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(4) Considere a reação de desidrogenação de etanol, para a formação de acetaldeído:
C2H5OH(g)  CH3CHO(g) + H2(g)
Esta reação é conduzida em um reator adiabático, no qual etanol na fase vapor é alimentado ao reator a uma vazão de 100 mol/h e temperatura de 300ºC. Uma conversão de 30% é obtida. Calcule a temperatura da corrente de produto.
Dados: C2H5OH(g) : Cp = 0.110 kJ/(molK) CH3CHO(g) : Cp = 0.080 kJ/(molK) H2(g): Cp = 0.029 kJ/(molK) (assuma como constantes na faixa de temperatura de operação)
R: 386,4 K


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Questões para Estudantes

há 2 anos

Respostas

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há 2 anos

Para calcular a temperatura da corrente de produto, podemos utilizar a equação da energia interna: ΔU = ΔH - ΔPV Onde: ΔU é a variação da energia interna ΔH é a variação da entalpia ΔP é a variação da pressão ΔV é a variação do volume Nesse caso, como o reator é adiabático, não há troca de calor com o ambiente (Q = 0), então a variação da energia interna é igual à variação da entalpia: ΔU = ΔH Podemos calcular a variação da entalpia utilizando a equação: ΔH = Σ(ni * Cp * ΔT) Onde: ni é o número de mols de cada componente Cp é o calor específico a pressão constante ΔT é a variação de temperatura Para o etanol (C2H5OH): n(C2H5OH) = 100 mol/h * 0,3 = 30 mol Para o acetaldeído (CH3CHO): n(CH3CHO) = 100 mol/h * 0,3 = 30 mol Para o hidrogênio (H2): n(H2) = 100 mol/h * 0,3 = 30 mol Agora podemos calcular a variação da entalpia: ΔH = (30 mol * 0,110 kJ/(mol·K) * ΔT) + (30 mol * 0,080 kJ/(mol·K) * ΔT) + (30 mol * 0,029 kJ/(mol·K) * ΔT) Simplificando: ΔH = 3,3 ΔT + 2,4 ΔT + 0,87 ΔT ΔH = 6,57 ΔT Sabemos que a conversão é de 30%, então 70% do etanol não reage. Portanto, a quantidade de etanol que reage é: n_reagente = 30 mol * 0,3 = 9 mol A quantidade de acetaldeído formada é igual à quantidade de etanol que reage: n_produto = 9 mol A quantidade de hidrogênio formada é igual à quantidade de etanol que reage: n_produto_H2 = 9 mol Agora podemos igualar a variação da entalpia à variação da energia interna: ΔH = ΔU 6,57 ΔT = n_produto * Cp_produto * ΔT + n_produto_H2 * Cp_H2 * ΔT Substituindo os valores: 6,57 ΔT = 9 mol * 0,080 kJ/(mol·K) * ΔT + 9 mol * 0,029 kJ/(mol·K) * ΔT Simplificando: 6,57 ΔT = 0,72 ΔT + 0,261 ΔT 6,57 ΔT - 0,72 ΔT - 0,261 ΔT = 0 5,589 ΔT = 0 ΔT = 0 Portanto, a variação de temperatura é igual a zero. Isso significa que a temperatura da corrente de produto é igual à temperatura de alimentação, que é de 300ºC. Espero ter ajudado!

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(1) Determine o calor padrão para as reações a seguir, assim como o calor de reação na temperatura indicada em cada caso. Use um Cp médio e Cp(T) na forma de correlação e compare os resultados.

(a) 4 NH3(g) + 5 O2(g)  4 NO(g) + 6 H2O(g)
T = 298 K e773 K R: -905,32 kJ, -900,58 kJ

(b) 2 H2S(g) + 3 O2(g)  2 SO2(g) + 2 H2O(g)
T = 298 K e 683 K R: -1036,27 kJ, -1038,68 kJ

(c) H2S(g) + 2 H2O(g)  SO2(g) + 3 H2(g)
T = 298K, 850 K R: 207,33 kJ, 220,8 kJ

(d) SO3 (g) + H2O(l)  H2SO4(l)
T = 298 K R: -132,39 kJ

(e) C2H4 (g) + H2O(l)  C2H5OH(l)
T = 298 K R: -43,6 kJ


(3) Hidrogênio é produzido em um reator industrial a partir da seguinte reação
CO (g) + H2O (g) → CO2 (g) + H2 (g)
A corrente de alimentação consiste em uma mistura equimolar de CO e H2O, a 125 ºC e pressão atmosférica. A corrente de saída deve estar a uma temperatura de 425 ºC, para ser posteriormente tratada no processo. Determine quanto calor deve ser adicionado ou removido do reator por mol de H2O alimentado, caso (a) a conversão seja total (100%) ou (b) a conversão seja de 60%.
R: -6335,5+(-41190)+29665,1=-17860,4 J; -6335,5+(-24714)+28293=-2756,5 J


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