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