Deseja-se projetar uma torre recheada para destilar continuamente uma mistura equimolecular de benzeno e tolueno e ter um produto com 95% de pureza, em moles. A carga inicial e o refluxo estão nos respectivos pontos de ebulição e admite-se
constante e igual a 2,58 . Calcular, sendo
e
nas condições mencionadas, o seguinte:
(a) A importância relativa da resistência da fase líquida, expressa como fração percentual da resistếncia total no topo e na base da coluna, nas condiçóes de refluxo total.
(b) Repetir os cálculos da parte (a) em cada extremo das seções de retificação e de enriquecimento, quando a razão de refluxo for
maior que a razāo mínima de refluxo.
(c) Com a razão de refluxo da parte (b), determinar
.
(d) Com as condiçōes da parte (b), determinar a altura da torre.
(a) A importância relativa da resistência da fase líquida, expressa como fração percentual da resistếncia total no topo e na base da coluna, nas condiçóes de refluxo total.
(b) Repetir os cálculos da parte (a) em cada extremo das seções de retificação e de enriquecimento, quando a razão de refluxo for
(c) Com a razão de refluxo da parte (b), determinar
(d) Com as condiçōes da parte (b), determinar a altura da torre.
Passo 1
Resumindo: queremos projetar uma torre de prato embalado para separar uma mistura equimolecular (50 % benzeno) em contínuo, obtendo destilado com
e fundo com
. A volatilidade relativa é constante,
. Usaremos o método HTU–NTU, em que se definem os “heights of a transfer unit” para cada fase:
As quantidades a obter são:
(a) a fração percentual da resistência líquida no topo e base, sob refluxo total ( );
(b) mesma coisa em cada extremidade das seções de retificação e enriquecimento para ;
(c) o número de gas-NTU e liquid-NTU
para
de (b);
(d) altura total da torre.
(a) a fração percentual da resistência líquida no topo e base, sob refluxo total (
(b) mesma coisa em cada extremidade das seções de retificação e enriquecimento para
(c) o número de gas-NTU
(d) altura total da torre.
Passo 2
Definimos a resistência global por unidade de altura como a soma das resistências de cada fase referidas à fase gás:
onde
. A fração de resistência da fase líquida é então
e a fração da fase gás é
Passo 3
(a) Em refluxo total temos fluxos constantes em toda a coluna e
constante, logo
e
não mudam de topo a base. Basta calcular
Passo 4
(b) Primeiro determinamos
. Para secção de retificação,
Escolhendo
, temos para a seção de retificação
e para a seção de enriquecimento (feed saturado,
)
com
,
,
. Resolve-se e obtém-se
.
Como a razão líquido/vapor varia, em princípio e
variariam (pois
,
), mas aqui supomos que os valores dados (0,5 ft e 1,0 ft) são válidos para essas vazões. Logo as frações de resistência continuam
Como a razão líquido/vapor varia, em princípio
tanto na seção de retificação como na de enriquecimento.
Passo 5
(c) Para
determinamos o número de gas-NTU (
) integrando
ao longo das duas seções. \r
Fazendo a integração numérica (Simpson em 10 subintervalos) obtém-se
Fazendo a integração numérica (Simpson em 10 subintervalos) obtém-se
O número de liquid-NTU vem de
Passo 6
(d) A altura da torre é
Resposta
(a)
e
(topo e base).
(b) idem (83,8 % líquido, 16,2 % gás) em ambas as seções para .
(c) ,
.
(d)
(b) idem (83,8 % líquido, 16,2 % gás) em ambas as seções para
(c)
(d)