Uma mistura de
(mol) de isobutano em n-pentano em uma condição que
(mol) da mistura é vapor e deve ser retificada em um destilado contendo 2 % (mol) de n-pentano. A pressão do sistema será de 308 kPa ( 3,04 at absoluta). O refluxo é de líquido saturado. Utilizando os dados abaixo, construa um diagrama entalpia-concentração baseado nos dados de entalpia do líquido a 68 F e determine o número mínimo de pratos requeridos para fazes esta separação. Ademais, calcule a quantidade de calor retirada no condensador.
(3,04 atm abs)
T,
100
0,36
1,7
140
0,70
2,6
160
0,90
3,1
150
0,80
2,9
120
0,50
2,1
80
0,25
1,3
70
0,10
1,1
Temperatura de ebulição a 308 kPa (
abs): isobutano
, n-pentano
73,9 C ( 165 F).
Calor de mistura = desprezível.
Capacidade calorífica do isobutano líquido
Capacidade calorífica do n-pentano líquido
Calor latente de vaporização no ponto de ebulição ( 308 kPa ): isobutano =
; n-pentano
.
Capacidade calorífica média do vapor do isobutano a
(
).
Capacidade calorífica média do vapor do n-pentano a
(
).
|
|
||
| T,
|
|
|
| 100 | 0,36 | 1,7 |
| 140 | 0,70 | 2,6 |
| 160 | 0,90 | 3,1 |
| 150 | 0,80 | 2,9 |
| 120 | 0,50 | 2,1 |
| 80 | 0,25 | 1,3 |
| 70 | 0,10 | 1,1 |
Calor de mistura = desprezível.
Capacidade calorífica do isobutano líquido
Capacidade calorífica do n-pentano líquido
Calor latente de vaporização no ponto de ebulição ( 308 kPa ): isobutano =
Capacidade calorífica média do vapor do isobutano a
Capacidade calorífica média do vapor do n-pentano a
Passo 1
Resumindo o enunciado: temos um alimento (feed) de composição molar
(isobutano) e
(n-pentano), fração de vapor
, pressão do sistema
. Queremos um destilado com
mol de n-pentano (
) e refluxo de líquido saturado.
O objetivo é:
O objetivo é:
- construir o diagrama entalpia versus concentração (H–x) usando entalpias de líquido a
como referência; - determinar o número mínimo de pratos pela equação de Fenske;
- calcular o calor retirado no condensador.
Passo 2
Para traçar o diagrama H–x precisamos das entalpias molares relativas do líquido e do vapor, tomando referência zero para o líquido puro à temperatura de ebulição mais baixa (isobutano a
).
2.1 Entalpia do líquido a composição e temperatura
:
2.1 Entalpia do líquido a composição
com
e
,
em
.
2.2 Entalpia do vapor na composição e temperatura de ebulição (déw point)
:
2.2 Entalpia do vapor na composição
onde
,
e
,
.
Com isso traçamos no mesmo gráfico a curva H– do líquido saturado e a curva H–
do vapor saturado.
Com isso traçamos no mesmo gráfico a curva H–
Passo 3
Para o número mínimo de pratos usa-se a equação de Fenske em regime de refluxo infinito:
onde
é a volatilidade relativa média
(usada em temperatura média de operação) e
é a fração molar de isobutano no produto de fundo.
Passo 4
Para calcular tanto
quanto a carga térmica do condensador (que é basicamente
por mol de destilado
), é imprescindível conhecer a composição do fundo
(ou seja, quanto de isobutano se admite no produto de fundo) e a vazão de destilado
(ou relação
).
Passo 5
O enunciado não fornece nem a especificação da composição do produto de fundo
, nem a vazão de destilado
(ou razão
).
Sem esses dados não é possível:
Sem esses dados não é possível:
- aplicar a equação de Fenske para obter
; - calcular a vazão de destilado
nem o calor no condensador.
Resposta
Não há dados suficientes para determinar o número mínimo de pratos nem o calor retirado no condensador, pois faltam a composição do produto de fundo e a relação de destilado.