Processos de Separa§£o

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  1. 1. 1) Para um determinado processo de destilao convencional obteve-se os perfis de caudais esquematizados na figura ao lado, em que os andares esto numerados do topo para a base da coluna. Indique, justificando convenientemente, o estado entlpico da alimentao correspondente a estes perfis de caudais (i.e., indique se a alimentao lquido saturado, vapor saturado, mistura de vapor e lquido saturados, vapor sobreaquecido ou lquido subarrefecido). Designando por L e V os caudais da zona de enriquecimento e por L e V os caudais da zona de empobrecimento, por anlise dos perfis de caudais obtm-se, L > L e V > V ou seja, L = L + q*F e V = V + (1-q)*F pelo que se conclui que a alimentao uma mistura de lquido e vapor saturados. L V
  2. 2. 2) Justifique, de uma maneira clara e precisa, por que razo na sequenciao de colunas de destilao convencionais se deve deixar para serem realizadas em ltimo lugar as separaes mais difceis. As separaes difceis requerem um elevado nmero de andares e/ou elevadas razes de refluxo. Se estas separaes forem deixadas para o fim, parte dos componentes j foram separados, e por isso os caudais a tratar sero menores, o que implica menores caudais internos na coluna, e por isso, menores gastos energticos no ebulidor e no condensador, e menores dimetros, o que implica uma economia significativa no equipamento, em particular, se tivermos em considerao o nmero elevado de andares que preciso para realizar este tipo de separaes.
  3. 3. 3) Para um sistema de evaporadores de triplo efeito o Tefetivo dado por, 3 1i i sat 30efetivo (EPE))T(TT Derive a equao anterior, apresentando o significado das diferentes variveis. Por definio, 321efetivo TTTT donde )T(T)T(T)T(TT 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.TT em que i sat ii EPETT , a elevao do ponto de ebulio no evaporador i, sendo Ti a temperatura da soluo nesse evaporador, e Tsat i a temperatura de saturao da gua presso do evaporador i. Arranjando a equao anterior, obtm-se, 3 1i i sat 30efetivo (EPE))T(TT como queramos demonstrar, em que T0 a temperatura do vapor de aquecimento, alimentado ao 1 evaporador.
  4. 4. 4) Sementes trituradas de tungue contendo 55% (em massa) de leo vo ser tratadas a um caudal de 1500 kg/h numa unidade de extrao a operar em contracorrente com 6000 kg/h de solvente. O solvente contm 98% de n-hexano e 2% de leo de tungue. Para a fase pesada verificou-se a seguinte relao: xC = 0,674 0,765 xA em que, xC frao de n-hexano na fase pesada xA frao de leo de tungue na fase pesada Como as sementes de tungue so muito finamente trituradas, parte delas sai em suspenso na fase leve, sendo esta quantidade aproximadamente de 0,053 kg de inertes por kg de soluo. Sabendo que a fase pesada final deve ter no mximo uma frao mssica de leo de 2%; calcule: a) O nmero de andares de equilbrio necessrio para realizar esta separao, b) O valor da corrente delta (). a) Neste problema a linha de fase leve no coincide com a hipotenusa do diagrama, sendo a sua equao dada pela relao: CACACAB x0,053x0,053xx1x0,053x0,053x0,053 CA B soluodekg inertesdekg que d, 0,95xx AC Traadas 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, cm6,3S cm18 S 60000015 1500 FS S F Unindo LN a obtemos V1, de seguida marca-se o ponto unindo F a V1 e LN a S. Estamos agora em condies de fazer o clculo andar-andar, relembrando que para extrao slido- lquido a linhas de unio so retas que passa pelo vrtice B, obtendo-se, N = 3 b) O ponto pode ser obtido pela regra da alavanca,
  5. 5. kg/h5127,9 cm4,3 cm14,7 1500 V FV F 1 1 Como o ponto delta negativo, pois situa-se na parte superior do diagrama, temos, = 5128 kg/h
  6. 6. 5) 100 kmol de uma mistura equimolar de benzeno (A) e tolueno (B) alimentada a uma coluna de destilao semi-contnua equivalente a trs andares de equilbrio (incluindo o ebulidor). O lquido que reflui para a coluna est sua temperatura de ebulio, sendo a razo de refluxo igual a 4. Ao fim de 3 horas de destilao verifica-se que a composio instantnea do destilado de 55%, assumindo que A,B = 2,5, calcule, a) A composio mdia do destilado ao das 3 horas, b) O caudal mdio de vapor gerado no ebulidor. a) Como o sistema 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 operao R/(R+1) = 4/5. Sabendo o declive da linha de operao, e como xB,0 = 0,5, podemos calcular a composio inicial do destilado, que d, xD,0 = 0,925. Para a composio instantnea xD,f = 0,55, obtemos xB,f = 0,125. Calculando mais alguns pontos intermdios entre xD,0 e xD,f, obtm-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, 7831,0 xx dx B B ln Bf B0 x x BD B 0 f Bf/B0 = 0,457 O que d, 0,816xD 0,4571 0,125(0,457)0,5 )/B(B1 x)/B(Bx 0f Bf0f0B x
  7. 7. b) O caudal de vapor pode ser calculado atravs da relao, kmol/h90,5V 0,457)(1100 V 14 3)/BB(1B V 1R t 0f0 xx