Aula 09 - Destilação McCabe (Parte 3)

Aula 13: McCabe-Theile 1

McCabe-Thiele Parte Dois

Hoje nós discutiremos: 1) Construção gráfica de McCabe-Thiele2) Refluxo sub-resfriado 3) Múltiplas alimentações4) Retiradas laterais de produtos 5) Vapor direto 6) Destilação Não ideal: Eficiência de Murphree


Construção de retas para o Método McCabe-Thiele

curva de equilíbrio

45° line

x=zFxB

y

yB

yN

Seção de Stripping: Reta de OperaçãoInclinação =L/V=(VB+1) /VB

xD

Seção de Retificação: Reta de OperaçãoInclinação=L/V=R/(R+1)<1

q-reta

y LVx

DVxD

y LVx

BVxB

y q

q 1

x zF

q 1

q=1 q>1

0<q<1

q<0

q=0

x=zF

x=y

V*

V

L+VL L*

q L LF

Condensador total

Alimentação

Overhead vapor

BoilupN

21

Destilação

f

Tambor de refluxo

estágios da seção de retificação

estágios da seção de stripping

Estágio de alimentação

Fundos

Refervedor Parcial

Refluxo Destilado

y R

R1x

1R 1

xD


Método de McCabe-Thiele: Refluxo Subresfriado

Condensador total

Alimentação

Overhead vapor

Boilup

Coluna de Destilação(refluxo sub-resfriado)

Tambor de refluxo

Fundos

Refervedor parcial

Refluxo Destilado

Se o refluxo líquido estiver mais frio que a temperatura de ponto de bolha, então condensará um pouco de vapor no estágio de topo. Isto muda a relação de refluxo interno.


Método de McCabe-Thiele: Refluxo Subresfriado

Condensador total

Alimentação

Overhead vapor

Boilup

Tambor de refluxo

Fundos

Refervedor parcial

Refluxo Destilado

A quantidade de refluxo extra que é produzido depende da capacidade calorífica do líquido, e o calor de vaporização do vapor.

R' H vap RCPLTsub

A quantidade total de refluxo, chamada de refluxo interno, é a soma da razão de refluxo e o vapor condensada pelo refluxo subresfriado:

Rint R R'

Rint R(1CP

LTsubH vap )

T

0 XB 1

V

L

XD(L)X1(V)

Linha de Ponto de Bolha

H

TTm Tb

P1

P2

Pcr

VL

HV

dH CPdT V 1 T dP


Método de McCabe-Thiele : Condensador Parcial

Condensador parcial

Alimentação

Overhead vapor

Boilup

Coluna de Destilação(Condensador parcial)

Fundos

Refervedor parcial

Refluxo

Destilado vapor

Se o líquido de refluxo é obtido de um condensador parcial, então o refluxo é produzido é o líquido em equilíbrio com o destilado vapor no condensador.


Método de McCabe-Thiele : Condensador Parcial

Condensador parcial

Alimentação

Overhead vapor

Boilup

Fundos

Refervedor parcial

Refluxo

Destilado Vapor

Curva de equilíbrio

45° line

x=zFxB

yB

yN q-line

y q

q 1

x

zFq 1

yD

Através da composição de vapor destilado determina-se então o yD e os estágios estão passando fora da interseção de yD com a curva de equilíbrio.


Método de McCabe-Thiele : Múltiplas Alimentações

Condensador total

Alimentação 1

Overhead vapor

Boilup

Coluna de destilação(Múltiplas alimentações)

Tambor de refluxo

Fundos

Refervedor parcial

Refluxo Destilado

Alimentação 2

O método de McCabe-Thiele para cascatas pode ser aplicado a sistemas com mais de duas seções. Aqui, nós mostramos uma cascata com 2 alimentações: Uma cascata de 3 seções.



Primeiro, note que cada fluxo de alimentação muda a inclinação da reta de operação de seção para seção

Alimentação 1

Boilup

Fundos

Refluxo Destilado

Alimentação 2

O fluxo de alimentação muda o fluxo taxa nos estágios acima e debaixo dele. Por conseguinte, muda os balanços de massa e as inclinações das retas operação.

