1) Para um determinado processo de destilação

convencional obteve-se os perfis de caudais

esquematizados na figura ao lado, em que os andares

estão numerados do topo para a base da coluna.

Indique, justificando convenientemente, o estado

entálpico da alimentação correspondente a estes

perfis de caudais (i.e., indique se a alimentação é

líquido saturado, vapor saturado, mistura de vapor e

líquido saturados, vapor sobreaquecido ou líquido

subarrefecido).

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Designando por L e V os caudais da zona de enriquecimento e por L’ e V’ os caudais da zona de

empobrecimento, por análise dos perfis de caudais obtém-se,

L’ > L e V > V’

ou seja,

L’ = L + q*F e V = V’ + (1-q)*F

pelo que se conclui que a alimentação é uma mistura de líquido e vapor saturados.

L

V

2) Justifique, de uma maneira clara e precisa, por que razão na sequenciação de colunas de

destilação convencionais se deve deixar para serem realizadas em último lugar as separações

mais difíceis.

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As separações difíceis requerem um elevado número de andares e/ou elevadas razões de refluxo.

Se estas separações forem deixadas para o fim, parte dos componentes já foram separados, e por

isso os caudais a tratar serão menores, o que implica menores caudais internos na coluna, e por

isso, menores gastos energéticos no ebulidor e no condensador, e menores diâmetros, o que

implica uma economia significativa no equipamento, em particular, se tivermos em consideração

o número elevado de andares que é preciso para realizar este tipo de separações.

3) Para um sistema de evaporadores de triplo efeito o Tefetivo é dado por,

3

1i

i

sat

30efetivo (EPE))T(TΔT

Derive a equação anterior, apresentando o significado das diferentes variáveis.

»»»»»»»»»»««««««««««

Por definição,

321efetivo ΔTΔTΔTΔT donde )T(T)T(T)T(TΔT 3

sat

32

sat

110efetivo

o que pode ser escrito na forma,

sat

3

sat

33

sat

22

sat

110efetivo T )T(T )T(T )T(T .TΔT

em que i

sat

ii EPE TT , é a elevação do ponto de ebulição no evaporador “i”, sendo Ti a

temperatura da solução nesse evaporador, e T sat

i a temperatura de saturação da água à pressão

do evaporador “i”. Arranjando a equação anterior, obtém-se,

3

1i

i

sat

30efetivo (EPE))T(TΔT

como queríamos demonstrar, em que T0 é a temperatura do vapor de aquecimento, alimentado ao

1º evaporador.

4) Sementes trituradas de tungue contendo 55% (em massa) de óleo vão ser tratadas a um caudal

de 1500 kg/h numa unidade de extração a operar em contracorrente com 6000 kg/h de solvente.

O solvente contém 98% de n-hexano e 2% de óleo de tungue. Para a fase pesada verificou-se a

seguinte relação:

xC = 0,674 – 0,765 xA

em que,

xC – fração de n-hexano na fase pesada

xA – fração de óleo de tungue na fase pesada

Como as sementes de tungue são muito finamente trituradas, parte delas sai em suspensão na

fase leve, sendo esta quantidade aproximadamente de 0,053 kg de inertes por kg de solução.

Sabendo que a fase pesada final deve ter no máximo uma fração mássica de óleo de 2%; calcule:

a) O número de andares de equilíbrio necessário para realizar esta separação,

b) O valor da corrente delta ().

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a) Neste problema a linha de fase leve não coincide com a hipotenusa do diagrama, sendo a sua

equação dada pela relação:

CACACAB x0,053 x0,053xx1 x0,053 x0,053x 0,053CA

B

solução de kg

inertes de kg

que dá,

0,95 xx AC

Traçadas a linhas de fase pesada e fase leve, e marcados os pontos conhecido (F, S e LN),

aplicamos a regra da alavanca para obter o ponto no segmento de reta que une F a S,

cm 6,3ΣScm 18

ΣS

60000015

1500

FS

ΣS

Σ

F

Unindo LN a obtemos V1, de seguida marca-se o ponto unindo F a V1 e LN a S. Estamos

agora em condições de fazer o cálculo andar-andar, relembrando que para extração sólido-

líquido a linhas de união são retas que passa pelo vértice B, obtendo-se,

N = 3

b) O ponto pode ser obtido pela regra da alavanca,

kg/h 5127,9Δcm 4,3

cm 14,7

1500

Δ

ΔV

FV

F

Δ

1

1

Como o ponto delta é negativo, pois situa-se na parte superior do diagrama, temos,

= – 5128 kg/h

5) 100 kmol de uma mistura equimolar de benzeno (A) e tolueno (B) é alimentada a uma coluna

de destilação semi-contínua equivalente a três andares de equilíbrio (incluindo o ebulidor). O

líquido que reflui para a coluna está à sua temperatura de ebulição, sendo a razão de refluxo

igual a 4. Ao fim de 3 horas de destilação verifica-se que a composição instantânea do destilado

é de 55%, assumindo que A,B = 2,5, calcule,

a) A composição média do destilado ao das 3 horas,

b) O caudal médio de vapor gerado no ebulidor.

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a) Como o sistema é de volatilidade relativa constante,

xA 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95

yA 0,116 0,217 0,385 0,517 0,625 0,714 0,789 0,854 0,909 0,957 0,979

Como R = 4, o declive a linha de operação é R/(R+1) = 4/5. Sabendo o declive da linha de

operação, e como xB,0 = 0,5, podemos calcular a composição inicial do destilado, que dá, xD,0 =

0,925.

Para a composição instantânea xD,f = 0,55, obtemos xB,f = 0,125. Calculando mais alguns

pontos intermédios entre xD,0 e xD,f, obtém-se,

xD xB xB 1/(xD – xB) (1/(xD – xB))medio dxB/(xD – xB)

0,925 0,5 ------- 2,3529 ------- -------

0,85 0,34 – 0,16 1,9608 2,1568 – 0,3451

0,8 0,285 – 0,055 1,9417 1,9513 – 0,4524

0,7 0,2 – 0,085 2,0000 1,9708 – 0,6199

0,55 0,125 – 0,075 2,3529 2,1764 – 0,7831

Destes valores, conclui-se que,

7831,0xx

dx

B

Bln

Bf

B0

x

x BD

B

0

f

Bf/B0 = 0,457

O que dá,

0,816xD

0,4571

0,125(0,457)0,5

)/B(B 1

x )/B(B x

0f

Bf0f0B x

b) O caudal de vapor pode ser calculado através da relação,

kmol/h 90,5 V

0,457)(1100V

14 3 )/BB(1B

V

1Rt 0f0 xx