Aula 13 - Cálculo de vazões molares na produção da uréia

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PRO236 - Engenharia de Processos Contínuos
Aula 13
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PRO236 - Engenharia de Processos Contínuos
Processo industrial com reação química: síntese da amônia
N – P – K
Mineração da rocha fosfato
(ou precipitação a partir do esgoto doméstico, obrigatório em países como Alemanha) 
Mineração 
de potássio
Indústria química: reação de síntese da amônia (processo Haber Bosch) 
Fertilizante: mistura (% massa) de três componentes básicos:
N2(g) + 3H2 
NH3 (g) 
CON2H4 (s) ureia
Amônia:
 
NH3(g)
Usos da amônia
5%
85% Fertilizantes
5% texteis
5%
explosivos
(HNO₃)
Fertilizantes	Outros	Texteis	Explosivos	85	5	5	5	O nitrogênio é obtido do ar atmosférico, previamente destilado fracionadamente, e o hidrogénio é produzido a partir do gás natural
Reação de síntese do amoníaco
N2(g)
H2(g)
carga
(insumo)
CH4(g)
ar (79% N2) 
Reator contínuo, a elevada P e T, com recirculação dos reagentes N2 e H2 
 
PRO236 - Engenharia de Processos Contínuos
Processo industrial com reação química: síntese da ureia
Destilação do ar
Reforma de vapor
Haber-Bosch 
(síntese da amônia)
Síntese da ureia
N2 (g)
H2 (g)
CO2 (g)
CON2H4 (s)
NH3 (l)
H2O (g)
CH4 (g)
GÁS NATURAL
78% N2
21% O2
1% outros
ar
Destilação do ar
Reforma de vapor
Haber-Bosch 
(síntese da amônia)
Síntese da ureia
N2 (g)
H2 (g)
CO2 (g)
CON2H4 (s)
NH3 (l)
H2O (g)
CH4 (g)
GÁS NATURAL
78% N2
21% O2
1% outros
ar
N2 + 3H2 → 2NH3
CH4 + H2O → 4H2 + CO2
2NH3 + CO2 → H2O + CON2H4
 
PRO236 - Engenharia de Processos Contínuos
Processo industrial com reação química:
 cálculo das vazões de reagentes (insumos)
 e de produtos
Por que resulta útil trabalhar com vazões molares em processos com reação química?
N2 + 3H2 → 2NH3
N2
H2
NH3
1 mol
3 mol
2 mol
REAGENTES
PRODUTOS
Por que resulta útil trabalhar com vazões molares em processos com reação química?
N2 + 3H2 → 2NH3
N2
H2
NH3
1 kmol/h
3 kmol/h
2 kmol/h
REAGENTES
PRODUTOS
Por que resulta útil trabalhar com vazões molares em processos com reação química?
N2 + 3H2 → 2NH3
N2
H2
NH3
1 mol
3 mol
2 mol
REAGENTES
PRODUTOS
A reação química representa uma relação fixa entre reagentes e produtos: 
 moles de reagentes que reagem por cada mol de produto que sai do reator 
Por que resulta útil trabalhar com vazões molares em processos com reação química?
N2 + 3H2 → 2NH3
N2
H2
NH3
1 kmol/h
3 kmol/h
2 kmol/h
REAGENTES
PRODUTOS
A reação química representa uma relação fixa entre reagentes e produtos: 
 moles de reagentes que reagem por cada mol de produto que sai do reator 
Permite conhecer a vazão de reagentes (insumos) necessários para uma determinada produção (vazão de produto)
Por que resulta útil trabalhar com vazões molares em processos com reação química?
N2 + 3H2 → 2NH3
N2
H2
NH3
1 kmol/h
3 kmol/h
2 kmol/h
REAGENTES
PRODUTOS
Pat N = 14 g/mol
Pat H = 1 g/mol
EXERCÍCIO: calcular as vazões mássicas de este processo
5 min
N2 + 3H2 → 2NH3
N2
H2
NH3
1 kmol/h
3 kmol/h
2 kmol/h
REAGENTES
PRODUTOS
Pat N = 14 g/mol
Pat H = 1 g/mol
Pmol N2 = 28 g/mol
Pmol H2 = 2 g/mol
Pmol NH3 = 17 g/mol
17 kg
1 kmol
kmol NH3
N2 + 3H2 → 2NH3
N2
H2
NH3
6 kg/h
34 kg/h
REAGENTES
PRODUTOS
Pat N = 14 kg/kmol
Pat H = 1 kg/kmol
Pmol N2 = 28 kg/kmol
Pmol H2 = 2 kg/kmol
Pmol NH3 = 17 kg/kmol
2
h
∙
=
h
34 kg NH3
2 kg
1 kmol
kmol H2
3
h
∙
=
h
6 kg H2
28 kg/h
28 kg
1 kmol
kmol N2
1
h
∙
=
h
28 kg N2
17 kg
1 kmol
kmol NH3
N2 + 3H2 → 2NH3
N2
H2
NH3
6 kg/h
34 kg/h
REAGENTES
PRODUTOS
Pat N = 14 kg/kmol
Pat H = 1 kg/kmol
Pmol N2 = 28 kg/kmol
Pmol H2 = 2 kg/kmol
Pmol NH3 = 17 kg/kmol
2
h
∙
=
h
34 kg NH3
2 kg
1 kmol
kmol H2
3
h
∙
=
h
6 kg H2
28 kg/h
28 kg
1 kmol
kmol N2
1
h
∙
=
h
28 kg N2
No processo, se conserva:
vazão molar?
vazão mássica?
vazão volumétrica? 
Destilação do ar
Reforma de vapor
Haber-Bosch 
(síntese da amônia)
Síntese da ureia
N2 (g)
H2 (g)
CO2 (g)
CON2H4 (s)
NH3 (l)
H2O (g)
CH4 (g)
GÁS NATURAL
78% N2
21% O2
1% outros
ar
N2 + 3H2 → 2NH3
CH4 + H2O → 4H2 + CO2
2NH3 + CO2 → H2O + CON2H4
Vazões molares para produzir
 1 kmol/h de CON2H4
Destilação do ar
Reforma de vapor
Haber-Bosch 
(síntese da amônia)
Síntese da ureia
N2 (g)
H2 (g)
CO2 (g)
CON2H4 (s)
NH3 (l)
H2O (g)
CH4 (g)
GÁS NATURAL
78% N2
21% O2
1% outros
ar
N2 + 3H2 → 2NH3
CH4 + H2O → 4H2 + CO2
2NH3 + CO2 → H2O + CON2H4
Vazões molares para produzir
 1 kmol/h de CON2H4
1 kmol/h
2 kmol/h
1 kmol/h
Destilação do ar
Reforma de vapor
Haber-Bosch 
(síntese da amônia)
Síntese da ureia
N2 (g)
H2 (g)
CO2 (g)
CON2H4 (s)
NH3 (l)
H2O (g)
CH4 (g)
GÁS NATURAL
78% N2
21% O2
1% outros
ar
N2 + 3H2 → 2NH3
CH4 + H2O → 4H2 + CO2
2NH3 + CO2 → H2O + CON2H4
Vazões molares para produzir
 1 kmol/h de CON2H4
1 kmol/h
2 kmol/h
1 kmol/h
4 kmol/h
1 kmol/h
1 kmol/h
Destilação do ar
Reforma de vapor
Haber-Bosch 
(síntese da amônia)
Síntese da ureia
N2 (g)
H2 (g)
CO2 (g)
CON2H4 (s)
NH3 (l)
H2O (g)
CH4 (g)
GÁS NATURAL
78% N2
21% O2
1% outros
ar
N2 + 3H2 → 2NH3
CH4 + H2O → 4H2 + CO2
2NH3 + CO2 → H2O + CON2H4
Vazões molares para produzir
 1 kmol/h de CON2H4
1 kmol/h
2 kmol/h
1 kmol/h
4 kmol/h (sobra 1 kmol/h)
1 kmol/h
1 kmol/h
1 kmol/h
EXERCÍCIO DE PROVA JUN 2019.1
EXERCÍCIO DE PROVA NOV 2018.2
sanchez.ufop@gmail.com
Dúvidas, consultas, sugestões...
Obrigado !