Lista de Exerccios 03

Disciplina: Operaes Unitrias III

Prof. Wendell

1. Pretende-se destilar a 1 atm 100 kmol/dia de uma mistura lquida saturada equimolar de benzeno e tolueno, de modo a se obter um destilado com 80% em mol

de benzeno e um resduo com 8% em mol de benzeno.

a. A partir dos dados de equilbrio abaixo determine a volatilidade relativa mdia do benzeno em relao ao tolueno e obtenha uma expresso analtica

aproximada para a curva de equilbrio.

b. Calcule a razo de refluxo mnima para a separao. c. Determine o nmero de estgios de equilbrio usando uma razo de refluxo

1,8 vezes superior a mnima.

d. Indique o numero de estgios reais em cada seo da coluna sabendo que a eficincia de Murphree relativa a fase lquida 0,7.

Dados:

Equao de Antoine: ( ) ( )

A B C Validade

Benzeno 15,9008 2788,51 -52,36 280 K < T < 377 K

Tolueno 16,0137 3096,52 -53,67 280 K < T < 410 K

2. Uma mistura de A (mais voltil) e B separada em uma coluna de destilao com pratos perfurados. Em dois testes de separao, no qual se alimentou a coluna com

um lquido saturado contendo 40% em mol de A, as seguintes composies, em

frao molar de A, foram obtidas para amostras coletadas das correntes lquida e

vapor em trs estgios consecutivos localizados entre a alimentao e o condensador

total localizado no topo da coluna. Determine:

a. A razo de refluxo empregada em ambos os testes; b. A composio do destilado obtido no topo da coluna no teste 1.

Teste 1 Teste 2

Estgio Vapor Lquido Vapor Lquido

M+2 79,5 68,0 75,0 68,0

M+1 74,0 60,0 68,0 60,5

M 67,9 51,0 60,5 53,0

OBS: As concentraes medidas em cada estgio dizem respeito s correntes que

deixam o estgio, ou seja, em um possvel equilbrio.

3. Metanol (M) separado da gua (A) por destilao conforme esquema abaixo. A alimentao subresfriada de modo que q = 1,12. Determine o estgio timo de

alimentao e o nmero de estgios tericos requeridos para realizar a separao.

4. Uma coluna de destilao processa 158 kmol/h de uma mistura contendo 44% de benzeno e 56 % tolueno (frao molar), produzindo um destilado contendo 97,5 %

de benzeno e um produto de fundo contendo 95 % de tolueno, operando com uma

razo de refluxo de 3,5. Devido a um acidente, os 10 pratos localizados na seo de

esgotamento da coluna foram danificados e no podem mais ser utilizados, mas os

14 pratos da seo superior permaneceram intactos. O engenheiro qumico

responsvel pelo processo sugeriu que a coluna ainda poderia ser aproveitada como

uma coluna de retificao, produzindo um destilado com 97,5% de benzeno desde

que a alimentao entre na coluna como vapor saturado. Assumindo que a eficincia

em cada prato de 50%, poderia realmente esta coluna produzir um destilado

contendo 97,5 % de benzeno? Se a situao acima for possvel, qual a vazo de

destilado produzida e qual a composio da corrente de fundo?

5. Deseja-se destilar uma mistura de cido actico e gua, contendo 40% em mol de cido actico, produzindo um destilado contendo 95% de gua (molar) e um produto

de fundo contendo apenas 95% de cido actico (molar). A alimentao entra 25%

vaporizada e a taxa de refluxo deve ser de 1,3 Rmin. Obtenha o nmero de estgios

ideais para realizar a separao.

Dados de equilbrio lquido-vapor para a mistura so apresentados abaixo (frao

molar de gua).

Lq. 0,0 5,0 10,0 20,6 30,0 40,0 50,0

Vap. 0,0 9,2 16,7 30,2 42,5 53 62,6

Lq. 60,0 70,0 80,0 90,0 95,0 100

Vap. 71,6 79,5 86,4 93,0 96,3 100

6. Considere a seguinte coluna de destilao esquemtica, a qual apresenta uma coluna lateral que extrai uma corrente lquida LS de composio xS e duas correntes de

alimentao. Determine as retas de operao vlidas para cada uma das zonas da

coluna, ou seja:

a. Topo da coluna at imediatamente acima do prato onde sai a corrente lateral; b. Entre o prato onde sai a corrente lateral e a primeira alimentao; c. Entre as duas alimentaes; d. Abaixo da segunda alimentao.

7. Deseja-se projetar uma coluna de destilao contnua para processar 216 kmol/h de uma mistura clorofrmio/benzeno, consistindo em 35 % em mol de clorofrmio,

obtendo um destilado contendo 95 % em mol de clorofrmio e uma corrente de

fundo contendo 90 % em mol de benzeno. A coluna deve operar a presso

atmosfrica e a alimentao entra na coluna a 16C. A coluna opera com um

condensador total e um refervedor parcial. Obtenha:

a. As vazes de destilado (D) e da corrente de fundo (B); b. A equao da reta q; c. A razo de refluxo mnima (L/D)min; d. O nmero de estgios tericos se a razo de refluxo operacional 50%

superior a mnima;

e. A localizao do prato de alimentao

Dentro do intervalo de temperaturas de operao da coluna podemos tomar os

seguintes valores mdios para os calores especficos e latentes dos compostos que

compem a alimentao:

Clorofrmio: cp = 27,5 kcal/kmol.C e = 6800 kcal/kmol

Benzeno: cp = 34,4 kcal/kmol.C e = 7420 kcal/kmol

A temperatura de saturao correspondente a composio da alimentao na

presso de operao da coluna de 76,8 C.

Informaes adicionais:

Curva de equilbrio para o sistema metanol-gua (questo 3)

0.1 0.3 0.5 0.7 0.90.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

x

0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

y

Curva de equilbrio para o sistema benzeno-tolueno (questo 4)

0.1 0.3 0.5 0.7 0.90.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

x

0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0y

Curva de equilbrio para o sistema clorofrmio-benzeno (questo 7)

0.1 0.3 0.5 0.7 0.90.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

x

0.1

0.3

0.5

0.7

0.9

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

y