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:
A alimentação é de dois terços do vapor.
A alimentação é de dois terços do vapor.
Passo 1
O enunciado trata do projeto de uma coluna de destilação contínua para separar uma alimentação de
,kg/s com
em massa de benzeno e
de tolueno, de forma a obter um destilado contendo
em massa de benzeno e um fundo contendo
em massa de tolueno. A razão de refluxo escolhida é de
mol de refluxo para cada mol de destilado. O calor latente dos componentes é
,kJ/kg. Vamos primeiro obter as vazões de produto de topo
e de fundo
e, em seguida, considerar o caso em que a alimentação é
vapor (isto define o parâmetro
para o traço da linha de alimentação).
Passo 2
Aplicamos balanço de massa total e balanço de benzeno na coluna. Seja
e
. O balanço de benzeno dá
Simplificando,
Logo,
Passo 3
Para usar a razão de refluxo em base molar, convertemos
para mol/s. A destilação produz
Com massas molares
,g/mol e
,g/mol, obtemos
de onde
Passo 4
A razão de refluxo
é
Passo 5
Quando a alimentação é
vapor, o parâmetro de qualidade
vale
e a inclinação da reta de alimentação (linha-
) em diagrama de McCabe–Thiele é
Resposta
D
kg/s (destilado com 97 % benzeno)
B kg/s (fundo com 98 % tolueno)
mol/s,
mol/s,
(alimentação 2/3 vapor, reta–
com inclinação
).
B