-->

Balanço de massa com reação química

O balanço de massa com reação química é um tipo de Balanço Material em que ocorrem reações químicas nele. Caso você não saiba o que é balanço de massa, eu recomendo que você de uma olhada na postagem de Balanço de Massa (Balanço Material).

equaçao do balanço de massa sem acumulo


Exemplos de exercícios de balanço de massa


1) Uma mistura de gases de enxofre ,que é gerada em uma fábrica , apresenta a seguinte composição em massa : 40% de SO2; 20 % de SO3; 25% de O2 e 15% de N2; e antes dessa mistura ser lançada à atmosfera , ela passa por um sistema de tratamento contendo solução aquosa de hidróxido de cálcio (água de cal), que absorve totalmente os gases de enxofre. Sabendo que o fluxo na saída do sistema é de 100 kg/h, determine:

a) O fluxo horário da mistura poluente;
b) A composição molar da mistura na saída do sistema;
c) O consumo horário de hidróxido de cálcio(Ca(OH)2) no sistema.


balanço de massa com a reaçao da mistura de enxofre
Dados:

$S{{O}_{2}}+Ca{{\left( OH \right)}_{2}}\to CaS{{O}_{3}}+{{H}_{2}}O$

$S{{O}_{3}}+Ca{{\left( OH \right)}_{2}}\to CaS{{O}_{4}}+{{H}_{2}}O$

Resolução:

Cálculo da massa molar dos compostos

${{M}_{S{{O}_{2}}}}=32+2\left( 16 \right)=64Kg/kmol$

${{M}_{S{{O}_{3}}}}=32+3\left( 16 \right)=80Kg/kmol$

${{M}_{{{N}_{2}}}}=14+14=28Kg/kmol$

${{M}_{{{O}_{2}}}}=2\left( 16 \right)=32Kg/kmol$

${{M}_{Ca{{\left( OH \right)}_{2}}}}=40+2\left( 17 \right)=74Kg/kmol$

BMP (Balanço de Massa Parcial):

${{O}_{2}}+{{N}_{2}}:A+B\Rightarrow 0,4A=1\left( 100 \right)\Rightarrow A=250Kg/h$

$S{{O}_{2}}:0,4A={{m}_{consumida~de~S{{O}_{2}}}}\Rightarrow 0,4\left( 250 \right)={{m}_{consumida~de~S{{O}_{2}}}}\Rightarrow $

$\Rightarrow {{m}_{consumida~de~S{{O}_{2}}}}=100kg$

$S{{O}_{3}}:0,2A={{m}_{consumida~de~S{{O}_{3}}}}\Rightarrow 0,2\left( 250 \right)={{m}_{consumida~de~S{{O}_{3}}}}\Rightarrow $

$\Rightarrow {{m}_{consumida~de~S{{O}_{2}}}}=50kg/h$

Porcentagem de O2 em B

${{O}_{2}}:A=B\Rightarrow 0,25A=B\left( \frac{x}{100} \right)\Rightarrow 0,25\left( 250 \right)=\left( 100 \right)\left( \frac{x}{100} \right)\Rightarrow $

$\Rightarrow x=62,5%$

Com o valor acima, a porcentagem de N2 em B será:

$y=100-62,5=37,5%$

Logo a composição do gás de saída será:

${{O}_{2}}=62,5%~~~e~~{{N}_{2}}=37,5%$

Número de mols da saída do sistema

${{N}_{{{O}_{2}}}}=\frac{m}{M}=\frac{62,5Kg}{32Kg/kmol}=1,95kmol$

${{N}_{{{N}_{2}}}}=\frac{m}{M}=\frac{37,5Kg}{28Kg/kmol}=1,34kmol$

${{N}_{Total}}=1,95+1,34=3,29kmol$

Massa de Ca(OH)2 consumida

$\begin{align} & S{{O}_{2}}+Ca{{\left( OH \right)}_{2}}\to CaS{{O}_{3}}+{{H}_{2}}O \\ & 64~~~~~~~~~~~~74 \\& 100~~~~~~~~~~~x \\ \end{align}$

Logo por regra de 3

$x=115,63Kg/h$

$\begin{align} & S{{O}_{3}}+Ca{{\left( OH \right)}_{2}}\to CaS{{O}_{4}}+{{H}_{2}}O \\ & 80~~~~~~~~~~~~74 \\ & 50~~~~~~~~~~~y \\ \end{align}$

Analogicamente,

$y=46,25Kg/h$

Assim a massa consumida será:

${{m}_{consumida}}=x+y=115,63+46,25=161,88kg/h$

2) O álcool etílico (C2H5OH) usado com combustível, é obtido pela fermentação da Sacarose representada simplificadamente pelas seguintes reações:

