A carga de uma coluna de destilação que opera a pressão atmosférica é de 10 th de uma mistura líquida de benzeno (
, molar)-tolueno disponível a
. Antes de ser introduzida na torre, a carga é preaquecida pelo produto de fundo. O destilado contém
(molar) de benzeno e está saturado a
. A razão de refluxo é 3:1. O produto de fundo contém 3,2% (molar) de benzeno, sai da torre a 109 e é enviado para armazenamento a
. Calcule: a) vazão mássica dos produtos de topo e de fundo; b) carga térmica do condensador de topo; c) carga térmica do refervedor; d) carga térmica do preaquecedor; e) consumo (vazão mássica) de vapor d
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem uma coluna de destilação operando na pressão atmosférica com uma carga de 10 toneladas-hora (th) de uma mistura líquida de benzeno e tolueno. A mistura tem 60% molar de benzeno e está a 35°C. Antes de ir para a torre, essa carga é preaquecida pelo produto de fundo. O destilado tem 98,2% de benzeno e está saturado a 81°C. A razão de refluxo é 3:1. O produto de fundo tem 3,2% de benzeno, sai da torre a 109°C e vai para armazenamento a 50°C. Precisamos calcular:
a) Vazão mássica dos produtos de topo e de fundo
b) Carga térmica do condensador de topo
c) Carga térmica do refervedor
d) Carga térmica do preaquecedor
e) Consumo de vapor
b) Carga térmica do condensador de topo
c) Carga térmica do refervedor
d) Carga térmica do preaquecedor
e) Consumo de vapor
Vamos precisar usar princípios de balanço de massa e energia, além de entender o conceito de refluxo em destilação.
Passo 2
Primeiro, vamos focar na parte a): calcular as vazões mássicas dos produtos de topo (destilado) e de fundo. Para isso, vamos aplicar o balanço de massa na coluna. Sabemos a composição da carga, do destilado e do fundo, então podemos usar essas informações para encontrar as vazões.
Passo 3
Vamos chamar a vazão do destilado de
e a do fundo de
. Sabemos que a carga total é
th. O balanço de massa total nos diz que:
Além disso, fazemos o balanço de componentes, considerando o benzeno:
Onde:
-
(60% benzeno na carga) -
(98,2% benzeno no destilado) -
(3,2% benzeno no fundo)
Passo 4
Substituindo os valores na equação de componentes:
E lembrando que
.
Precisamos resolver esse sistema de duas equações com duas incógnitas
e
.
Passo 5
Vamos expressar
da primeira equação:
Substituímos na equação de componentes:
Simplificando:
Passo 6
Agora, isolamos
:
Então, a vazão do destilado
é aproximadamente 5,98 th. Agora, calculamos
:
Resposta
a) A vazão mássica dos produtos é aproximadamente 5,98 th de destilado e 4,02 th de produto de fundo.