Questão 10 – 0,85 kmol/min de uma solução aquosa de H3PO4 com 51,0% do ácido e 49,0% de água molar alimenta um reator. Uma outra corrente com 0,600...

a) O fluxograma do processo pode ser representado da seguinte forma: 0,85 kmol/min de solução aquosa de H3PO4 (51,0% H3PO4 e 49,0% água) + 0,600 kmol/min de Ca(OH)2 → Reator → Corrente efluente A presença de cada componente na corrente de saída é justificada da seguinte forma: - Ca3(PO4)2 é o produto da reação química; - H2O é um subproduto da reação química; - H3PO4 não reagido é um componente da corrente de saída; - Ca(OH)2 não reagido é um componente da corrente de saída. b) A estequiometria da reação é: 1 mol de H3PO4 + 3 mol de Ca(OH)2 → 1 mol de Ca3(PO4)2 + 3 mol de H2O c) Para encontrar o reagente limitante, é necessário calcular a quantidade de cada reagente que reage com base na estequiometria da reação: - H3PO4: 0,85 kmol/min x 0,51 = 0,4335 kmol/min de H3PO4 reage; - Ca(OH)2: 0,600 kmol/min x 1 = 0,600 kmol/min de Ca(OH)2 reage. Portanto, o reagente limitante é o Ca(OH)2. d) A quantidade que reage de cada componente é: - H3PO4: 0,4335 kmol/min de H3PO4 reage e 0,4165 kmol/min de H3PO4 não reage; - Ca(OH)2: 0,600 kmol/min de Ca(OH)2 reage e 0 kmol/min de Ca(OH)2 não reage. e) Para calcular a vazão e composição molar da corrente efluente do processo, é necessário utilizar a lei da conservação da massa: 0,85 kmol/min de solução aquosa de H3PO4 (51,0% H3PO4 e 49,0% água) + 0,600 kmol/min de Ca(OH)2 = Vazão da corrente efluente A conversão de 70,0% indica que 70,0% do H3PO4 que reage é convertido em Ca3(PO4)2. Portanto, a quantidade de Ca3(PO4)2 produzida é: 0,4335 kmol/min de H3PO4 x (1 kmol de Ca3(PO4)2 / 1 mol de H3PO4) x (3 mol de Ca(OH)2 / 1 mol de Ca3(PO4)2) x (0,600 kmol/min de Ca(OH)2 / 3 mol de Ca(OH)2) x (1 kmol de Ca3(PO4)2 / 2 mol de Ca(OH)2) x (1 kmol de H3PO4 / 0,85 kmol/min de H3PO4) x (0,70) = 0,226 kmol/min de Ca3(PO4)2 A quantidade de H2O produzida é: 0,4335 kmol/min de H3PO4 x (1 mol de H2O / 1 mol de H3PO4) x (1 kmol de H2O / 1 kmol/min) x (0,70) = 0,303 kmol/min de H2O A quantidade de H3PO4 não reagido é: 0,4165 kmol/min de H3PO4 A quantidade de Ca(OH)2 não reagido é: 0,600 kmol/min de Ca(OH)2 - 0,226 kmol/min de Ca3(PO4)2 = 0,374 kmol/min de Ca(OH)2 Portanto, a vazão da corrente efluente é: 0,226 kmol/min de Ca3(PO4)2 + 0,303 kmol/min de H2O + 0,4165 kmol/min de H3PO4 + 0,374 kmol/min de Ca(OH)2 = 1,3195 kmol/min A composição molar da corrente efluente é: - Ca3(PO4)2: 0,226 kmol/min / 1,3195 kmol/min = 0,1712 ou 17,12% em molar; - H2O: 0,303 kmol/min / 1,3195 kmol/min = 0,2297 ou 22,97% em molar; - H3PO4: 0,4165 kmol/min / 1,3195 kmol/min = 0,3154 ou 31,54% em molar; - Ca(OH)2: 0,374 kmol/min / 1,3195 kmol/min = 0,2837 ou 28,37% em molar.