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C.Ap.3 - PESn LA~O (/FLAS H"I\l-~VEDO& ALVES (2009) A
destilao sbita ou instantnea (flash)' uma operao de separaocontinua
do um andar de equilbrio onde uma mistura lquida de dois ou
mais componentes parcialmente vaporizada atravs da passagem
poruma vlvula de expanso (de volume interno muito pequeno). o
processode destilao em continuo mais simples, ocorre num nico
andar, com for-mao de uma fase vapor em equilbrio com um lquido fi
partir da corren-te de alimentao (ver Fig. 3-1) .. As quedas de
temperatura e de presso da corrente de alimentao na
passagem atravs da vlvula podem ser ajustadas para a vaporizao
daalimentao originar o vapor. de composio desejada. O vapor e o
lquidoem equilbrio formados so posteriormente separados e removidos
numrecipiente designado por cmara ou separado r de fases. A expanso
atra-vs da vlvula considerada iscntlpica, e, por isso, um balano de
ener-gia em torno da vlvula permite determinar a temperatura (T
dentro doseparador de fases. )
A menos que a volatilidade relativa dos componentes da mistura
sejagrande, pequeno o grau de separao obtido atravs de uma
destilaosbita. Esta tcnica de separao , por isso, usada na indstria
como umapr-separao ou operao auxiliar de preparao de correntes que
iro serposteriormente tratadas noutros tipos de separao mais
eficientes.
8.1 M.ISTURAS BINRIAS
Sendo F, V e L os caudais molares da corrente de alimentao (ver
oesquema da Fig. 3-1) e das fases vapor e liquida produzidas, Qn a
quanti-dade de calor forneci da pelo permutador de calor e Q o
calor trocado! pelacmara de flash, temos as seguintes equaes- de
balanos de massa e deenergia:
zpF = yV +xL
FhF +Q= Vhv +LhLonde
I Na maior parte dos casos, Q ~ 0, pois a cmara est bem isolada
e, por isso, conaideramosque adiabtica; se a cmara ceder calor para
o exterior, Q negativo.
2 Nas equaes seguintes, Zy a fraco mola}"global do componente
mais voltil, independeu-temente da fase ou fases em que fi
alimentao se encontra, isto ,
moles do componenw mais voltil no liquido e no vaporZF = --_.
----
moles totais no lquido e no vapor
72
r------------IIIIF,Zf,hr
p, T
PpTf IIIII1-------------
DgSTILAAo SB['i'AlVl1STU[{t\S [J[NltlAS 73
V,y,hvdeclive da recta. Sabendo a fraco vaporizada {, obtemos o
declive, que,como mostra a Eq. (3.2), dado por -(1 - f)/f e, se
soubermos a composioda alimentao, marcamos a ordenada na origem da
recta operatria.Podemos tambm marcar o ponto para o qual zF = x.
Substituindo staigualdade na Eq. (3.2), conclumos facilmente que x
"" y = Zp. Marcamos,pois, a recta operatria, usando este ponto e o
declive da recta.
Para uma dada composio da corrente de alimentao, o valor de
zpest fixo. Quando varia a fraco vaporizada, t, a fraco molar do
cornpo-nente mais voltil no vapor e no lquido variam tambm, como
mostra aFig. 32(a). A Fig. 32(b) mostra como a temperatura depende
com a com-posio, a uma presso constante.
IIII
IIIII
___ JL,x,h
Q
.-----.-----::;;o,~J ~llO0.8 ~
t x ~l1100....... ~.~--"'~. "'.~~f~';J ~;::~~, ..... f-oi
L~Y,I,,
FIGURA 31: Destilao sbita. A zona a tracejado define o volume de
controlo usa-do para obter as equaes dos balanos de massa e de
energia cmara de flash. Y
A quantidade de calor QH cedida pelo permutador de calor (se
existir) calculada facilmente atravs de um balano de energia ao
permutador:
0.6 f=oL -9:.....::~ (sem vapcrzaer ,XY"Zr
,f- J( (vapcrtzao completa),II,
80
90
L
com Tl> TF. Uma vez que a entalpia hv pode ser calculada
sabendo TF' anica incgnita QH"
Definindo a fraco da alimentao que vaporizada como f = VIF,
vemda equao de balano mssico ao componente mais voltil: ,
Domesmo modo, a grandeza LlF a fraco da corrente de alimentaoque
permanece na fase lquida, que definida por q '" LIF", 1 - [,
sendo,pois, LW", (1 - f)/f.
A Eq. (3.1) ou (3.2) a recta operatr-ia que exprime o balano de
massae que representada num grfico cujas coordenadas sejam
"composio dovapor" (v) em funo da "composio do lquido" (x) origina
uma recta.Para traar esta recta precisamos apenas de dois pontos ou
de um ponto e o
ZF l-fy=----xf f
e, da equao do balano de energia,
hF = fhv +(l-f)hL
70L- ~~ __~~~_U~~~ ~o 0.20.2 004 zf 0.6
(a)0.8 1
x0.4 :if 0.6
(b)
(3,1)-
FIGURA 3-2: Representao grfica da destilao sbita (a uma dada
presso cons-tante): (a) diagrama y-x; (b) diagrama Tx.y. .
(3.2) Podemos igualmente representar a destilao sbita num
diagramaentalpia-composio (ver Fig. 3-3).
Da equao de balano (de energia) vemos que as entalpias do
lquidosaturado (de composio x), do vapor saturado (de composio y) e
de ali-mentao (de composio zF) so colineares. Assim, sabendo estas
composi-es o diagrama h-x-y para o sistema permite-nos determinar
as entalpias.
Para uma mistura binria dos componentes A e B, a entalpa da
ali-mentao obtm-se facilmente (para o caso mais comum de esta
correnteser lquida) de
(3.3)
(3.4)
onde TF a temperatura da corrente de alimentao e Tref a
temperaturada condio de referncia, fixada para o clculo das
entalpias das vrias
6.1 MISTURAS EINUIAS
r
0.6 f=o(Semvapor1lw;lo
1----9'-..:~I. X - Y~Lr
d-II (vaporl",1o """,pleIIII
0.4
7473
DESTILAO SIlITA
correntes. A Eq. (3.4) considera que nula a entalpia de mistura
dos com-ponentes da mistura lquida (o que uma boa aproximao, apenas
se oscomponentes forem estrutural e quimicamente semelhantes). De
notarque, embora a alimentao seja um lquido, na Fig. 33 o ponto
representa-tivo da alimentao, F, est na zona bifsica.
oS p consto LInhade unio f _1~ hv .. _
_..~.!...;.,v---...,Ul
declive da recta. Sabendo a fraco vaporizada [. obtemos o
declive, que.como mostra a Eq. (3.2). dado por -(1 - ()/f e. se
soubermos a composioda alimentao, marcamos a ordenada na origem da
recta operatria.Podemos tambm marcar o ponto para o qual zF = x.
Substituindo' estaigualdade na Eq. (3.2), conclumos facilmente que
x = y = zp. Marcamos,pois, a recta operatria, usando este ponto e o
declive da recta.
Para uma dada composio da corrente de alimentao, o valor de
ZFest fixo. Quando varia a fraco vaporizada, f, a fraco molar do
compo-nente mais voltil no vapor e no lquido variam tambm, como
mostra aFig. 3-2(a). A Fig. 32(h) mostra como a temperatura depende
com a com-posio. a uma presso constante.
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