Uma coluna de fracionamento contínuo pode separar
de uma mistura que contém
em mol de
(mais volátil) e
em mol de
e um destilado contendo
em mol de
e um produto de base contendo
em mol de
. Uma razão de refluxo de
por mol de produto deve ser usada. Os calores latentes de vaporização do
e do
podem ser tomados como iguais a
. O condensador é total.
a) Determinar o número de estágios ideais, a posição do ponto de alimentação utilizando o método de McCabe-Thiele e o refluxo mínimo nos seguintes casos:
a alimentação é líquida a
(o calor especifico médio é
e o ponto de bolha é
).
a) Determinar o número de estágios ideais, a posição do ponto de alimentação utilizando o método de McCabe-Thiele e o refluxo mínimo nos seguintes casos:
a alimentação é líquida a
Passo 1
O problema é o projeto de uma coluna de destilação contínua que processa
kg/h de uma mistura que, em composição molar, tem 40 % de C
e 60 % de CC
, produzindo um destilado com 97 % de C
e um fundo com 2 % de C
(98 % de CC
). Dá-se razão de refluxo real
(mol de líquido de refluxo por mol de destilado) e pede-se:
• O coeficiente da linha de alimentação (feed) e sua equação;
• O refluxo mínimo ;
• O número de estágios teóricos ideais usando McCabe–Thiele;
• A posição do estágio de alimentação.
Para isso vamos precisar:
• O coeficiente
• O refluxo mínimo
• O número de estágios teóricos ideais
• A posição do estágio de alimentação.
Para isso vamos precisar:
- Calcular
levando em conta que o alimento é líquido a , abaixo do ponto de bolha . - Traçar a curva de equilíbrio
já fornecida no gráfico. - Traçar a linha de alimentação (q-line) e as linhas de operação (rectificadora e de base) para
e para . - Contar degraus entre
e para e assim achar e o estágio de alimentação.
Passo 2
Calcular o coeficiente
.
Para um alimento líquido sub-resfriado a , deve-se elevar sua temperatura até o ponto de bolha
antes de vaporizar. A fração de líquido que se vaporiza na entrada (q) é
Para um alimento líquido sub-resfriado a
Substituindo
,
e
:
A equação da q-line, na forma
com
, fica
logo
Passo 3
Determinar o refluxo mínimo
.
No diagrama de McCabe–Thiele, corresponde à inclinação da reta de operação rectificadora que é tangente à curva de equilíbrio entre
e o ponto de tangência. Graficamente encontra-se
No diagrama de McCabe–Thiele,
Isto significa que a reta com inclinação
“encosta” na curva de equilíbrio num único ponto (pinch).
Passo 4
Traçar as linhas de operação para o refluxo real
.
A inclinação da linha rectificadora é
A inclinação da linha rectificadora é
e passa por
.
A linha de base (stripping) liga o ponto em que a rectificadora cruza a q-line ao ponto .
A linha de base (stripping) liga o ponto em que a rectificadora cruza a q-line ao ponto
Passo 5
Contagem de estágios teóricos
.
No diagrama McCabe–Thiele marcamos, a partir de , degraus entre a linha rectificadora, a curva de equilíbrio e, após cruzar a q-line, entre a linha de base e o equilíbrio, até chegar em
. Fazendo isso graficamente obtém-se
No diagrama McCabe–Thiele marcamos, a partir de
Passo 6
Posição do estágio de alimentação.
Ao iniciar os “degraus” em contamos quantos passos ocorrem acima da q-line e quantos abaixo antes de se atingir
. Do traçado encontra-se que o estágio de alimentação cai entre o
e o
degrau contando de cima para baixo, ou seja, o alimento deve entrar no 5.º estágio a contar do topo (destilado).
Ao iniciar os “degraus” em
Resposta
Número de estágios teóricos ideais:
.
Posição da alimentação: 5.º estágio a contar do topo.
Refluxo mínimo: .
Posição da alimentação: 5.º estágio a contar do topo.
Refluxo mínimo: