A carga de uma coluna de destilação que opera a pressão atmosférica é de 10 th de uma mistura líquida de benzeno ( 60 %, molar)-tolueno disponível a 35^circ C. Antes de ser introduzida na torre, a carga é preaquecida pelo produto de fundo. O destilado contém 98,2 % (molar) de benzeno e está saturado a 81^circ C. 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 50^circ C. 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
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 F = D + B e a do fundo de F times zF = D times zD + B times zB . 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:
10 times 0,60 = D times 0,982 + B times 0,032
E lembrando que .
Precisamos resolver esse sistema de duas equações com duas incógnitas e .

Passo 5

Vamos expressar B = 10 - D da primeira equação:
6 = 0,982D + 0,032(10 - D)
Substituímos na equação de componentes:
6 = 0,982D + 0,32 - 0,032D
Simplificando:
6 - 0,32 = (0,982 - 0,032)D
5,68 = 0,95D

Passo 6

Agora, isolamos D = 5,680,95 :
D approx 5,98 th
B = 10 - 5,98 = 4,02 th
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.

Exercícios relacionados