A empresa X produz ácido acético via aeróbia a 30 o C pela transformação do etanol em ácido acético pela bactéria Acetobacter aceti. Após a produção no biorreator e filtração, nós temos uma mistura líquida binária que contém o ácido acético(1) e o caldo nutriente(2) com 10 % e 90 % em base molar, respectivamente. Essa mistura é, então, comprimida (corrente 2) em um compressor com eficiência de
e resfriada a
. A mistura bifásica (corrente 3), posteriormente, é alimentada em um separador líquido-vapor e uma das correntes que saem do separador contém 65 % de caldo nutriente (considere água). Os coeficientes para esse sistema são dados pela equação de Margules com
e
, sendo os subscritos 1 e 2 referentes a ácido acético e água, respectivamente. Vocês, enquanto gerentes, decidiram averiguar algumas questões desse processo padrão. Então:
a) Determine as pressões de todas as correntes.
b) Calcule os coeficientes de atividade dos dois componentes nas condições fornecidas na corrente 3.
c) Calcule as vazões molares e as composições de todas as correntes.
d) Calcule o trabalho fornecido ao compressor e a temperatura da corrente 2.
e) Calcule a troca de energia térmica no resfriador.
a) Determine as pressões de todas as correntes.
b) Calcule os coeficientes de atividade dos dois componentes nas condições fornecidas na corrente 3.
c) Calcule as vazões molares e as composições de todas as correntes.
d) Calcule o trabalho fornecido ao compressor e a temperatura da corrente 2.
e) Calcule a troca de energia térmica no resfriador.
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo onde uma mistura binária ácido acético (1)–água (2), com
e
a montante, é comprimida (corrente 2), resfriada a
(corrente 3) e enviada a um separador que produz uma das fases com
em base molar de água. Precisaríamos:
- A pressão inicial da mistura em 1 (por ex. no biorreator ou após filtração).
- As pressões de vapor saturado
a para os dois componentes (Antoine ou outra correlação).
Passo 2
Sem a pressão de operação de entrada (corrente 1) e sem dados de pressão de vapor saturado dos componentes em
, não há informação suficiente para:
- Determinar a pressão do compressor (e, por consequência, a pressão em todas as correntes).
- Calcular o equilíbrio líquido–vapor no separador (pressão de bolha, pressão de orvalho, frações de fase).
- Avaliar as atividades
em pontos distintos de composição e pressão sem saber a pressão de bolha/orvalho. - Executar balanços de massa e energia completos (trabalho do compressor e troca térmica no resfriador).
Resposta
Não é possível resolver o exercício com os dados fornecidos, pois faltam a pressão de operação inicial e as curvas ou constantes de Antoine
necessárias para o cálculo de equilíbrio e dos trabalhos/entalpias.