Concurso Petrobras Distribuidora, Profissional Junior (questão 32 de 2012). Numa coluna de destilação para separação de benzeno e tolueno, a alimentação é feita em temperatura no ponto de bolha da mistura do prato de alimentação. Nessa coluna de destilação, a corrente de alimentação que entra no prato:
a) vai, em sua totalidade, compor a corrente de líquido descendente do prato, sendo que o equilíbrio líquido-vapor fica inalterado.
b) vai, em sua totalidade, compor a corrente de líquido ascendente do prato, sendo que o equilíbrio líquido-vapor fica inalterado.
c) vai dividir-se em líquido e vapor, sendo que o equilíbrio líquido-vapor fica alterado pela adição de massas nas correntes de líquido e vapor na coluna.
d) condensa parte do vapor da corrente ascendente do prato, logo ocorre um deslocamento do equilíbrio líquido-vapor para formação de líquido.
e) vaporiza parte do líquido da corrente descendente do prato, logo ocorre um deslocamento do equilíbrio líquidovapor para formação de vapor.
a) vai, em sua totalidade, compor a corrente de líquido descendente do prato, sendo que o equilíbrio líquido-vapor fica inalterado.
b) vai, em sua totalidade, compor a corrente de líquido ascendente do prato, sendo que o equilíbrio líquido-vapor fica inalterado.
c) vai dividir-se em líquido e vapor, sendo que o equilíbrio líquido-vapor fica alterado pela adição de massas nas correntes de líquido e vapor na coluna.
d) condensa parte do vapor da corrente ascendente do prato, logo ocorre um deslocamento do equilíbrio líquido-vapor para formação de líquido.
e) vaporiza parte do líquido da corrente descendente do prato, logo ocorre um deslocamento do equilíbrio líquidovapor para formação de vapor.
Passo 1
O enunciado dá uma coluna de destilação separando benzeno e tolueno. A alimentação entra no prato de alimentação à temperatura do ponto de bolha da mistura naquele prato. A pergunta é: o que acontece com a corrente de alimentação ao entrar no prato — ela se junta totalmente ao líquido descendente, ao líquido ascendente, divide‑se em líquido e vapor, ou provoca condensação/vaporização? Informações relevantes extraídas do enunciado:
= vazão da alimentação; a alimentação está no ponto de bolha da mistura para a pressão/temperatura do prato (isto é, é um líquido saturado, na condição de começar a ferver).
Passo 2
Entendendo o que significa “ponto de bolha” e “líquido saturado” — explicação didática:
- O ponto de bolha de uma mistura, à dada pressão, é a temperatura em que começa a aparecer vapor ao aquecer o líquido. Ou seja, ao atingirmos o ponto de bolha temos um líquido que está em equilíbrio com uma fração de vapor infinitesimal.
- “Líquido saturado” aqui significa que a alimentação está na condição de líquido na temperatura do prato; ela não está subresfriada nem superaquecida como vapor. Em termos práticos no equilíbrio líquido‑vapor do prato, a alimentação não traz um vapor significativo que precise ser formado por “flash” ao entrar — ela já está essencialmente na fase líquida.
Passo 3
Definindo frações de fase de forma clara (para evitar confusão de convenções):
- Seja
a vazão mássica da alimentação. Definimos a fração líquida da alimentação como e a fração vaporal como . Temos
- Como a alimentação está no ponto de bolha (sendo líquido saturado), praticamente toda a massa está na fase líquida, isto é
Isso significa que nenhum vapor significativo da alimentação entra no prato.
Passo 4
Balanço de massa no prato (forma simples e útil para prova) — explicação prática:
- Considere as correntes que chegam ao prato: vapor ascendendo
, líquido descendente vindo de cima , e a alimentação que chega ao prato. As correntes que saem do prato são (vapor que sobe) e (líquido que desce). - Se a alimentação tem fração líquida
e fração vapor , então, por conservação de massa, a adição da alimentação altera as correntes assim (somente a parte adicionada de cada fase):
- Agora substituímos
e (situação de ponto de bolha):
Ou seja: toda a alimentação entra na corrente líquida descendente do prato e a vazão de vapor ascendente não é alterada pela própria adição da alimentação.
Passo 5
Por que o equilíbrio líquido‑vapor do prato fica inalterado (explicação física e didática):
- O equilíbrio em um prato depende principalmente da temperatura e composição das fases que estão trocando massa e do balanço energético local. Como a alimentação está na temperatura do ponto de bolha do prato e é um líquido saturado, ela já está em equilíbrio com o vapor daquele prato; portanto, ao entrar, não exige nem liberação de calor para condensar nem absorção de calor para vaporizar. Não há, portanto, um deslocamento do equilíbrio líquido‑vapor causado somente pela adição dessa alimentação.
- Para contraste e fixar a ideia: se a alimentação fosse subresfriada (mais fria que o ponto de bolha), ela tenderia a condensar parte do vapor ascendente (situação parecida com a alternativa d). Se fosse vapor superaquecido (na condição de ponto de orvalho / vapor), tenderia a vaporizar líquido (situação parecida com a alternativa e). Se fosse uma mistura bifásica, dividiria‑se (alternativa c). Nenhuma dessas situações ocorre aqui porque estamos no ponto de bolha (líquido saturado).
Passo 6
Resumo prático para a prova (memorizável):
- Alimentação no ponto de bolha = entra como líquido saturado → junta‑se totalmente ao líquido do prato; não altera a vazão de vapor do prato nem desloca o equilíbrio local. Portanto, o efeito prático é que a alimentação compõe inteiramente a corrente líquida descendente do prato, com o equilíbrio líquido‑vapor do prato permanecendo inalterado.
Resposta
a)