Uma mistura de benzeno e de um óleo de absorçāo não-volátil, contendo 3,8% ponderais de benzeno, é pré-aquecida sob vácuo, até
, e injetada no topo de uma coluna recheada onde a pressão é 120 mm Hg . Antes de entrar na coluna, o vapor da mistura é separado e condensado numa outra unidade, de modo que a coluna recebe somente o liquido. A massa molecular do bleo é 220 . O rejeito deve conter
ponderais de benzeno. A coluna é alimentada por vapor de água, a
, e usam-se 0,02 moles de vapor por mol de óleo, livre de benzeno. A coluna, mediante um calefator apropriado, é mantida a
. A queda de pressão na coluna é 60 mm Hg . Admitindo que a lei de Raoult seja válida e que o benzeno tenha uma pressão de vapor de 4.220 mm Hg a
, determinar:
(a) A composição da carga de óleo injetada na coluna.
(b) A percentagem de benzeno vaporizado no pré-aquecedor.
(c) A composição do produto de topo da torre.
(d) O número de unidades de transferência necessárias à operação.
(a) A composição da carga de óleo injetada na coluna.
(b) A percentagem de benzeno vaporizado no pré-aquecedor.
(c) A composição do produto de topo da torre.
(d) O número de unidades de transferência necessárias à operação.
Passo 1
Resumindo o problema: temos uma mistura de óleo (PM
) e benzeno, com
% em massa de benzeno, pré-aquecida a
F sob pressão de
mm Hg. Nesse pré-aquecedor vaporiza-se apenas benzeno (óleo não-volátil), separa-se o vapor e o condensado, de modo que a coluna recebe só o líquido. Na coluna, entra também vapor de água (“gás de arraste”) a
F, na razão de
mol de
O por mol de óleo, e a coluna é mantida a
F, sofrendo queda de
mm Hg do topo ao pé. O produto de fundo (óleo rejeito) deve ficar com
% em massa de benzeno. Admitimos a lei de Raoult e que a pressão de vapor do benzeno a
F seja
mm Hg. Pede-se:
(a) composição da carga injetada na coluna;
(b) percentagem de benzeno vaporizado no pré-aquecedor;
(c) composição do destilado (produto de topo);
(d) número de estágios teóricos (unidades de transferência) necessários.
(a) composição da carga injetada na coluna;
(b) percentagem de benzeno vaporizado no pré-aquecedor;
(c) composição do destilado (produto de topo);
(d) número de estágios teóricos (unidades de transferência) necessários.
Conteúdo aplicado: equilíbrio líquido-vapor com lei de Raoult, balanços de matéria e cálculo de estágios em coluna de arraste.
Passo 2
No pré-aquecedor, ao atingir o equilíbrio a
F e
mm Hg, só o benzeno vaporiza e chega ao equilíbrio líquido–vapor segundo Raoult:
Inicialmente, tomando
g da mistura:
A fração de benzeno vaporizado é
Passo 3
Logo, a carga líquida que entra na coluna tem composição molar
Em base de massa, o líquido de
g (~
g de óleo
g de benzeno) contém
Portanto, a carga injetada na coluna é
(
% molar) ou
% em massa de benzeno.
Passo 4
Fazendo o balanço na coluna, tomar base
mol de óleo na carga:
– no líquido de alimentação: ,
mol de benzeno.
– água de arraste: mol
O.
– fundo de coluna: massa de benzeno de % dá
em massa
fração molar
– no líquido de alimentação:
– água de arraste:
– fundo de coluna: massa de benzeno de
Logo
mol.
O destilado retira então
O destilado retira então
A fração molar de benzeno no destilado é
e em massa
Passo 5
Para o número de estágios teóricos na seção de arraste, usamos o modelo de etapas de equilíbrio e a relação
onde
mm Hg e
.
Calcula-se
Calcula-se
A solução analítica do balanço em
estágios dá
Resposta
(a)
(
% molar) ou
% em massa de benzeno.
(b) % do benzeno vaporiza no pré-aquecedor.
(c) No destilado (
% molar), ou
% em massa de benzeno.
(d) estágios teóricos.
(b)
(c) No destilado
(d)