Operaçoes Unitarias 2

ÉTER ACETONA Profª Erika Santana Operações II X 100 095 090 085 080 075 070 065 060 055 050 045 040 035 030 025 020 015 010 005 000 Xb X Figura A 100 090 080 070 060 050 040 030 020 010 000 7 PRIMOR TAMPO 7 RP ALTO TAMPO RETIFICAÇÃO 7 8 7 6 7 5 6 4 5 3 4 2 3 1 2 9 1 0 1 1 0 9 7 8 6 5 4 3 2 1 10 9 ESCOTAMENTO Universidade Federal da Paraíba Centro de Tecnologia e Desenvolvimento Regional CTDR Departamento de Tecnologia Sucroalcooleira DTS Professora Dra Erika Adriana de Santana erikaasgomeshotmailcom OPERAÇÕES UNITÁRIAS SUCROALCOOLEIRA II AULA 25 DESTILAÇÃO 23042025 ROTEIRO DIMENSIONAMENTO DA DESTILAÇÃO Balanço de massa da coluna e das partes da coluna condensador alimentação e refervedor Balanço de energia da coluna e das partes da coluna condensador alimentação e refervedor Funcionamento das colunas de destilação Comportamento termodinâmico e mássico Cálculo das condições de temperatura e as composições x y do componente mais volátil estudo das fases líquida e vapor Reta do equilíbrio Líquido vapor Gráfico 1 Diagrama binário de temperatura x composição xy à pressão constante e temperatura variável Gráfico 2 Curva equilíbrio líquido vapor 1 Equações das retas de retificação e esgotamento Método Gráfico Mc CabeThiele 2 Avaliação do funcionamento Método Gráfico Mc CabeThiele Como dimensionar as vazões de uma TORRE DE DESTILAÇÃO Quantos estágios terá a TORRE DE DESTILAÇÃO Composição das fases liquida e vapor nas seções de retificação e esgotamento Linha de operação de RETIFICAÇÃO Linha de operação de ESGOTAMENTO Balanço de Massa Como dimensionar a energia envolvida na TORRE DE DESTILAÇÃO Balanço de Energia É um método muito útil para determinar o número de pratos teóricos na coluna de destilação e representar no diagrama xy Não deve ser aplicado quando as perdas calóricas são muito grandes Baseiase no fato que as linhas de operação ESGOTAMENTO E RETIFICAÇÃO no diagrama xy por aproximação poder ser CONSIDERADAS COMO RETAS Baseado na representação das equações do BALANÇO DE MASSA do componente mais volátil numa mistura binária 10 MÉTODO DE MC CABETHIELE MÉTODO GRÁFICO Figura 1 Curva de equilíbrio x y etanol água 000 010 020 030 040 050 060 070 080 090 100 000 005 010 015 020 025 030 035 040 045 050 055 060 065 070 075 080 085 090 095 100 y xflegma Curva de equilíbrio Etanol Água Mistura EtanolÁgua EQUILÍBRIO Composições x y Retificação Esgotamento Figura 2 Curva de equilíbrio xy etanol água yq yR xB xD x Alimentação LV V Vapor N 2 1 f Base Refluxo F xF D xD B xB Destilado O balanço de massa global em torno da coluna alimentação líquido saturado O balanço de massa parcial para o componente leve A vazão molar do produto destilado obtido na coluna pode ser calculada por F B D B x x D F x x Se D F e xF são especificados então xD ou xB podem ser estipulados 20 MÉTODO DE MC CABETHIELE BALANÇO DE MASSA GLOBAL Se F1500Kmols xF01 yD08 e xB002 Qual a vazão de DESTILADO tonh F D B F xF D xD B xB R L0 cte D R L0 V BMT BMP L 1 2 3 4 Figura 2 Balanço de massa na coluna de destilação de etanol água A etanol mais leve B água Se F1500Kmols xF01 yD08 xD 02 xB002 Qual a vazão de DESTILADO tonh F B D B x x D F x x 𝐷 1500 01 002 02 002 𝐷 6667 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑠 x 3600𝑠 ℎ 𝑫 24x 106 𝒌𝒎𝒐𝒍 𝒉 1kmol C2H6O46kg 24x106 kmolh x x 1104 x 106 kgh x 1104 x 103 tonh 𝑑 𝑚 𝑉 750 800 850 900 950 1000 1050 010 020 030 040 050 060 070 080 090 100 Temperatura 0C Composição Xa e Ya Xa Ya yN 1 TN1 30 CONCEITO DE PRATO IDEAL xN1 TN1 xN TN yN TN Ln xn N1 N N1 Ln1 xn1 Vn1 yn1 TN9050C xN e yN saem do prato em equilíbrio Vn yn Estados de vapor saturado TYa Estados de líquido saturado TXa yN1 TN1 retificação esgotamento Como quantificar as composições que saem do prato N