Alimentação 1

Boilup

Fundos

Refluxo Destilado

Alimentação 2



A taxa da Alimentação 1 é constante devido a transbordamento molar constante (CMO). A alimentação muda a inclinação dependendo da condição de alimentação. Taxas de fluxo na seção intermediária são constantes, mas mudam quando Alimentação 2 é introduzida.

Condensador total

Alimentação 1

Overhead vapor

Boilup

Tambor de refluxo

Fundos

Refervedor parcial

Refluxo Destilado

Alimentação 2


xB

y

yB

yN

Seção de Stripping: Reta de OperaçãoInclinação Constante (CMO)

xD

Seção de Retificação: Reta de OperaçãoInclinação Constante (CMO)

Seção Intermediária: Reta de OperaçãoInclinação Constante (CMO)Alimentação 2

introduzida

Aliementação 1 introduzida



Curva de Equilíbrio

x=zF1xB

y

yB

yN

Seção de Stripping: Reta de Operação: Inclinação=L/V=(VB+1) /VB

xD

Seção de Retificação: Reta de Operação Inclinação=L/V=R/(R+1)<1

q=1 q>1

0<q<1

q<0

q=0

x=zF

x=y

V*

V

L+VL L*

q L LF

Seção Intermediária: Reta de Operação Inclinação=L’/V’

x=zF2

Líquido Saturado

Vapor Saturado

Exemplo: Alimentação 1 vapor saturado de composição zF1,e Alimentação 2 líquido saturado de composição zF2


Método de McCabe-Thiele : Corrente Lateral

Alimentação

Boilup

Fundos

Refluxo Destilado

Ls

Alimentação

Boilup

Fundos

Refluxo Destilado

Ls

Ocasionalmente uma cascata é configurada tal que uma corrente lateral de composição intermediária é removida da coluna.

Como nós analisamos esta configuração?

Vn1yn1 Lnxn DxD

O qual nós podemos rearranjar para achar:

Se nós executamos um balanço material na chave leve ao redor dos estágios sobre o fluxo lateral, inclusive o condensador:

yn1 LnVn1

xn DVn1

xD

Para L e V constante de estágio pra estágio, então:

y LVx

DV

xD Reta de operação acima do fluxo lateral


Método de McCabe-Thiele: Corrente Lateral

Alimentação

Boilup

Fundos

Refluxo Destilado

Ls

Vn 1yn 1 Lnxn Lsxs DxD

O qual nós podemos rearranjar para achar:

Se nós executarmos um balanço material na chave leve ao redor dos estágios sobre o fluxo lateral, incluindo o fluxo lateral e o condensador:

yn1 LnVn1

xn Lsxs DxD

Vn1

Para L e V constante de estágio para estágio, então:

y L'Vx

Lsx Dx

V

As duas retas de operação se cruzam em:

reta operacionala abaixo do fluxo lateral

x xs


Método de McCabe-Thiele : Corrente Lateral


x=xsxB

y

yB

yN


xD


Condensador total

Alimentação

Overhead vapor

BoilupN

21

DestilaçãoTambor de refluxo

Estágios da seção de retificação

Estágios da seção de stripping

Fundos

Refervedor parcial

Refluxo Destilado

Seção Intermediária: Reta de OperaçãoInclinação=L’/V

x=zF

Alimentação de líquidosaturado

Corrente lateral:Retirada de líquido

Retirada lateral xs


Método de McCabe-Thiele : Vapor Direto (aberto)

Condensador total

Alimentação

Overhead vapor

Vapor ou gás inerte quente (y=0)

N

21

Destilação




Fundos

Refluxo Destilado

Considere a cascata mostrada a esquerda:

Neste exemplo, o refervedor é substituído por uma fonte de vapor ou um gás inerte quente . Neste caso, o vapor que entra no estágio do fundo da coluna não tem nenhum componente leve e assim yB é zero, embora xB é diferente de zero.

Faz a inclinação da reta de operação da seção de retificação aumanetar ou diminuir?


