Num processo industrial de produção de acetato de etila,
de etanol e
de ácido acético são alimentados como matéria prima. O álcool é convertido de acordo com a reação:
Benzeno é usado para extrair o álcool não reagido e forma uma corrente com a seguinte composição molar:
. A outra corrente de produto contém acetato de etila, ácido acético e água. Se
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:
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:
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.
Passo 5
Após a reação, o ácido acético não reagido será:
E a quantidade de água total será a produzida pela reação mais a removida:
Passo 6
Para calcular a conversão percentual de etanol, usamos:
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:
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.