Aula 4 Fundamentos de Balanço de Massa COM Reação Química Purga Reciclo By Pass

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ESTEQUIOMETRIA INDUSTRIAL
Prof. Me. Elenilson Tavares Cabral
170101295@prof.uninassau.edu.br
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Teoria das proporções nas quais as espécies químicas se combinam. A equação
estequiométrica de uma reação química é a declaração da quantidade relativa de
moléculas ou mols de reagentes e produtos que tomam parte na reação. Por exemplo:
Os números que precedem as fórmulas para cada espécie são chamados de coeficientes
estequiométricos (n) dos componentes da reação.
Uma equação estequiométrica válida deve estar balanceada.
A razão estequiométrica de duas espécies moleculares participantes em uma reação
química é a razão entre os seus coeficientes estequiométricos na equação balanceada.
Fundamentos de Balanço de Massa COM Reação Química
Estequiometria
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2𝑆𝑂2 + 𝑂2 → 2𝑆𝑂3
Quando os reagentes não são alimentados na proporção estequiométrica, aquele que
estiver presente em menor quantidade do que a estabelecida por essa proporção, em
relação aos demais, é denominado reagente limitante. Logo, os demais reagentes
encontram-se em excesso.
Calcula-se a porcentagem em excesso de determinado reagente da seguinte forma:
Sendo: n o número de mols presentes no início; nesteq o número de mols da proporção
estequiométrica (ou seja, com base no que é alimentado do reagente limitante).
Fundamentos de Balanço de Massa COM Reação Química
Reagente Limitante e em Excesso
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𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜 =
𝑛 − 𝑛𝑒𝑠𝑡𝑒𝑞
𝑛𝑒𝑠𝑡𝑒𝑞
× 100%
A conversão de um reagente A é definida como a relação da quantidade reagida de A e
a quantidade alimentada de A, ou seja:
A fração não-reagida de A é portanto: (1 – fA).
A equação pode ser melhor escrita das seguintes formas:
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Conversão
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𝐶𝑜𝑛𝑣 = 𝑓 =
mols reagidos de A
mols alimentados de A
𝑓 =
mols iniciais de A − mols finais de A
mols iniciais de A
𝑓 =
mols de A na entrada − mols de A na saída
mols de A na 𝑒𝑚𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
Processo em batelada Processo contínuo
Em alguns processo químicos podem ocorrer reações múltiplas em série e/ou em
paralelo envolvendo as diferentes espécies. Logo, um determinado reagente pode estar
envolvido em várias reações que ocorrem simultaneamente ou em sequência, gerando
diferentes produtos, desejados ou não. Dois parâmetros relacionados a isso são:
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Rendimento e Seletividade
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𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝐶 =
Quantidade gerada de C
Quantidade prevista de C pela estequiometria da reação desejada
𝑆𝑒𝑙.𝐶 =
Quantidade de C formada
Quantidade de D formada
Obs.: o produto D seria indesejado, enquanto
que a produção de C é desejada.
Trata-se de uma operação na qual se desvia parte da alimentação de uma unidade,
sendo que esta corrente de desvio, denominada de corrente de by-pass, se une a outra
corrente mais à frente no processo. Tem o intuito de se manipular a composição ou
propriedades de uma corrente que pode ser a do próprio produto.
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By-Pass
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A reciclagem de um dado material que deixa um processo envolve o retorno de todo
esse material ou parte dele para ser novamente processado. A reciclagem pode ocorrer
em processos com ou sem reação.
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Reciclo
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Trata-se de uma corrente descartada do processo para evitar o acúmulo de algum
composto inerte ou indesejado alimentado no processo, removendo-o do mesmo.
Normalmente a corrente de purga é desviada da corrente de reciclo.
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Purga
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A extensão de reação refere-se a uma equação química particular e denota quanto da
reação ocorre. Sua unidade é o número de mols reagindo. Esta variável é calculada
utilizando-se a seguinte equação:
Sendo:
x a extensão da reação (mols reagidos)
ni
fim o número de mols permanecentes ao término da reação
ni
ini o número de mols no início da reação
ui o coeficiente estequiométrico da espécie química i (+ produzido; - consumido)
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Extensão de Reação ou Grau de Avanço de Reação
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𝜉 =
𝑛𝑖
𝑓𝑖𝑚 − 𝑛𝑖
𝑖𝑛𝑖
𝜐𝑖
No processo mostrado na figura ao lado, calcule:
a) Os coeficientes estequiométricos dos reagentes
e dos produtos
b) A extensão de reação para cada um das
espécies da reação. Qual a sua conclusão sobre
o que foi calculado?
c) Qual a extensão máxima de reação e o reagente
limitante?
d) A conversão do processo em termos do
reagente limitante.
e) A composição molar (%) do produto de saída do
reator.
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Exemplo
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Ciclohexano (C6H12) pode ser produzido com a
reação de benzeno (C6H6) com o hidrogênio (H2), de
acordo com a reação:
Determine a razão entre a corrente de reciclo e a
corrente de alimentação fresca, se a conversão
global do benzeno for de 95% e a conversão para
uma única passagem no reator for de 20%.
Considere ainda que o hidrogênio está em 20% de
excesso e que ele seja usado na alimentação fresca
e que a composição molar da corrente de reciclo
seja de 22,74% de benzeno e 77,26% de hidrogênio.
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Exemplo
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Resp.:
F = 460 mol
R = 1649 mol
R/F = 3,59 
𝐶6𝐻6 + 3𝐻2 → 𝐶6𝐻12