(Exercício 3.11, G.V. Reklaitis,
. Ed.) No processo de hidratação catalítica de etileno a álcool etílico, somente uma fração do etileno é convertida. O produto é condensado e removido após cada passagem pelo conversor, sendo os gases não convertidos reciclados. Sabe-se que o condensador permite separar todo o álcool e que os gases reciclados contêm
(base molar) de vapor d’água. A conversão do etileno por passagem no conversor é igual a
. A razão molar água/etileno na alimentação do conversor, após a mistura do gás de reciclo com a alimentação fresca da planta, é igual a 0,55 . Calcular todas as correntes do processo. (Resposta: o condensado contém
molar de
, sendo o restante, água)
Passo 1
O processo é a hidratação de etileno segundo
com conversão por passe de
. Após o reator, tudo passa por um condensador que retira todo o etanol, mas deixa um vapor contendo
molar de água, o qual é reciclado. Na alimentação ao reator, após misturar o gás reciclado com as correntes frescas, a razão molar água/etileno é
. Vamos calcular todas as correntes usando uma base de
mol de etileno fresco.
Passo 2
Definimos:
mol/h etileno fresco,
mol/h água fresca,
mol/h etileno reciclado,
mol/h água no gás de reciclo,
e
total na alimentação ao reator,
conversão por passe.
Pelas definições de recirculação e mistura:
Passo 3
No reator converte-se
mol/h de etileno e a mesma quantidade de água. Sobra, na saída do reator, sem condensar:
No condensador todo etanol
é retirado em fase líquida; o vapor (gás de reciclo) contém etileno não convertido e água na fração molar
. Se
é o total de vapor reciclado, então
Passo 4
Com
e
obtemos
Como
, a balança de etileno fresca é
Mas escolhemos
, logo
Passo 5
Agora calculamos todas as correntes (em mol/h):
- Alimentação ao reator:
- Conversão e saída do reator:
- Gás de reciclo (
molar de água):
- Correntes frescas:
- Corrente condensada (líquido separado): contém etanol
e água
Total condensado
mol/h, com fração molar de etanol
Resposta
A tabela resumida (base 1 mol/h de etileno fresco) é:
– Alimentação fresca: ,
.
– Alimentação ao reator: ,
.
– Produção de etanol: mol/h.
– Saída do reator: ,
, etanol
.
– Gás de reciclo: com
,
.
– Condensado: etanol , água
(
molar de etanol).
– Alimentação fresca:
– Alimentação ao reator:
– Produção de etanol:
– Saída do reator:
– Gás de reciclo:
– Condensado: etanol