Um reator químico foi projetado para produzir 1500 kmol / h de etanol, pela hidratação do etileno, segundo a equação:
C2 H4(g)+H2 O(v) C2 H5 OH(v)
Considerando a conversão do C2 H4 em 80 %, o excesso da H2 O em 40 % e que a carga do reator deve ter 4% de gás inerte (GI), pedem-se:
a) a vazão da carga, bem como a dos seus constituintes;
b) a vazão do efluente e de seus constituintes:
c) a composição % do efluente do reator.

Passo 1

O enunciado dá a reação
C2H4(g) + H2O(v) C2H5OH(v)
e pede as vazões de alimentação e efluente sabendo que queremos 1500 kmol/h de etanol, que a conversão de C2H4 é 80%, que há 40% de excesso de água e que a carga contém 4% de gás inerte. Usaremos estequiometria, definição de conversão, excesso e balanço de matéria incluindo inertes.

Passo 2

Como a reação é 1:1 entre C2H4 e etanol, para produzir 1500 kmol/h de etanol é preciso ter reagido 1500 kmol/h de C2H4. Com conversão X=reagidoalimentado=0,80, a alimentação de etileno é
FC2H4=15000,80=1875 kmol/h

Passo 3

O consumo estequiométrico de água é igual ao de etileno reagido, ou seja 1500 kmol/h. Com 40% de excesso, a alimentação de água é
FH2O=1500,(1+0,40)=2100 kmol/h

Passo 4

Se a carga tem ,4% de inertes, isso significa
FGI=0,04,Ftot e FC2H4+FH2O+FGI=Ftot
Substituindo FC2H4=1875 e FH2O=2100 e resolvendo
0,96,Ftot=1875+2100=3975 Longrightarrow Ftot=39750,96=4140,625 kmol/h

Passo 5

Daí a vazão de gás inerte é
FGI=0,04times4140,625=165,625 kmol/h

Passo 6

Portanto, a vazão de alimentação e seus constituintes são:
(a)
Ftot=4140,625 kmol/h, FC2H4=1875 kmol/h, FH2O=2100 kmol/h, FGI=165,625 kmol/h

Passo 7

No efluente teremos:
– etanol formado: 1500 kmol/h,
– etileno não reagido: 1875-1500=375 kmol/h,
– água não reagida: 2100-1500=600 kmol/h,
– gás inerte: 165,625 kmol/h.
Logo a vazão total do efluente é
Fefl=1500+375+600+165,625=2640,625 kmol/h

Passo 8

A composição molar do efluente em % é dada por cada componente dividido por Fefl vezes 100%:
yC2H4&=3752640,625times 100% = 14,19%, yH2O&=6002640,625times 100% = 22,72%, yC2H5OH&=15002640,625times 100% = 56,77%, yGI&=165,6252640,625times 100% = 6,27%

Resposta

(a) Ftot=4140,625 kmol/h, com FC2H4=1875 kmol/h, FH2O=2100 kmol/h, FGI=165,625 kmol/h.
(b) Fefl=2640,625 kmol/h, com etanol 1500 kmol/h, etileno 375 kmol/h, água 600 kmol/h, inerte 165,625 kmol/h.
(c) Composição do efluente: :14,19%;C2H4, 22,72%;H2O, 56,77%;C2H5OH, 6,27%;GI.

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