Método de McCabe-Thiele : Vapor Direto (aberto)

Equilibriumcurve

xB

y

yB

yN

Seção de Stripping: Reta de OperaçãoInclinação =L/V

xD


Condensador total

Alimentação

Overhead vapor

Vapor ou gás inerte quente(y=0)

N

21

DestilaçãoTambor de refluxo




Fundos

Refluxo Destilado

x=zF

Alimentação de líquidosaturado


Não-equilíbrio McCabe-Thiele: Eficiência de Murphree


x=zFxB

y

yB

yN

xD

2

4

A distribuição dos componentes obtida é menor que o limite teórico descrito pelo equilíbrio

Separação atual atingida

EMV yn yn1

yn* yn1

ABEB

A Eficiência do Prato de Murphree nos fornece a relação da diferença de composição atual do líquido ou vapor entre dois pratos seqüenciais.

E 3

B

Eficiência para o líquido:

EML xn xn1

xn* xn1

A' B'E' B'

E’ A’ B’

A

Eficiência para o vapor:

O numerador representa o enriquecimento real do vapor, sendo o denominador o enriquecimento teórico


McCabe-Thiele Método Algébrico


45° line

x=zFxB

y

yB

yN


xD


Reta-q

y R

R 1x

1R 1

xD

y LVx

BVxB

y q

q 1

x

zFq 1

Nós já desenvolvemos o Método de McCabe-Thiele Gráfico para cascatas. Podem ser usadas as mesmas equações que nós usamos para as retas de operação, reta-q e curva de equilíbrio para calcular as composições em cada estágio algebricamente.

y x

1 x 1


McCabe-Thiele: Refluxo Mínimo

45° line

x=zFxB

y

yB

yD

xD

y q

q 1

x

zFq 1

Para levar a cabo o método algébrico nós precisamos determinar as inclinações das Retas de operação algebricamente. Isto pode ser feito achado as interseções entre a reta-q e a curva de equilíbrio, e a reta-q e a reta de operação da seção de retificação.

y x

1 x 1

y q

q 1

x

zFq 1

x1 x 1


McCabe-Thiele: Reta de Operação da Seção de Retificação

45° line

x=zFxB

y

yB

yD

xD

A inclinação da reta de operação para a seção retificadora com refluxo mínimo pode ser determinada traçando uma reta de XD até Xq. Nós podemos achar então também o refluxo mínimo deste inclinação.

y q

q 1

x

zFq 1

x1 x 1

yq

xq

yD yqxD xq

Rmin

Rmin 1

Do refluxo mínimo, e R/Rmin nós podemos determinar o refluxo R.

Nós determinamos a inclinação reta de operação da seção de retificação de:

1R

Rinclinação


McCabe-Thiele: Reta de Operação da Seção de Retificação

45° line

x=zFxB

y

yB

yD

xD

Nós podemos achar a interseção da reta de operação e a reta-q para determinar reta de operação da seção de stripping :

y q

q 1

x

zFq 1

RR 1

x 1

R 1xD

yQR

xQR

inclinaçãoxx

yy

BQR

BQR

Do refluxo mínimo, e R/Rmin nós podemos determinar o refluxo R.

Nós determinamos a inclinação reta de operação da seção de stripping de:

1R

Rinclinação


McCabe-Thiele: Método Algébrico


x=zFxB

y

yB

yN

xD

1

2

3

4

1. No condensador total y1=x0

2. x1 é determinado pela curva de equilibro:

y1 x1

1 x1 1

3. y2 é determinado pela reta de operação paraa seção de retificação:

y2 R

R 1x1

1R 1

xD

4.Repita os passos 2 e 3 até que Xn seja menor que XQR (você está à em um ponto da curva de equilíbrio a esquerda da interseção do RO e a reta-q).

xQR

6. x3 é determinado pela curva de equilibro :

y3 x3

1 x3 1

5. y3 é determinado pela reta de operação paraa seção de stripping:

7. Repita os passos 5 e 5 até que Xn seja menor que xB

y3 LVx2

BVxB


Método Algébrico McCabe-Thiele : Exemplos


x=zFxB

y

yB

yN

xD

1

2

3

4

1. Alpha = 4, R=Rmin

2. Alpha=4 R=2Rmin

3. Alpha=4 R=4Rmin

4. Alpha=4 R=20Rmin 5. Alpha=1.1 R=3Rmin

xQR

xD=0.9, xB=0.1, zF=0.5, q=0.8


Na próxima aula nós teremos:

Primeira Avaliação

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