Balanço de massa em uma coluna de destilação
Uma mistura contendo
de benzeno e
de tolueno, em massa, alimenta uma coluna de destilação. Uma corrente de produto, que deixa o topo da coluna, contém
molar de benzeno e uma corrente de produto de fundo contém
do benzeno fornecido à coluna (ou seja,
do benzeno alimentado sai pelo topo). A vazão volumétrica de alimentação é
e a densidade relativa da mistura de alimentação é 0,872 . Determine:
a) a vazão mássica da corrente de topo;
b) a vazão mássica da corrente de fundo;
c) A composição da corrente de fundo.
Dados:
Massa molar do benzeno
Massa molar do tolueno
Uma mistura contendo
a) a vazão mássica da corrente de topo;
b) a vazão mássica da corrente de fundo;
c) A composição da corrente de fundo.
Massa molar do benzeno
Massa molar do tolueno
Passo 1
O enunciado descreve uma coluna de destilação em que a alimentação contém 45 % de benzeno e 55 % de tolueno em massa, com vazão volumétrica de 2000 L/h e densidade relativa 0,872. Sai pelo topo um produto com 95 % molar de benzeno e pelo fundo fica 8 % do benzeno alimentado (isto é, 92 % do benzeno vai para o topo). Precisamos usar balanço de massa total e de componente e converter fração molar em fração mássica para determinar:
a) vazão mássica do topo;
b) vazão mássica do fundo;
c) composição (molar) do fundo.
a) vazão mássica do topo;
b) vazão mássica do fundo;
c) composição (molar) do fundo.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a vazão mássica de alimentação. Como 2000 L/h
/h e a densidade da mistura é
temos
Dessa massa, o benzeno é
e o tolueno é
Passo 3
Pelo enunciado, 92 % do benzeno alimentado sai no topo e 8 % fica no fundo. Assim
Passo 4
No topo a fração molar de benzeno é
. Para converter em fração mássica, considere 1 kmol de produto:
- benzeno:
kg, - tolueno:
kg, - massa total
kg.
Logo a fração mássica de benzeno no topo é
Passo 5
Pelo balanço de massa de benzeno no topo vale
Passo 6
Usando balanço de massa total, a vazão do fundo é
Passo 7
Para a composição molar do fundo, primeiro calculamos os mols:
O total é 10,724 kmol/h, então
Resposta
a)
b)
c) Composição molar do fundo: ,
b)
c) Composição molar do fundo: