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 localização do estágio ótimo de carga.

Dado o diagrama de equilíbrio:

Passo 1

Essa questão pede para calcularmos o prato ótimo de carga. Para isso, vamos mostrar uma representação esquemática da coluna. Depois vamos precisar marcar os pontos no gráfico e traçar os estágios, assim nós iremos descobrir qual prato corta a reta q da alimentação.

Passo 2

Vamos determinar nossa reta q !! A equação dessa reta é dada por:

y = q q - 1 x - z f q - 1

Onde q = V a z ã o   d e   L í q u i d o   a b a i x o   d a   e n t r a d a   d a   c a r g a - V a z ã o   d e   L í q u i d o   a c i m a   d a   e n t r a d a   d a   c a r g a V a z ã o   d a   C a r g a

Portanto, podemos calcular q e a inclinação sabendo que:

V a z ã o   d e   L í q u i d o   a c i m a   d a   e n t r a d a   d a   c a r g a = x

V a z ã o   d e   L í q u i d o   a b a i x o   d a   e n t r a d a   d a   c a r g a = 1000 + 1000 4 + x

V a z ã o   d a   C a r g a = 1000

Substituindo nas fórmulas, temos que:

q = 1000 + 1000 4 + x - x 1000 = 1,25

i n c l i n a ç ã o =   q q - 1 = 1,25 0,25 = 5

Com essa inclinação devemos traçar um gráfico partindo do ponto de carga e traçar a reta de operação, partindo de x D para determinar a interseção com o eixo y . Lembrando que i n c l i n a ç ã o = ∆ y ∆ x .

Passo 3

A próxima etapa é calcular a interseção da Reta de Operação da Seção de Absorção como o gráfico, sabendo que a Razão de Refluxo é 3 .

i n t e r s e ç ã o = 1 R R + 1 ∙ x d = 1 3 + 1 ∙ 0,75 = 0,1875

Portanto, podemos traçar a reta de x D até a interseção.

Como identificamos a interseção da Reta de Operação da Seção de Absorção (ROSA) com a reta q , podemos traçar a reta de esgotamento, indo de x b até a interseção.

Passo 4

A questão pede para identificarmos o local do prato ótimo de carga. Para isso, precisaremos traçar os estágios.

Traçando, observamos que temos 5 estágios e o quarto estágio é o estágio ótimo de carga. Como essa coluna possui condensador parcial, o quarto estágio equivale ao terceiro prato.

Resposta

Quarto estágio é o estágio de carga.