Exercícios Resolvidos de Colunas Especiais

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Enunciado

A unidade de separação foi projetada para separar, a 1 atm, uma solução aquosa de etanol com 32 %   m o l a r de etanol. A vazão de carga é de 1000   k g m o l e s / h , líquida subresfriada condensando um mol de vapor para cada quatro moles no prato de alimentação. Esta coluna está equipada com condensador parcial e usa vapor de arraste. O produto de topo deve ter 75   %   m o l a r de etanol e o produto de fundo 10 %   m o l a r . Deve-se assumir vazões molares constantes e considerar a Razão de Refluxo Operacional igual a 3. O vapor é vapor d’água puro saturado. Determine:

  1. A vazão do vapor d’água utilizado.

Passo 1

Em exercícios de coluna de destilação, a primeira etapa é desenhar a coluna de destilação, indicando as informações relevantes dadas no enunciado.

A próxima etapa será calcular a vazão de vapor, utilizando balanço de massa e a informção sobre a Razão de Refluxo dada.

Passo 2

A Equação geral para balancear essa equação é dada por:

F + V = D + B

E o balanço por componente fica sem o termo do V , pois o vapor só possui água.

F ∙ z f = D ∙ x D + B ∙ x B

Podemos substituir os valores que temos:

1000 + V = D + B

1000 ∙ 0,32 = D ∙ 0,70 + B ∙ 0,10

Até o momento, temos apenas duas equações e três incógnitas, então vamos construir a terceira equação usando a informação da Razão de Refluxo.

R R = L D = 3

L = 3 ∙ D

Para relacionar a vazão de líquido e a vazão de vapor, vamos precisar avaliar a imagem abaixo, já que parte do vapor é condensado pela carga.

B = 1000 + 1000 4 + x = 1250 + x

E sabemos que: L = x = 3 ∙ D

Então, podemos substuir o x na expressão do B e encontrar que:

B = 1250 + x = 1250 + 3 ∙ D

Então, nossas 3 equações são:

320 = D ∙ 0,70 + B ∙ 0,10

B = 1250 + 3 ∙ D

1000 + V = D + B

Resolvendo esse sisteminha, obtemos que:

320 = D ∙ 0,70 + ( 1250 + 3 ∙ D ) ∙ 0,10

320 = 0,70 ∙ D + 125 + 0,3 ∙ D

D = 195   k m o l / h

B = 1250 + 3 ∙ D

B = 1250 + 3 ∙ 195 = 1835   k m o l / h

1000 + V = D + B

1000 + V = 195 + 1835

V = 1030   k m o l h

Portanto, 1030   k m o l / h é a vazão de vapor d’água utilizado.

Resposta

V = 1030   k m o l h