(Nilo, p. 291, q. 38) Aldeído acético pode ser produzido pela desidrogenação de etanol de acordo com a reação:
. Como a reação é endotérmica, vapor d’água a
é usado como fluido de aquecimento em uma camisa do reator para controlar a temperatura de saída do reator em 600 K . O reator é alimentado com
de uma mistura gasosa contendo
molar de etanol e 10,0% molar de aldeído acético a uma temperatura de 650 K . A conversão por passe no reator é de
. Calcule a vazão mássica de vapor d’água necessária.
Considere constantes as capacidades caloríficas molares dos componentes na faixa de temperaturas:
| Substância |
|
|
|
|---|---|---|---|
|
|
92,0 | 8,3 | 29,0 |
Paro o aldeído acético (fase gasosa), considere
.
R: .
R:
Passo 1
O problema trata da desidrogenação gasosa de etanol segundo
que é endotérmica. Temos uma alimentação de
,kmol/h a
,K, com
de etanol e
de aldeído acético, e conversão de etanol de
. Queremos a vazão mássica de vapor d’água a
,MPa (usado como fluido de aquecimento), sabendo que a saída do reator opera a
,K. Para isso vamos:
- calcular a entalpia padrão de reação a
,K; - ajustar essa entalpia para
,K via calor sensível ( ); - calcular o calor requerido pela reação e pelo resfriamento do gás de
a ,K; - dividir o total pela entalpia de vaporização do vapor a
,MPa para obter a vazão mássica de vapor.
Passo 2
Usamos entalpias padrão de formação a
,K:
ΔH°f( )≈
,kJ/mol,
ΔH°f( )=
,kJ/mol,
ΔH°f( )=
,kJ/mol.
A entalpia padrão de reação a ,K é
ΔH°f(
ΔH°f(
ΔH°f(
A entalpia padrão de reação a
Passo 3
Para levar a entalpia de
até
,K calculamos a variação sensível:
Com
,K,
,K, e
em kJ/kmol·K:
- Para
: - Para
: - Soma produtos sensível =
,kJ/kmol - Para
: ,kJ/kmol
Logo,
Passo 4
A entalpia de reação a
,K é
isto é, ainda endotérmica.
Passo 5
A vazão molar de etanol na alimentação é
,kmol/h. Com
de conversão, reagem
Passo 6
O calor absorvido pela reação por hora é
Passo 7
Além disso, o gás de alimentação deve ser resfriado de
para
,K. O calor removido é
Passo 8
O total de calor que o vapor deve fornecer é
Passo 9
Para fornecer esse calor usamos vapor d’água que ao condensar (entálpia de vaporização a 8 MPa e ~600 K) libera cerca de
,kJ/kg. Logo, a vazão mássica de vapor é
Resposta
A vazão mássica de vapor d’água necessária é de aproximadamente
,kg/h.