(Felder, p. 183, q. 69) O etanol é produzido comercialmente pela hidratação do etileno:
Parte do produto é convertida a éter dietílico na reação paralela
A alimentação do reator contém etileno, vapor de água e um gás inerte. Uma amostra do efluente do reator é analisada, e contém 43,3% molar de etileno, 2,5% de etanol, 0,14% de éter, 9,3% de inertes e o resto de água.
a) Tomando como base 100 mols do efluente gasoso, desenhe e rotule um fluxograma e faça uma análise dos graus de liberdade baseada nos balanços de espécies atômicas para provar que o sistema tem zero graus de liberdade. R: Resposta por conta do (a) discente.
b) Calcule a composição molar da alimentação do reator, a percentagem de conversão de etileno, o rendimento fracional de etanol e a seletividade da produção de etanol em relação à produção de éter. R: %molares
e inertes
ou
,
e
.
c) A percentagem de conversão de etileno calculada deve ser muito baixa. Por que você acha que o reator foi projetado para consumir tão pouco reagente? (Dica: Se a mistura reacional permanecesse no reator tempo suficiente para consumir a maior parte do etileno, qual seria, provavelmente, o principal constituinte do produto?) Que passos de processamento adicionais devem acontecer a jusante do reator? R: Resposta por conta do (a) discente.
a) Tomando como base 100 mols do efluente gasoso, desenhe e rotule um fluxograma e faça uma análise dos graus de liberdade baseada nos balanços de espécies atômicas para provar que o sistema tem zero graus de liberdade. R: Resposta por conta do (a) discente.
b) Calcule a composição molar da alimentação do reator, a percentagem de conversão de etileno, o rendimento fracional de etanol e a seletividade da produção de etanol em relação à produção de éter. R: %molares
c) A percentagem de conversão de etileno calculada deve ser muito baixa. Por que você acha que o reator foi projetado para consumir tão pouco reagente? (Dica: Se a mistura reacional permanecesse no reator tempo suficiente para consumir a maior parte do etileno, qual seria, provavelmente, o principal constituinte do produto?) Que passos de processamento adicionais devem acontecer a jusante do reator? R: Resposta por conta do (a) discente.
Passo 1
O que a parte (b) pede?
Calcular a composição molar da alimentação do reator.
Determinar a percentagem de conversão de etileno.
Calcular o rendimento fracional de etanol.
Calcular a seletividade da produção de etanol em relação ao éter.
Conteúdo: balanços de massa por espécie ( ,
O,
OH, (
)
O, inertes) usando extensão de reação numa base de
mol de efluente.
Conteúdo: balanços de massa por espécie (
Passo 2
Base
mol de efluente, com composições molares dadas:
– :
mol
– OH:
mol
– ( )
O:
mol
– inertes: mol
– O:
mol
–
–
– (
– inertes:
–
Passo 3
Definimos as incógnitas e as extensões de reação:
– ,
,
– extensão da hidratação (
O
OH)
– extensão da formação de éter (
OH
(
)
O
O)
–
–
–
Passo 4
Escrevemos os balanços de matéria em blocos separados:
Passo 5
Resolvendo passo a passo:
.
Da equação do etanol:
Da equação do etanol:
Da equação do etileno:
Da água:
Total de alimentação:
Passo 6
Composição molar da alimentação:
Passo 7
Conversão de etileno (
):
Passo 8
Rendimento fracional de etanol (
):
Passo 9
Seletividade de etanol em relação ao éter (
):
Resposta
Composição da alimentação:
%,
O
%, inertes
%.
Conversão de etileno %.
Rendimento fracional de etanol .
Seletividade etanol/éter mol
OH / mol (
)
O.
Conversão de etileno
Rendimento fracional de etanol
Seletividade etanol/éter