Exercícios Resolvidos de Coluna de Destilação com Seções Intermediárias

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Enunciado

Dispomos da seguinte mistura Benzeno – Tolueno:

Desejamos separar essa mistura em uma coluna de destilação que opera a 10   a t m , para obtermos um produto de topo vaporizado rico em benzeno 90 %   m o l a r e um resíduo contendo 5 %   m o l a r em benzeno que deixa o último prato da coluna. Com essas informações, o balanço de massa já foi calculado e resultou nas seguintes vazões de produto de topo e fundo, respectivamente:

D = 435,3 l b m o l h

B = 364,7 l b m o l h

Determine a Razão de Refluxo Operacional sabendo-se que as condições operacionais e a volatilidade relativa do benzeno/tolueno é igual a 2,5 e a Razão de Refluxo operacional é igual a 1,5 vezes a razão de refluxo mínima.

Passo 1

Nós sabemos como é a organização dos pratos de carga e retirada dessa coluna. E, além disso, já conhecemos também a vazão de todas as correntes.

O próximo passo, portanto, será traçar o diagrama de equilíbrio x-y para conseguirmos aplicar o método Mc-Cabe Thiele.

Passo 2

Para traçar o gráfico, vamos precisar usar a volatilidade relativa ( α i , j = 2,5 ). Então, vamos escolher vários valores de x entre 0 e 1 e , em seguida, vamos calcular os valores de y relativos.

Para isso, vamos precisar utilizar a equação que vimos em uns tópicos anteriores:

y = α i , j   x i 1 + x i ( α i , j - 1 )  

E aí calculando vamos obter que:

E agora bora plotar esse gráfico lembrando de plotar também a diagonal ( x = y ) 😊

Passo 3

Agora sim, vamos começar o Mc-Cabe Thiele. Nós vamos marcar no gráfico as informações que temos sobre os produtos de topo, fundo, lateral e sobre a carga. Para a saída, já sabemos que a reta q é uma reta horizontal, pois é um líquido saturado. Para marcar a carga, precisamos calcular a inclinação da reta q .

Sabemos que a inclinação da reta q é dada por:

I n c l i n a ç ã o = q q - 1

Onde q = 1 - β = 1 - 0,8 = 0,2 .

Portanto, a inclinação é - 0,25 .

Marcando tudo nosso gráfico, obtemos algo parecido com a imagem abaixo:

Passo 4

Repara que no enunciado a Razão de Refluxo foi dada em função da Razão de Refluxo Mínima. Então, nós vamos calcular a Razão de Refluxo mínima forçando o Pinch com a carga através da reta preta que traçamos a partir do y d .

Logo, o nosso coeficiente linear é 0,38. Então, a nossa Razão de Refluxo mínima é 1,5 .

1 R R + 1 ∙ x d = 0,38

1 R R + 1 ∙ 0,9 = 0,38

R R m í n i m a = 1,37

E a Razão de Refluxo operacional é 1,5   vezes a mínima, sendo, portanto, 2,055 .

Resposta

Razão de Refluxo Operacional é 2,055 .