Projete uma coluna de destilação fracionada contínua para separar
de uma mistura com
de benzeno e
de tolueno em um produto de topo contendo
em massa de benzeno e um produto de fundo contendo
em massa de tolueno. Use uma razão de refluxo de 3,5 mols para 1 mol do produto. O calor molar latente de benzeno e tolueno é de cerca de
. Encontre as quantidades do produto superior e inferior; considere também os seguintes casos para o projeto:
Alimentação líquida a
(Cliquid
" C ).
Alimentação líquida a
Passo 1
O enunciado pede o projeto de uma coluna de destilação fracionada contínua para separar uma alimentação de
kg/s contendo
em massa de benzeno e
de tolueno. O destilado (produto de topo) deve conter
de benzeno em massa e o fundo deve conter
de tolueno em massa. A razão de refluxo é
(mols de refluxo por mol de produto de topo). Para o caso de alimentação líquida a
, temos o calor específico líquido
kJ/kg·°C e o calor latente aproximado de ambos os componentes
kJ/kg. Vamos primeiro achar as vazões em massa de destilado (
) e fundo (
).
Passo 2
Aplicamos balanço de massa total
e balanço de benzeno
onde
,
(fração mássica de benzeno no topo) e
(fração mássica de benzeno no fundo, já que o fundo é
tolueno). Substituindo:
Resolvendo para
:
Passo 3
Para usar a razão de refluxo em base molar, convertemos as vazões mássicas em vazões molares. Peso molecular (PM) médio da alimentação:
Logo,
Para o destilado: massa
kg/s, composição
, obtemos
Verifica-se que
mol/s.
Passo 4
A razão de refluxo
(mols de refluxo por mol de destilado) dá a vazão de refluxo
:
Passo 5
Para o caso da alimentação líquida a
, calculamos o calor para aquecer a alimentação até o ponto de ebulição (
) e o calor de vaporização do destilado.
O aquecimento da alimentação:
O aquecimento da alimentação:
O calor de vaporização do destilado:
Resposta
Destilado:
kg/s
Fundo: kg/s
Refluxo (molar): mol/s
Aquecimento da alimentação: kW
Calor de vaporização do destilado: kW
Fundo:
Refluxo (molar):
Aquecimento da alimentação:
Calor de vaporização do destilado: