Componente Chave Leve e Pesada

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Teoria

Importância desse tópico

Até agora tudo que vimos para destilação considerava apenas dois compostos. Só que na prática, na vida real, raramente as destilação vão ser apenas com dois compostos. Então, agora vamos começar a estudar a Destilação Multicomposto.

Nosso objetivo final é aprender a dimensionar esse tipo de coluna. No entanto, antes disso, precisaremos dedicar esse tópico a algumas definições e teoria introdutória para que a gente consiga entender direitinho o que tá rolando... beleza?

Destilação Multicomposto

O método que veremos para o dimensionamento da coluna será um método aproximado, utilizado para projeto preliminar. Esse projeto é feito para identificar condições ótimas 😊

O método completo está resumido na imagem a seguir e nós vamos detalhar cada uma dessas etapas, ok?

Nesse tópico, vamos abordar especialmente os dois primeiros :

Bora lá entender isso aí!

Especificação dos componentes Chave Leve e Chave Pesada

Componente chave leve é o nome do componente que daremos que é o mais pesado entre os leves que sai em quantidades mensuráveis no produto de topo. Já componente chave pesada é o componente que será o mais leve entre os pesados que sai em quantidades mensuráveis no produto de fundo.

Se essa definição de deixou confuso, calmaaa que preparamos um exemplo beem maneiro para simplificar, ok?

Vamos considerar que a carga de uma coluna de destilação contenha todos os componentes abaixo na seguinte vazão e a vazão com que eles saem no produto de fundo e produto de topo também está indicada nessa tabela.

Repara que para montar essa tabela, os componentes precisam sempre estar ordenados em ordem DECRESCENTE de volatilidade, ok? Então se algum dia você precisar montar a tabela, coloca todos eles em ordem. E se for um exemplo tipo esse de alcanos, quanto mais carbonos, menos volátil, beleza?

Para identificarmos os componentes chave leve e chave pesada precisamos perceber que até um certo componente, a maioridade da vazão vai para o fundo da coluna ( B ) e eles estão representados em verde na nossa tabela. E, a partir desse componente, a maioridade da vazão vai para o topo da coluna ( D ), representados em azul.

Logo, entre i   C 4 e n   C 4 é onde ocorrerá o corte no nosso exemplo, havendo a mudança se a maior parte está indo para o topo ou para o fundo. Repara que os mais leves são os que vão para o topo da coluna ( D ) e os mais pesados para o fundo ( B ) .

Então i   C 4 é o componente mais pesado que vai para o topo, então é o nosso Componente Chave Leve ou Light Key (LK). Já o n   C 4 é o Chave Pesada, por ser o componente mais leve entre os pesados do produto de fundo, também conhecido como Heavy Key (HK).

Chave Leve e Chave Pesada não adjacentes

Nem sempre os componentes chave leve e chave pesada vão estar um abaixo/acima do outro. Algumas vezes, encontraremos compostos entre eles que sairão em uma composição pequenininha. Bora ver um exemplo?

Imagina que a nossa coluna de destilação é alimentada com a seguinte carga, mas agora a separação dos compostos é dada dessa forma:

Nesse caso, mesmo sem conhecermos a concentração do que está saindo no topo e no fundo do i   C 5 e no n   C 5 , nós sabemos que o i   C 5 que sai no topo não será maior que o n   C 4 que sai no topo e que o n   C 5 saindo no fundo não será superior ao n   C 6 do fundo. Logo, n   C 4 será o Chave leve (LK) e n   C 6 será o chave pesada (HK).

A composição entre os componentes chave e leve pesada precisa ser estimada ( palavra sofisticada para chutada nesse caso). As condições para o chute são as seguintes:

- Vazão de B e Vazão de D devem somadas ser igual a Vazão de F .

- Os que estão para cima precisam ter maior proporção em D do que os que estão para baixo ( que devem ter maior proporção em B ).

Então, por exemplo, olha os valores que escolhemos em vermelho na tabela:

Essas concentrações não vão representar a realidade, mas serão uma super estimativa para seguirmos para os próximas passos, beleza?

Componentes não Chave

Nós vimos que por destilação teremos apenas um componente chave leve e um componente chave pesada. Todos os demais componentes são os componentes não chave 😊. Essa foi tranquila, né?

Especificação dos componentes Chave Leve e Chave Pesada

Chave Leve e Chave Pesada não adjacentes

Componentes não Chave

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Desenvolva um fluxograma definindo cada etapa do método de resolução para destilação multicomposta.

Passo 1

O método que vamos descrever aqui é um método aproximado, utilizado para projeto preliminar. Esse projeto é feito para identificar condições ótimas, beleza?

Passo 2

Fazendo o fluxograma temos,

Resposta

Exercício Resolvido #2

Defina o conceito de chave leve e chave pesada.

Passo 1

Bom vamos lá! Chave Leve ou Light Key (LK) é o componente mais pesado entre os leves que saem em quantidades mensuráveis no produto de topo.

Passo 2

E a chave pesada? Chave Pesada ou Heavy Key (HK) é o componente mais leve entre os pesados do produto de fundo. 😉

Resposta

Chave Leve ou Light Key (LK) é o componente mais pesado entre os leves que saem em quantidades mensuráveis no produto de topo. Chave Pesada ou Heavy Key (HK) é o componente mais leve entre os pesados do produto de fundo.

Exercício Resolvido #3

Identifique na coluna abaixo quem é o componente chave leve e quem é o componente chave pesada.

Passo 1

Antes de tudo precisamos identificar a diferença de volatilidade dos componentes, beleza? Olhando essa coluna observamos que a ordem crescente que volatilidade dos componentes A, B, C e D é:

A > B > C > D

Isso porque o A é o que está mais presente no topo, o C é o que está mais presente no fundo e o B está entre os dois.

Passo 2

Para identificar agora quem é chave leve (LK) ou chave pesada (HK) é indicado que façamos uma tabela com a ordem decrescente de volatilidade.

Passo 3

Marcando agora os componentes que nos interessam, temos:

Logo, vemos que B é o componente mais pesado que vai para o topo, então é o nosso Componente Chave Leve (LK). Já o C é o Chave Pesada, por ser o componente mais leve entre os pesados do produto de fundo, também conhecido como Heavy Key (HK).

Resposta

L K → B

H K → C

Exercício Resolvido #4

O que se pode dizer sobre os componentes Chave Leve e Chave Pesada não adjacentes e quais são as condições para realizar as estimativas necessárias?

Passo 1

Temos que nem sempre os componentes chave leve e chave pesada vão estar um abaixo/acima do outro. Algumas vezes, encontraremos compostos entre eles que sairão em uma composição pequenininha.

Passo 2

Nessa situação a composição entre os componentes chave leve e pesada precisa ser estimada e as condições para esse “chute” são as seguintes:

- Vazão de B e Vazão de D devem somadas ser igual a Vazão de F .

F = B + D

- Os que estão para cima precisam ter maior proporção em D do que os que estão para baixo ( que devem ter maior proporção em B ).

Resposta

São quando encontraremos compostos entre o LK e HK que sairão em uma composição pequena e precisarão ser estimados por serem desconhecidos.

As condições dessa estimativa são: F = B + D e os que estão para cima precisam ter maior proporção em D do que os que estão para baixo.

Exercício Resolvido #5

Identifique os componentes não chave da coluna abaixo.

Passo 1

Antes de identificar os componentes não chave é interessante identificar quais são os componentes chave leve (LK) e chave pesada (HK). Para isso temos a seguinte tabela com a ordem crescente de volatilidade:

Logo, vemos que B é o Componente Chave Leve (LK) e o C é o Chave Pesada (HK).

Passo 2

Então, os componentes “não chave” são todos os outros que não são LK e HK. Ou seja, os componentes não chave são A e D.

Resposta

A e D.

Exercício Resolvido #6

Marque a alternativa correta considerando V como verdadeiro e F como falso:

( ) O termo chave leve (LK) define o componente menos volátil dentre os componentes pesados, enquanto o termo chave pesada (HK) define o mais pesado dos componentes voláteis.

( ) Uma das condições para estimar um valor de chaves não adjacentes é que a vazão de B menos a vazão de D devem ser igual a vazão de F .

( ) O termo “não chave” é usado para indicar todos os outros componentes que não são LK ou HK na coluna de destilação.

  1. V-F-V
  2. V-V-V
  3. F-F-V
  4. F-V-V

Passo 1

Faaaala aíi! Como essa é uma questão de verdadeiro ou falso nós vamos analisar uma por uma e o que pode estar errado, se estiver, beleza? Então vamos lá!

