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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:

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 

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:

O2 = 62,5 %    e      N2 = 37,5 %

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:

C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6

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?

balanço do reator de fermentaçao

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


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
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