de uma mistura álcool isopropílico/éter isopropílico, contendo
de álcool isopropílico está sendo destilada produzindo um destilado contendo 77% de éter e um produto de fundo contendo
de éter (em mol). A coluna foi projetada para operar a uma pressão de 1 atm, com refervedor parcial e condensador total. A razão de refluxo utilizada é de 1,3 (L/D)min e a alimentação é introduzida na coluna no seu ponto de bolha. Determine:
a. Quantos estágios teóricos são necessários para realizar a operação?
b. Quais as vazões de destilado e de produto de fundo?
c. Qual o estágio ótimo para a alimentação da coluna?
d. Quais os requerimentos energéticos da coluna?
Assuma que as entalpias do líquido saturado e do vapor saturado são funções lineares da composição.
Dados:
Ponto de ebulição (
)
(BTU/lbmol)
(BTU/lbmol)
Éter isopropílico
155
6100
18580
Álcool isopropílico
180
6580
23350
Dados de equilibrio a 1 atm (expresso em fração molar de éter)
y
0,315
0,465
0,560
0,615
0,660
0,705
0,750
0,790
x
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
a. Quantos estágios teóricos são necessários para realizar a operação?
b. Quais as vazões de destilado e de produto de fundo?
c. Qual o estágio ótimo para a alimentação da coluna?
d. Quais os requerimentos energéticos da coluna?
| Ponto de ebulição (
|
|
|
|
| Éter isopropílico | 155 | 6100 | 18580 |
| Álcool isopropílico | 180 | 6580 | 23350 |
| y | 0,315 | 0,465 | 0,560 | 0,615 | 0,660 | 0,705 | 0,750 | 0,790 |
| x | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
Passo 1
Resumindo o enunciado: entra uma alimentação de
lbmol/h com
(fração molar de éter), sai um destilado com
(éter) e um fundo com
. A coluna tem condensador total, refervedor parcial, alimentação líquida saturada (
) e opera com taxa de refluxo
. Vamos precisar de balanços de massa, cálculo de
, linhas de operação (McCabe–Thiele), contagem de estágios teóricos e balanços de energia usando entalpias lineares em função da composição.
Passo 2
Balanço global e de componente (éter) para achar
e
:
Substituindo
,
,
,
:
Da primeira equação
. Na segunda,
Passo 3
Cálculo de
para
usando o ponto de equilíbrio em
(dado:
):
na linha de operação retificadora,
na linha de operação retificadora,
Logo,
Passo 4
Definimos as linhas de operação:
Retificadora, para
vs.
:
Estripping, passando por
e pelo ponto de alimentação
:
Passo 5
Usando o método de McCabe–Thiele com a tabela de equilíbrio, fazemos degraus:
a) Acima do ponto de alimentação, iniciando em
, alternamos traços horizontais até a curva de equilíbrio e verticais até a linha retificadora. Contamos
estágios até cruzar
.
b) No estágio seguinte já caímos abaixo de
, esse é o estágio de alimentação.
c) Abaixo da alimentação, trocamos a linha retificadora pela estripping e continuamos os degraus até
. Isso dá mais
estágios.
Total de estágios teóricos
(retificadores)
(alimentação)
(estrippers)
estágios.
O estágio ótimo de alimentação é, portanto, o nono contando de cima (após
estágios retificadores).
Passo 6
Balanço de energia do condensador total e do refervedor parcial. As entalpias de líquido e vapor são lineares em função da fração molar de éter:
Para o destilado (
):
No refervedor, o vapor gerado é
lbmol/h, retirando fundo líquido com
:
Resposta
a. Aproximadamente
estágios teóricos.
b. lbmol/h e
lbmol/h.
c. Estágio ótimo de alimentação: o nono de cima (após estágios retificadores).
d. BTU/h (condensador) e
BTU/h (reboiler).
b.
c. Estágio ótimo de alimentação: o nono de cima (após
d.