${{C}_{12}}{{H}_{22}}{{O}_{11}}+{{H}_{2}}O\to 2{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}$

${{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\to 2{{C}_{2}}{{H}_{5}}OH+2C{{O}_{2}}$

Partindo-se de uma quantidade de 500 Kg de Sacarose (figura abaixo) e um rendimento de reação de 70%, quanto de álcool será obtido?

balanço do reator de fermentaçao

Resolução

Cálculo da massa molar dos compostos

${{M}_{{{C}_{12}}{{H}_{22}}{{O}_{11}}}}=12\left( 12 \right)+22\left( 1 \right)+11\left( 16 \right)=342Kg/kmol$

${{M}_{{{H}_{2}}O}}=2\left( 1 \right)+\left( 16 \right)=18Kg/kmol$

${{M}_{{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}}}=6\left( 12 \right)+12\left( 1 \right)+6\left( 16 \right)=180Kg/kmol$

${{M}_{{{C}_{2}}{{H}_{5}}OH}}=2\left( 12 \right)+6\left( 1 \right)+1\left( 16 \right)=46Kg/kmol$

${{M}_{C{{O}_{2}}}}=1\left( 12 \right)+2\left( 16 \right)=44g/kmol$

Cálculo da massa de água usada e da glicose gerada no processo

$\begin{align} & {{C}_{12}}{{H}_{22}}{{O}_{11}}+{{H}_{2}}O\to 2{{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}} \\ & 342Kg~~~~~~~~18Kg~~~~~~360Kg \\  & 500~~~~~~~~~~~~~~~~v~~~~~~~~~~~~~~x~~~ \\ \end{align}$

Usando a regra de 3, descobrimos que a massa de gerada será:

$v=26,32~~~~x=526,32Kg$

Cálculo da glicose convertida em álcool etílico e gás carbônico

$\begin{align} & {{C}_{6}}{{H}_{12}}{{O}_{6}}\to 2{{C}_{2}}{{H}_{5}}OH+2C{{O}_{2}} \\ & 180Kg~~~~~~~~92Kg~\left( 0,7 \right)~~~~88Kg\left( 0,7 \right) \\  & 526,32Kg~~~~~~~~y~~~~~~~~~~~~~~~~~z~~~~ \\ \end{align}$

Usando a regra de 3, descobrimos que a massa de álcool etílico e gás carbônico será:

$y=188,30Kg~~~~~z=180,12Kg$

Massa de glicose que não reagiu

${{m}_{gli\cos e~que~n\tilde{a}o~reagiu}}=526,32(0,3)=157,90Kg$

Massa total da corrente A

$A={{m}_{Sacarose}}=500Kg$

Massa total da corrente B

$B={{m}_{\acute{A}gua~usada}}=26,32Kg$

Massa Total da corrente C

$C={{m}_{gli\cos e~que~n\tilde{a}o~reagiu}}+y+z=157,90+188,30+180,12=526,32Kg$

Observação

$A+B=C$

Referências

  • CANTON, Paulo R., Apostila de Química Geral Experimental I, Santos, São Paulo,2009
  • MENDES, Pedro H.C, Notas de Balanço de Massa, Santos, São Paulo, 2011.
  • PEREIRA, F. N., Seguim,M,C; Projetos Químicos e Petroquímicos; Editora: Comunicar,Santos, SP,2012.

Sobre o autor


Pedro Coelho Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, também sou técnico em informática, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e outros cursos. Se você acha legal esse projeto, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e ajude-nos a divulgar essa ideia, compartilhando com seus amigos as nossas postagens.

Marcadores : processo-industrial
0 Comentários de "Balanço de massa com reação química "

Os comentários são sempre bem vindos, pois agregam valor ao artigo. Porém, existem algumas regras na Política de Comentários, que devem ser seguidas para o seu comentário não ser excluído:
- Os comentários devem estar relacionados ao assunto do artigo.
- Jamais faça um comentário com linguagem ofensiva ou de baixo calão, que deprecie o artigo exposto ou que ofenda o autor ou algum leitor do blog.
- Não coloque links de sites ou blogs no corpo do texto do comentário. Para isso, assine com seu Nome/URL ou OpenID.
-Não coloque seu email e nem seu telefone no corpo do texto do comentário. Use o nosso formulário de contato.
- Se encontrar algum pequeno erro na postagem, por favor, seja bem declaro no comentário, pois a minha bola de cristal não é muito boa.
- Tem vezes que eu demoro pra responder, mas quase sempre eu respondo.
- Não seja tímido, se você tem alguma duvida ou sabe de algo mais sobre o assunto abordado no artigo, comente e compartilhe conosco :)

Back To Top