Passo 2

Vamos começar olhando para a primeira afirmação onde ele nos diz que:

( ) O termo chave leve (LK) define o componente menos volátil dentre os componentes pesados, enquanto o termo chave pesada (HK) define o mais pesado dos componentes voláteis.

Mas na verdade o LK é o componente mais pesado dentre os voláteis que desejamos separar e o HK é o mais leve entre os mais pesados que vamos separar. Ou seja, essa alternativa é FALSA, pois está com as informações trocadas.

Passo 3

A segunda afirmação nos diz que:

( ) Uma das condições para estimar um valor de chaves não adjacentes é que a vazão de B menos a vazão de D devem ser igual a vazão de F .

Ou seja, o que ele está nos dizendo (escrevendo em forma de equação) é que:

B - D = F

Mas na verdade é a soma de B e D que gera F e não a subtração e o correto seria,

B + D = F

Logo, a alternativa também é FALSA.

Passo 4

A terceira e última afirmação nos diz que,

( ) O termo “não chave” é usado para indicar todos os outros componentes que não são LK ou HK na coluna de destilação.

E essa afirmação é VERDADEIRA.

Logo, a opção correta é letra c.

Resposta

  1. F-F-V

Exercício Resolvido #7

Considere que temos um objetivo de produzir um destilado rico no componente B e um resíduo rico no componente C. Qual deverá ser a escolha mais adequada para o componente chave leve e chave pesada da coluna abaixo?

Passo 1

Faala aí! Aqui nós temos uma coluna com os componentes A,B,C,D e E. Precisamos saber quais desses componentes vão ser o nosso componente chave leve e chave pesada, para que consigamos um destilado rico na espécie B e um resíduo rico na espécie C.

Passo 2

Os componentes mais voláteis ficam no destilado, ou seja, no topo da coluna e os menos voláteis ficam no resíduo, ou seja, no fundo da coluna. Porém, os componentes LK e HK devem estar presentes tanto na coluna de topo como na de fundo.

Logo, para que tenhamos um destilado rico no componente B essa espécie será considerada a chave leve. Já para ter um resíduo rico no componente C, esta espécie devera ser a chave pesada.

Resposta

Chave leve → B

Chave pesada → C

Exercício Resolvido #8

Cite três constatações que podemos tirar em relação a teoria de “Componente Chave Leve e Chave Pesada”.

Passo 1

Antes de começar você precisa saber que essa questão não tem bem uma resposta certa. Você pode escolher três constatações diferentes da minha e ainda estar certa, beleza?

Mas deixa eu te mostrar aqui quais que eu pensei...

Passo 2

Primeira constatação:

O componente chave leve (LK) e chave pesada (HK) devem, necessariamente, estar presentes nas correntes de topo (destilado) e de fundo (resíduo) da coluna.

Lembrando que a coluna vai ter mais ou menos essa cara:

Passo 3

Segunda constatação:

As espécies chave leve e chave pesada devem apresentar volatilidade tais que nenhuma outra espécie possua volatilidade intermediária, ou seja, volatilidade entre as duas.

Então por exemplo, digamos que temos as volatilidades com a seguinte ordem:

K A > K B > K C > K D

Aqui eu posso ter o componente B como espécie leve e o C como espécie pesada. Mas não poderia ter o A como leve e o C ou D como pesada, pois teriam outras volatilidades no meio, sacou?

Passo 4

Terceira (e última constatação):

Espécies mais leves que o componente chave leve estarão presentes apenas no destilado e as espécies mais pesadas que o chave pesada estarão presentes apenas no resíduo.

Pois novamente, não podemos ter nada no meio das espécies foco, então tudo que é mais leve/ volátil sobe e o mais pesado/menos volátil desce.

Fim!! \o/

Resposta

  1. O componente chave leve (LK) e chave pesada (HK) devem, necessariamente, estar presentes nas correntes de topo (destilado) e de fundo (resíduo) da coluna.
  2. As espécies chave leve e chave pesada devem apresentar volatilidade tais que nenhuma outra espécie possua volatilidade intermediária, ou seja, volatilidade entre as duas.
  3. Espécies mais leves que o componente chave leve estarão presentes apenas no destilado e as espécies mais pesadas que o chave pesada estarão presentes apenas no resíduo.