A carga de uma coluna de destilação que opera a pressão atmosférica é de 10 t/h de uma mistura líquida de benzeno ( 60 \%, molar)-tolueno disponível a 35^{\circ} \mathrm{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} \mathrm{C}. A razão de refluxo é 3: 1. O produto de fundo contém 3,2 \% (molar) de benzeno, sai da torre a 109^{\circ} \mathrm{C} e é enviado para armazenamento a 50^{\circ} \mathrm{C}, enquanto o refervedor usa vapor d1água disponível à pressão de 400 kPa . Calcule: a) vazão mássica dos produtos de topo e de fundo; b) carga térmica do condensador de topo; c) carga térmica do refervedor; d) carca térmica do preaquecedor; e) consumo (vazão mássica) de vapor d’água e de água de resfriamento. (Benzeno 78,11 \mathrm{~kg} / \mathrm{kmol}; Tolueno: 92,13 \mathrm{~kg} / \mathrm{kmol} ).
Temperatura ( { }^{\circ} \mathrm{C} )
Benzeno (kJ/kg)
Tolueno (kJ/kg)
Líquido
Vapor
Líquido
Vapor
35
- 229,7.
192,6
- 199,9
209,0
50
- 203,5
208,6
- 173,2
227,2
81 *
- 148,1
244,5
- 116,3
267,8
109*
- 92,3
277,7
- 58,7
307,5
*Nestas temperaturas, as entalpias foram obtidas por interpolacão.
Passo 1
O enunciado trata da separação de uma mistura benzenotolueno por destilação em coluna a 1 atm, com alimentação líquida a 35\circC (60 % molar de benzeno) de 10 t/h. O destilado é quase puro benzeno (98,2 % molar) saturado a 81\circC, com refluxo 3:1, e o fundo tem 3,2 % molar de benzeno, sai a 109\circC e é resfriado a 50\circC no preaquecedor da alimentação. O refervedor usa vapor de água a 400 kPa. Precisaremos:
Balanço global e de benzeno para achar as vazões molar e mássica de D e W;
Dados de entalpia (kJ/kg) das fases líquida e vapor a 35, 50, 81 e 109\circC (tabela dada) para cálculo das cargas térmicas;
Refluxo L/D=3 para determinar o vapor a ser condensado no topo V=L+D e o vapor de reboil do refervedor.
Passo 2
Balanço de matéria (base molar)
– Seja F a alimentação em kmol/h. A massa é 10000 kg/h e o PM médio da mistura é
Carga térmica do preaquecedor
– O preaquecedor intercambia o fundo (saindo da coluna a 109\circC, líquido) e a alimentação (35\circC), levando o fundo a 50\circC e a alimentação a 109\circC.
– Entalpia líquida a 109\circC e a 50\circC:
• Benzeno: \;h_l(109)=-92{,}3,\;h_l(50)=-203{,}5; kJ/kg ⇒ \Delta h_B=111{,}2 kJ/kg.
• Tolueno: \;h_l(109)=-58{,}7,\;h_l(50)=-173{,}2; kJ/kg ⇒ \Delta h_T=114{,}5 kJ/kg.
– Composição mássica do fundo:
a) \Dot m_D=5{,}599\;\mathrm{t/h},\quad \Dot m_W=4{,}396\;\mathrm{t/h}.
b) Carga do condensador Q_c\approx2440\;\mathrm{kW}.
c) Carga do refervedor Q_r\approx2278\;\mathrm{kW}.
d) Carga do preaquecedor Q_p\approx140\;\mathrm{kW}.
e) Vapor de água \approx3645\;\mathrm{kg/h}; água de resfriamento \approx2,22\times10^5\;\mathrm{kg/h}.