar de propileno, 12 % de amônia e 78% de ar. Uma 
conversão fracional de 30% do reagente limitante é atingida. Tomando como base 
100 moles de alimentação, determine: 
 
1) Qual é o reagente limitante e a percentagem de excesso dos outros componentes. 
 
2) Calcule as vazões molares de todos os produtos. 
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SOLUÇÃO: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
TERMODINÂMICA DO EQUILÍBRIO QUÍMICO – composição final da mistura 
reacional 
CINÉTICA QUÍMICA – quanto tempo o sistema demorará a atingir o estado de 
equilíbrio. 
 
REAÇÕES MÚLTIPLAS, RENDIMENTO E SELETIVIDADE 
 
RENDIMENTO E SELETIVIDADE – usados para descrever o grau em que uma 
determinada reação prevalece sobre as outras. 
Ex: Considere a reação de produção de etileno (ou eteno – C2H4) através da 
desidrogenação do etano (C2H6). 
 
 
À medida que, hidrogênio é produzido, pode reagir com etano para produzir 
metano: 
 
 
Além disso, o etileno pode reagir com o etano para produzir propileno e metano: 
 
 
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RENDIMENTO E SELETIVIDADE 
 
RENDIMENTO (baseado na alimentação) = 
 
 
 
 
RENDIMENTO (baseado no consumo de reagente) 
 
 
 
 
SELETIVIDADE = 
 
 
 
 
 
 
 
OBS: Altos valores de rendimento e seletividade significam que as reações paralelas 
indesejadas foram suprimidas com sucesso em relação à reação desejada. 
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Ex: RENDIMENTO E SELETIVIDADE EM UM REATOR DE 
DESIDROGENAÇÃO 
Eteno (ou etileno) pode ser produzido pela desidrogenação catalítica de etano, 
onde metano também é gerado como produto indesejável, de acordo com as seguintes 
reações: 
 
 
 
 
A carga é alimentada no reator na vazão de 100 kmol/h e com a seguinte 
composição (yi %): etano = 91,4% e inertes = 8,6%. O produto efluente do reator tem 
a vazão de 150 kmol/h e a seguinte composição (yi %): etano = 25,8%, eteno = 33,8%, 
hidrogênio = 32,2%, metano = 2,4% e inertes = 5,8%. Calcule: 
a) a % de conversão de etano; 
b) a % dos rendimentos do eteno baseado na alimentação e no consumo de 
reagente; 
c) a seletividade do eteno em relação ao metano. 
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BALANÇOS EM PROCESSOS REATIVOS 
 
INTRODUÇÃO – Balanços nas espécies atômicas e moleculares 
 
 
 
 
 
 
 
SEPARAÇÃO DE PRODUTOS E RECICLO 
 
DEFINIÇÃO DE CONVERSÃO NO PROCESSO (OU GLOBAL) E CONVERSÃO 
POR PASSE (OU NO REATOR). 
 
Ex. 1: Fluxograma de um processo químico simples baseado na reação: 
BA →
 
 
 
 
 
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Ex 2: Balanço material no processo de produção de propeno 
 
Propeno pode ser produzido por desidrogenação catalítica de propano de acordo 
com a reação química: 
26383 HHCHC +→
 
 
A conversão de propano no reator é de 40,0%. Se o produto efluente do processo 
contém 4,0% de propano, calcule: 
a) a conversão global de propano; 
b) a razão molar (moles reciclados)/ (mol de alimentação virgem). 
 
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Ex. 3: Desidrogenação do Propano 
 O propano é desidrogenado para formar propileno em reator catalítico: 
 
 
 O processo precisa ser projetado para uma conversão de 95% do propano. Os 
produtos da reação são separados em 2 correntes: a primeira, que contém H2, C3H6 e 
0,555% do propano que deixa o reator, é considerado a corrente do produto: a 
segunda, que contém o resto do propano não reagido e 5% do propileno da corrente 
do produto, é reciclada para o reator. 
Calcule a composição do produto, a razão (moles reciclados)/ (mol de alimentação 
virgem) e a conversão no reator (ou de passe). 
 
 
RESOLUÇÃO: