Balanco Energetico Da Transformacao Quimica

Balanço Energético da Transformação Química

1 Balanço energético da Transformação Química

2 Balanço energético da Transformação Química

TERMODINÂMICA

Determinação da

distribuição dos produtos

finais

(composição de equilíbrio)

Previsão da facilidade de

realização de uma dada

reacção

(constantes de equilíbrio e

energia livre de Gibbs)

Cálculos dos calores de

reacção

(entalpia)

3 Balanço energético da Transformação Química

Existem basicamente cinco funções termodinâmicas fundamentais

-Energia interna (U) -Entalpia (H) -Energia livre de Gibbs (G) -Energia livre de Helmhotz (A) -Entropia (S)

PVUH TSHG

TSUA

4

Estado 1

Troca com o Exterior - Energia mecânica (Emec) - Energia calorifica (Ecal) - Energia elétrica (Ee)

E1=Ei+Ep+Ec+Es

Estado 2

E2=E1+ E do ext.-E para ext.

LEI DA CONSERVAÇÃO ENERGIA

Balanço energético da Transformação Química

5 Balanço energético da Transformação Química

Variação de energia do sistema

Modificação de variáveis intensivas - Pressão - Temperatura - Entalpia - etc.

Modificação de variáveis extensivas - Volume - Entropia - nº de moles - etc.

6 Balanço energético da Transformação Química

Dois casos para seguir a evolução de um sistema reaccional

O caso em que durante a transformação há troca de

calor e pressão constante ou variação de entalpia

O caso em que há troca de calor a volume constante ou

variação de energia interna.

7 Balanço energético da Transformação Química

Variação de Entalpia Associada a uma Reacção

a A + b B ⇌ c C + d D

A entalpia da reacção é calculada por:

onde:

(HR)T: variação de entalpia associada à reacção que ocorre à temperatura T HT(Ai): entalpia de uma mole de um composto Ai à temperatura T

8 Balanço energético da Transformação Química

e a entalpia de um mole de composto é definida como:

iMTi

PTiTiTiTiTfiT AHAHAAHAHAHAH 0000

00

Entalpia padrão de formação da espécie Ai

à temperatura T0

Variação de entalpia padrão entre as

temperaturas T0 e T, sem mudança de

estado

Variação de entalpia padrão de mudança

de estado

Termo correctivo de entalpia para

P≠1 atm

Termo correctivo de entalpia para a contribuição de

Ai no calor de mistura

9 Balanço energético da Transformação Química

Variação de entalpia molar entre duas temperaturas (T1 e T2)

Cp(Ai): calor específico molar do composto Ai

Numa transformação química, o calor posto em jogo (P=const.)

00

,0 TTTTp HHHTTQ

Para 1 mole

dTACAHAHAHTTQT

TipiTiTi

TTp

0

00

,0

10 Balanço energético da Transformação Química

i

Tifiii

TiTR AHAHH0

0000

0 )(

dTCpHHT

T iipiTRTR

0

,

00

00

tabelados

tabelados

Quando se pretende calcular a entalpia de reacção para 1 atm (condições padrão)

Para T≠T0 (temperatura de referência)

11 Balanço energético da Transformação Química

Caso de Sistemas Complexos Definidos por R Relações Estequiométricas

iTijTj AHH

A entalpia de uma reacção j pode ser calculada por:

A variação de entalpia associada a cada reacção j cujo grau de avanço é definido por j será calculada por:

iTijjTjjTj AHHH

A variação global para diferentes graus de avanço 1, 2,… R, será:

j

TjjT HH

12 Balanço energético da Transformação Química

Estado 1 Estado 2

2

1H

P1, T1,n1,1, …ns,1, ni

Estado Intermédio 1

Estado Intermédio 2

P=1atm, T0,n1,1, …ns,1, ni

0

1H

2

0H

P=1atm, T0,n1,2, …ns,2, ni

P2, T2,n1,2, …ns,2, ni

0T

jj H

2

0

0

1

2

10

HHHHTjj

n1,1,…n1,s: nº moles da espécie A1…As no estado 1

n1,2,…ns,2: nº moles da espécie A1…As no estado 2

ni: nº moles de inertes

13 Balanço energético da Transformação Química

Exercício 8

O óxido de etileno é produzido por oxidação directa com ar usando um

catalisador (prata sobre suporte conveniente)(. Suponha que a alimentação entra

num reactor tubular a 200ºC e que contém 5% etileno e 95% de ar (%s molares).

Se a temperatura à saída não exceder os 260ºC, é possível converter 50% do

etileno a óxido, embora 40% seja também completamente queimado a dióxido

de carbono. Que quantidade de calor deve ser removida do reactor, por mole de

alimentação de etileno, de forma a não exceder a temperatura limite.