Fermentacao Alcoolica Industrial - Calculo de Calor em Processo Continuo

4 30 Considere o processo de fermentação alcoólica na indústria de alimentos Uma solução aquosa diluída de glicose entra em um processo contínuo de fermentação no qual células de levedura convertem a glicose MM 18016 gmol em etanol MM 46069 gmol e dióxido de carbono A corrente aquosa que entra no reator está a 25 C e contém 5 em massa de glicose Considere que essa glicose é completamente convertida para etanol e dióxido de carbono e que a corrente de produtos deixa o reator a 35 C Considere Csolução 4184 kJkg Que dióxido de carbono permanece dissolvido na corrente de produtos Os calores padrão de formação consultados em uma tabela são ΔHº etano 2883 kJmol ΔHº gás carbônico 4138 kJmol ΔHº glicose 12622 kJmol Estime a quantidade de calor adicionado ou removido por kg de etanol produzido dada a reação a seguir C6H12O6aq 2C2H5OHaq 2CO2aq Mantenha sempre em mente que você usará a estequiometria da reação para relacionar quantidades de glicose e de etanol Como toda reação química há uma quantidade de calor envolvida no processo então use a Lei de Hess e preste atenção na unidade para encontrar o ΔHº reação Relacione o valor encontrado com a quantidade de etanol formada no processo e use relações estequiométricas conforme a necessidade imposta pelo enunciado Você usará as massas molares dadas para obtenção da massa total da alimentação na entrada Essa massa será usada na equação para calcular o calor para processo de aquecimento O calor total adicionado ou removido será obtido com a somatória dos valores de calor da reação com o calor do processo de aquecimento O ponto chave é descobrir se o calor de reação para as quantidades informadas é suficiente para o aquecimento ou não 𝐶6𝐻12𝑂6 𝑎𝑞 2𝐶2𝐻5𝑂𝐻𝑎𝑞 2𝐶𝑂2 𝑎𝑞 Utilizando como base de cálculo 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 1 𝑘𝑔 Encontrando a quantidade glicose e gás formados 𝑛𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 1000 46069 2171 𝑚𝑜𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 2 𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 2171𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑥 10855 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 𝑚𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 𝑀𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 𝑚𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 10855 18016 𝑚𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 196 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 𝑚𝐶𝑂2 𝑛𝐶𝑂2 𝑀𝐶𝑂2 𝑚𝐶𝑂2 2171 4401 𝑚𝐶𝑂2 096 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑂2 Calculando a entalpia padrão da reação Convertendo os valores da entalpia para unidades de massa kg 𝐻𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 𝑜 12622 18016 7006 𝑘𝐽 𝑔1 7006 𝑘𝐽𝑘𝑔1 𝐻𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑜 28833 46069 6258 𝑘𝐽 𝑔1 6258 𝑘𝐽𝑘𝑔1 𝐻𝑔á𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑏ô𝑛𝑖𝑐𝑜 𝑜 4138 4401 9402 𝑘𝐽 𝑔1 9402 𝑘𝐽𝑘𝑔1 𝐻𝑟𝑒𝑎çã𝑜 𝑜 𝑚𝑝 𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑜 𝑚𝑟 𝐻𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑜 𝐻𝑟𝑒𝑎çã𝑜 𝑜 096 9402 1 6258 196 7005 𝐻𝑟𝑒𝑎çã𝑜 𝑜 155412 𝑘𝐽 Calculando a alimentação total na entrada sabendo que o valor da massa de glicose corresponde a 5 do valor total da alimentação 𝑚𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜 196 005 392 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑎𝑞𝑢𝑜𝑠𝑎 Calculando a quantidade calor no processo de aquecimento da solução de 25ºC a 35ºC 𝑞 𝑚𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜 𝑐𝑃 𝑇 𝑞 392 4184 35 25 𝑞 164013 𝑘𝐽 Como o valor da entalpia da reação é negativo a reação é exotérmica e libera energia na forma de calor Como o valor absoluto da entalpia de reação é menor do que o quantidade calor para aquecer a solução podese concluir que calor é adicionado ao processo Calculando a quantidade de calor adicionado 𝑞𝑎𝑑𝑖𝑐 164013 155412 𝑞𝑎𝑑𝑖𝑐 8601 𝑘𝐽