Num processo industrial de produção de acetato de etila, 1000 lb / h de etanol e 1500 lb / h de ácido acético são alimentados como matéria prima. O álcool é convertido de acordo com a reação:
CH3 COOH+C2 H5 OH CH3 COOC2 H5+H2 O
Benzeno é usado para extrair o álcool não reagido e forma uma corrente com a seguinte composição molar: C6 H6: 53,9 % ; C2 H5 OH: 22,8 % ; H2 O: 23,3 %. A outra corrente de produto contém acetato de etila, ácido acético e água. Se 233 lb / h de água são removidos desta corrente, calcular: a) a conversão percentual de etanol em acetato de etila; e b) a quantidade de benzeno usada.

Passo 1

Vamos resumir o problema: Estamos analisando a produção industrial de acetato de etila, onde 1000 lb/h de etanol e 1500 lb/h de ácido acético são alimentados. O etanol reage com o ácido acético formando acetato de etila e água. Usamos benzeno para extrair o etanol não reagido, formando uma corrente com composição molar específica. Também sabemos que 233 lb/h de água são removidos da outra corrente de produto. Precisamos calcular a conversão percentual de etanol em acetato de etila e a quantidade de benzeno utilizada. Para resolver, vamos precisar usar balanço de massa e entender as reações químicas envolvidas.

Passo 2

Primeiro, vamos fazer um balanço de massa geral. Temos dois componentes principais: etanol (C₂H₅OH) e ácido acético (CH₃COOH). A reação é:
CH3 COOH + C2 H5 OH CH3 COOC2 H5 + H2 O
Isso significa que 1 mol de ácido acético reage com 1 mol de etanol para formar 1 mol de acetato de etila e 1 mol de água.

Passo 3

Vamos determinar os moles dos reagentes. Para isso, precisamos das massas molares:
  • CH₃COOH: 60 g/mol
  • C₂H₅OH: 46 g/mol
  • CH₃COOC₂H₅: 88 g/mol
  • H₂O: 18 g/mol
  • C₆H₆: 78 g/mol
Convertendo as massas de entrada para moles:
Mo<=s de C2H5OH = 1000 , lb/h46 , g/mol times 453.592 , g/lb approx 9870 , mol/h
Mo<=s de CH3COOH = 1500 , lb/h60 , g/mol times 453.592 , g/lb approx 11364 , mol/h

Passo 4

Agora, vamos considerar que a reação consome etanol e ácido acético na proporção de 1:1. A limitação está no etanol, pois temos menos moles de etanol em relação ao ácido acético. Portanto, todo o etanol será convertido se não houver perdas.
Mo<=s reagidos de C2H5OH = 9870 , mol/h
Mo<=s produzidos de CH3COOC2H5 = 9870 , mol/h
Mo<=s produzidos de H2O = 9870 , mol/h

Passo 5

Após a reação, o ácido acético não reagido será:
Mo<=s não reagidos de CH3COOH = 11364 - 9870 = 1494 , mol/h ã
E a quantidade de água total será a produzida pela reação mais a removida:
Mo<=s de H2O removidos = 233 , lb/h18 , g/mol times 453.592 , g/lb approx 5866 , mol/h

Passo 6

Para calcular a conversão percentual de etanol, usamos:
Conversão (%) = ( Mo<=s reagidosMo<=s iniciais ) times 100 = ( 98709870 ) times 100 = 100% ã

Passo 7

Agora, vamos calcular a quantidade de benzeno usado. Sabemos que a corrente rica em benzeno contém 53,9% de C₆H₆, 22,8% de C₂H₅OH e 23,3% de H₂O. Primeiro, determinamos os moles totais na corrente de extração:
Mo<=s de C6H6 = 0.539 times (53.9 + 22.8 + 23.3) approx 0.539 times 100 = 53.9 , mol
Mo<=s de C2H5OH = 0.228 times 100 = 22.8 , mol
Mo<=s de H2O = 0.233 times 100 = 23.3 , mol
Portanto, os moles de benzeno na corrente são 53.9 mol.

Resposta

a) A conversão percentual de etanol em acetato de etila é 100%.
b) A quantidade de benzeno usada é 53,9 mol/h.

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