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).
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.
Dados:
SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O
SO3 + Ca(OH)2 → CaSO4 + H2O
Resolução:
Cálculo da massa molar dos compostos
MSO2 = 32 + 2(16) = 64 Kg/kmol
MSO3 = 32 + 3(16) = 80 Kg/kmol
MN2 = 14 + 14 = 28 Kg/ Kmol
MO2 = 2(16) = 32 Kg/ Kmol
MCa(OH)2 = 40 + 2(17) = 74 Kg/ Kmol
SO3 + Ca(OH)2 → CaSO4 + H2O
Resolução:
Cálculo da massa molar dos compostos
MSO2 = 32 + 2(16) = 64 Kg/kmol
MSO3 = 32 + 3(16) = 80 Kg/kmol
MN2 = 14 + 14 = 28 Kg/ Kmol
MO2 = 2(16) = 32 Kg/ Kmol
MCa(OH)2 = 40 + 2(17) = 74 Kg/ Kmol
BMP (Balanço de Massa Parcial):
O2 +N2: A + B → 0,4A = 1(100) → A = 250 Kg/h
SO2: 0,4 A = m massa consumida de SO2 → 0,4(250) = m massa consumida de SO2
→ m massa consumida de SO2 = 100 Kg/h
SO3: 0,2 A = mmassa consumida de SO3 → 0,2(250) = m consumida de SO3 →
→ m massa consumida de SO3 = 50 Kg/h
Porcentagem de O2 em B
O2: A = B → 0,25 A = B (x/100) → 0,25 (250) = (100)( x / 100) →
→ 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:
Número de mols da saída do sistema
N O2 = m/M = 62,5 Kg/ 32Kg/kmol = 1,95 kmol
N N2 = m/M = 37,5 Kg/ 28Kg/kmol = 1,34 kmol
Ntotal = 1,95 + 1,34 = 3,29 kmol
Massa de Ca(OH)2 consumida
SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O
64 74
100 x
Logo por regra de 3
x= 115,63 Kg / h
SO3 + Ca(OH)2 → CaSO4 + H2O
80 74
50 y
Analogicamente,
y = 46,25 Kg / h
Assim a massa consumida será:
m massa consumida = x+ y = 115,63 + 46,25 = 161,88 kg/h
2) O álcool etílico (C2H5OH) usado com combustível, é obtido pela fermentação da Sacarose representada simplificadamente pelas seguintes reações:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2CO2
Partindo-se de uma quantidade de 500 Kg de Sacarose (figura abaixo) e um rendimento de reação de 70%, quanto de álcool será obtido?
Resolução
Cálculo da massa molar dos compostos
M C12H22O11 = 12(12) +22(1) +11 (16) = 342 Kg/kmol
M H2O = 2(1) +16 = 18 Kg/kmol
M C6H12O6 = 6(12) + 12(1) + 6(16) = 180 Kg/ kmol
M C2H5OH = 2(12) + 6(1) + 1(16) = 46 Kg/ kmol
MCO2 = 1(12) + 2(16) = 44 Kg/mol
Cálculo da massa de água usada e da glicose gerada no processo
C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6
342Kg 18Kg 360Kg
500Kg v x
Usando a regra de 3, descobrimos que a massa gerada será:
v = 26,32 Kg x= 526,32 Kg
Cálculo da glicose convertida em álcool etílico e gás carbônico
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
180 Kg 92 Kg (0,7) 88 Kg (0,7)
526,32Kg y z
Usando a regra de 3, descobrimos que a massa de álcool etílico e gás carbônico será:
y = 188,30 Kg z = 180,12 Kg
Massa de glicose que não reagiu
m glicose que não reagiu = 526,32 (0,3) = 157,90 Kg
Massa total da corrente A
A = mSacarose = 500 Kg
Massa total da corrente B
B = mágua usada = 26,32 Kg
Massa Total da corrente C
C = m glicose que não reagiu + y + z = 157,90 + 188,30 + 180,12 = 526,32 Kg
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
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 estudante de engenharia civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)
2 Comentários de "Balanço de massa com reação química "
perfeito Pêdro , obrigado , demorei um pouco para entender mas conssegui. Aquele (100)(×/100) é desnecessario né Pêdro ? ou estou enganado ?
Olá anônimo
De uma olhadinha com calma, você vai ver que isso é necessário nessa resolução. Além disso, eu gosto de deixar a resolução bem passo a passo para ajudar os leitores que tem um pouquinho de dificuldade para entender as resoluções dos exercícios.
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