A desidrogenação do etanol a acetaldeído, dada pela reação \mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{5} \mathrm{OH}_{(\mathrm{g})} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CHO}_{(\mathrm{g})}+\mathrm{H}_{2(\mathrm{~g})}, é realizada em um reator adiabático contínuo. O vapor de etanol alimenta o reator a 400^{\circ} \mathrm{C} e se obtém conversão de 30 \% desse reagente. Calcular a temperatura do produto. (Resposta: 193^{\circ} \mathrm{C} )
Passo 1
O enunciado trata de um reator contínuo adiabático onde ocorre a reação de desidrogenação do etanol gasoso,
com alimentação de etanol a 400^\circ\mathrm C T_{\rm in}=673\\ \mathrm K e conversão de 30\%.
Queremos encontrar a temperatura de saída T_{\rm out} do produto, sabendo que não há troca de calor com o ambiente (adiabático).
Para isso precisamos:
Determinar as quantidades molares dos componentes na saída a partir da conversão.
Escrever o balanço de energia adiabático H_{\rm in}=H_{\rm out}, usando entalpias de formação padrão e capacidades caloríficas C_p.
Integrar as C_p(T) (ou usar valores médios) e resolver numericamente para T_{\rm out}.
Passo 2
Com base em 1 mol de etanol alimentada e conversão X=0,30:
– Etanol não reagido: n_{\rm EtOH}=1-0,30=0,70 mol
– Acetaldeído formado: n_{\rm CH_3CHO}=0,30 mol
– Hidrogênio formado: n_{\rm H_2}=0,30 mol
Logo, molarmente na saída totalizamos 0,70+0,30+0,30=1,30 mol de mistura.
Passo 3
Balanço de entalpia para um processo adiabático contínuo (sem trabalho de fluxo extra), referenciado a T_{\rm ref}=298\\ \mathrm K: