De que forma o superaquecimento influencia o percentual da zona colunar? Justifique sua resposta.
Passo 1
Beleza, o enunciado pergunta: “De que forma o superaquecimento influencia o percentual da zona colunar?” – ou seja, como o fato de a alimentação chegar super-aquecida (“vapor quente”) muda o tamanho relativo da zona de cima da coluna (a zona de retificação) versus a de baixo (a zona de estripa). Isso faz parte de Dinâmica de Colunas de Destilação e a ferramenta principal que a gente vai usar é o método de McCabe–Thiele, em particular o conceito da reta de alimentação (reta q) e como o parâmetro q varia conforme o grau de superaquecimento.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é a reta q: quando a alimentação entra na coluna, ela traz uma certa fração de líquido e de vapor. A reta q no diagrama y×x tem a equação
y \;=\;\frac{q}{\,q-1\,}\,x\;-\;\frac{x_F}{\,q-1\,}
onde
• q = fração de líquido que sai da alimentação (em termos de energia),
• x_F = fração molar da composição leve na alimentação.
Se a alimentação é saturada líquida, q=1 (reta vertical); se é saturada vapor, q=0 (reta horizontal); se é super-aquecida, na prática q<0 (pois você tem que remover calor antes de chegar ao ponto de bolha), então a reta q fica com declive positivo menor que 1.
• q = fração de líquido que sai da alimentação (em termos de energia),
• x_F = fração molar da composição leve na alimentação.
Se a alimentação é saturada líquida, q=1 (reta vertical); se é saturada vapor, q=0 (reta horizontal); se é super-aquecida, na prática q<0 (pois você tem que remover calor antes de chegar ao ponto de bolha), então a reta q fica com declive positivo menor que 1.
Passo 3
Explicando o que muda ao superaquecer:
- Quanto maior o superaquecimento, mais vapor “quente” você coloca na coluna.
- Isso joga o valor de q para abaixo de zero, e a reta de alimentação gira desde a horizontal (q=0) no sentido horário, ficando com inclinação positiva (0< declive <1).
- No método de McCabe–Thiele, cada interseção da reta q com a curva de equilíbrio fixa onde está o prato de alimentação. Se a reta q “empurra” esse ponto para mais à direita (isto é, para x e y maiores), a gente acaba precisando de mais degraus acima do ponto de alimentação.
Passo 4
Impacto no percentual da zona colunar (ou seja, quantos pratos ficam acima versus abaixo):
- Alimentação mais superaquecer ⇒ reta q mais inclinada para a direita ⇒ ponto de alimentação sobe no diagrama ⇒ a gente “anda” mais degraus (mais etapas teóricas) acima do ponto de alimentação para chegar à pureza de topo.
- Assim, a zona de retificação (parte de cima) aumenta em número de pratos, ou em percentual da coluna. Consequentemente a zona de estripa (parte de baixo) diminui.
Resposta
Quanto mais a alimentação estiver superaquecida, maior fica o percentual da zona de retificação (zona colunar de cima) e menor o da zona de estripa (de baixo), pois o q < 0 gira a reta de alimentação, desloca o ponto de alimentação para mais à direita no diagrama e exige mais estágios acima do ponto de entrada.