Uma mistura líquida, com
de
-hexano,
de
-heptano e
de n-octano, é injetada no estágio apropriado de uma coluna de destilação equivalente a 25 estágios. O produto de cauda deve conter
do n-octano da carga, numa concentração de
. A pressão total é de 150 psia (10,2 atm).
(a) Qual a razão de refluxo necessária?
(b) Qual a razão de refluxo necessária para uma recuperação de
do n-octano numa concentração de
?
(c) Plotar a temperatura e a composição em função do número de estágios, com a razão de refluxo da parte (a).
(a) Qual a razão de refluxo necessária?
(b) Qual a razão de refluxo necessária para uma recuperação de
(c) Plotar a temperatura e a composição em função do número de estágios, com a razão de refluxo da parte (a).
Passo 1
O enunciado descreve uma coluna de destilação com
estágios totais, operando a
psia, para retirar n-octano (componente mais pesado) como corrente de fundo (“produto de cauda”) em concentração de
% (molar) e contendo
% do n-octano alimentado. A carga tem composição molar
Queremos (a) a razão de refluxo
necessária para essa recuperação de
% em
; (b) a razão de refluxo para recuperação de
% em
; (c) o perfil de temperatura e composição estágio a estágio usando o
de (a).
Para resolver usamos o método “atalho” de Fenske–Underwood–Gilliland, supondo volatilidades constantes relativas ao n-octano:
Para resolver usamos o método “atalho” de Fenske–Underwood–Gilliland, supondo volatilidades constantes relativas ao n-octano:
Passo 2
Material balance global e de chave pesada (n-octano):
– Feed mol (normalizamos).
– Queremos % de recuperação:
– Feed
– Queremos
– Destilado
.
– Fração molar de C no destilado:
– Fração molar de C
Passo 3
Cálculo do número mínimo de estágios
por Fenske para as duas “franjas” (hexano vs octano), desprezando heptano como não-chave:
Passo 4
Cálculo de
pela equação de Underwood (feed líquido saturado,
).
Underwood:
Underwood:
e
Passo 5
Com
,
e
, usamos a correlação de Gilliland para obter a razão de refluxo real
.
Defina
Defina
Da correlação empírica
Passo 6
Para
% de recuperação, refazemos o balanço de C
:
Recalcula-se
e
muito próximos de antes (ficam ligeiramente maiores), e pela correlação de Gilliland obtém-se
Passo 7
Para o perfil de temperatura e composição estágio a estágio (MESH), monta-se um programa ou planilha usando balanceamento de massa em cada estágio e equações de equilíbrio líquido-vapor (Lei de Raoult com
constantes e
psia). Usando
obtém-se, por exemplo, a composição de n-octano
e
em cada estágio
. Um resultado típico é:
Estágio
:\quad
\quad\quad
(
)
Esses pontos podem ser unidos para gerar os dois gráficos pedidos.
Resposta
(a)
(b)
(c) Conforme tabela acima, plotar e
versus
.
(b)
(c) Conforme tabela acima, plotar