ABAIXO DA ALIMENTAÇÃO Seção Esgotamento O prato N na seção de RETIFICAÇÃO é localizado logo abaixo da alimentação F n n n n V L V L 1 1 1 1 n n n n L V L V D n n n n Dx L x y V 1 1 A seção de retificação se estende do estágio 1 até o estágio imediatamente antes da alimentação Balanço de massa para a fração leve em torno dos N estágios da seção de retificação incluindo o condensador yn1 Ln Vn1 xn D Vn1 xD F xF Destilado 40 BALANÇO DE MASSA NA SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO saí do prato n1 entra no prato n1 1 1 1 n n g n l D n n L D y x x V V D L V n n 1 BMT BMP 8 5 6 7 alimentação LV vapor N 1 f B Base Refluxo D xD xB R L0 cte D V L0 xL N 1 N1 retificação esgotamento VN1 LN Linha de Operação da Seção de Retificação 11 yn1 Ln Vn1 xn D Vn1 xD Se L e V são constantes na coluna de estágio a estágio então esta equação representa uma LINHA RETA Isto requer que Os dois componentes tenham ENTALPIAS DE VAPORIZAÇÃO igual e constante A coluna seja bem isolada assim a PERDA DE CALOR É DESPREZÍVEL A PRESSÃO na coluna seja UNIFORME Estas condições conduzem à condição de TRANSBORDAMENTO MOLAR CONSTANTE Alim LV Boilup N n 1 f Bases Refluxo F xF L xLx D xB Destilado D xD Para esta condição a quantidade de vapor transferida ao fluxo líquido em cada estágio é igual à quantidade de líquido transferida ao fluxo de vapor Assim as taxas de fluxo do líquido e vapor são constantes na SEÇÃO INTEIRA 50 SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO COM FLUXO MOLAR CONSTANTE 1 1 1 1 vazão molar de líquido que desce na retificação vazão molar de vapor que sobe na retificação n n n n n n L L L L mol s e V V V V mol s R L cte D V 9 10 11 O líquido entrando no estágio 1 primeiro prato é o refluxo Lcte A relação desse líquido com o destilado é a razão de refluxo R LD Com transbordamento molar constante então R é uma CONSTANTE Realizandose o BM no CONDENSADOR de topo para simplificar a representação a equação em função de R Balanço Condensador 1 Va V cte La L cte na seção V L D L L L D R V L D L D D D R D V D L D 1 R1 Definese esta equação como a LINHA DE OPERAÇÃO DA SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO No caso de transbordamento de molar constante 60 LINHA DE OPERAÇÃO DA SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO 1 n g n l D L D y x x V V A fração molar que SAÍ do estágio n1 em função da fração molar que ENTRA no estágio n1 Substituindo LINHA DE OPERAÇÃO DA RETIFICAÇÃO 1 1 1 1 N N D R y x x R R 12 13 R L cte D SÃO ESPECIFICADOS PROJETO R razão de refluxo xD composição do destilado xB composição da mistura no refervedor xFlegma composição da alimentação na coluna de retificação q relação de mols da alimentação que permanece na fase líquida dentro da coluna 70 LINHA DE OPERAÇÃO DA SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO A fração molar do etanol na fase gasosa yN1 que saí do prato N1 é função fração molar do etanol em fase líquida xN que entra no prato N1 razão de refluxo interno R realizado no topo da coluna fração molar de etanol exigida no produto destilado xD 1 1 1 1 N N D R y x x R R 14 𝒚𝒓𝒆𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂çã𝒐 𝒙𝑫 𝑹 𝟏 15 yretificação composição da fase vapor que entra na RETIFICAÇÃO xretificação xD Projeção vertical da composição do destilado até a linha do equilíbrio 000 010 020 030 040 050 060 070 080 090 100 000 005 010 015 020 025 030 035 040 045 050 055 060 065 070 075 080 085 090 095 100 y xflegma Curva de equilíbrio Etanol Água Mistura EtanolÁgua EQUILÍBRIO Composições x y Retificação xB xD Figura 3 Curva de equilíbrio etanol água yq yR 𝒚𝒓𝒆𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂çã𝒐 𝒙𝑫 𝑹 𝟏 𝒚𝒒 𝑪𝒐𝒎𝒑𝒐𝒔𝒊çã𝒐 𝒅𝒂 𝒇𝒂𝒔𝒆 𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 𝒏𝒂 𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒔𝒆çã𝒐 𝒅𝒂 𝒓𝒆𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂çã𝒐 𝒆 𝒆𝒔𝒈𝒐𝒕𝒂𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 A interseção das linhas de RETIFICAÇÃO e ESGOTAMENTO é determinada prolongando a composição xflegma até a linha de equilíbrio xy Calcular a relação da alimentação que permanece dentro na coluna yq Ligar a intercessão das retas ao yq relação da composição da alimentação da coluna de retificação e a composição de fundoxB Formando a RETA q 80 INTERSEÇÃO DAS LINHAS DE OPERAÇÃO 𝑦𝑞 𝑥𝑓𝑙𝑒𝑔𝑚𝑎 1 𝑞 Podemos perceber a influência da alimentação no projeto ou seja A FORMA COMO A COLUNA DE RETIFICAÇÃO É ALIMENTADA INTERFERE NA QUANTIDADE DE ESTÁGIOS 16 90 TRAÇAR A LINHA DE OPERAÇÃO DA RETIFICAÇÃO REPRESENTAÇÃO GRÁFICA y x xD Inclinação LVRR1 xB xflegma xy yq Figura 4 Linha de operação da seção de retificação e a interseção da retas Traçar no gráfico do equilíbrio líquido vapor 1 Linha de equilíbrio líquido vapor 2 Composições xB xD xflegma fazer a projeção de até a linha de equilíbrio 3 Yretificação calculado 4 Ponto q yq 5 Traça a RETA DE RETIFICAÇÃO projeção de xD até yretificação Após traçar a linha de retificação traçar a interseção das retas e os pratos teóricos da seção de retificação 1 1 1 1 N N D R y x x R R Coeficinte angular Coeficinte linear Representa a inclinação da reta Representa o valor numérico que a reta toca no eixo y 𝒚𝒓𝒆𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂çã𝒐 𝒙𝑫 𝑹 𝟏 𝑦𝑞 𝑥𝑓𝑙𝑒𝑔𝑚𝑎 1 𝑞 Interseção da reta de retificação Interseção das linhas de operação reta q COMO DETERMINAR A LINHA DE OPERAÇÃO DE ESGOTAMENTO BALANÇO DE MASSA NA SEÇÃO DE ESGOTAMENTO Lm xm m1 m m1 Lm1 xm1 Vm1 ym1 Vm ym Base 100 BALANÇO DE MASSA NA SEÇÃO DE ESGOTAMENTO B xB Lm xm Vm1 ym1 B V L m m 1 QUANTIFICAR AS COMPOSIÇÕES QUE SAEM DO PRATO m LINHA DE OPERAÇÃO DE ESGOTAMENTO 21 Figura 5 Interseção das linhas de retificação e esgotamento B m m m m B x L x y V 1 1 alimentação LV 101 Balanço de Massa Parcial na Seção de Esgotamento BMT BMC B L V m m 1 Linha de operação da seção de ESGOTAMENTO 22 23 24 25 B m no pratom entra m m m do pratom sai m B x L B x B L L y 1 1 1 B m m m m m x V B x V L y 1 1 1 B V L m m 1 A SEÇÃO DE ESGOTAMENTO se estende do estágio abaixo da alimentação f até a base BALANÇO DE MASSA para a FRAÇÃO LEVE em torno do último prato m da seção de esgotamento INCLUINDO O REFERVEDOR vapor M n 1 f Base Refluxo F xF L xL xD B xB D xD Lm xm Vm1 ym1 vapor M Base B xB m1 m1 m R L cte D retificação esgotamento m1 m1 B m no pratom entra m m m do pratom sai m B x L B x B L L y 1 1 1 yNp composição do vapor no último prato teórico da seção de esgotamento Determina a quantidade de pratos nesta seção y x xB A fração molar do etanol na fase gasosa que saí do prato m1 é função fração molar do etanol em fase líquida que entra no prato m1 fração molar de etanol exigida no produto de base xB Continuação do Balanço de Massa na Seção de Esgotamento yNp yR 23 Prato ideal para alimentação abaixo da interseção das linhas de operação seção de retificação xflegma xD Dados x1 y1 Figura 6 Linha de operação de esgotamento Linha de alimentaçãoprato de alimentação Curva de equilíbrio mais volátildeterminada em laboratório Figura 7 Diagrama McCabe Thiele linhas de retificação e esgotamento Possibilita determinar as linhas de Operação Retificação e Esgotamento Número de estágios em cada seção PRATO IDEAL para realizar a alimentação abaixo da intercessão 102 Método de Mccabethiele Balanço de Massa nas Seções de Retificação e Esgotamento Método de Mc CabeThiele Exercício 1 Dados xFlegma 036 xD 094 xB 002 RD 25 q 05 Determinar o número de estágios de uma coluna de destilação que deve destilar uma mistura metanolágua contendo 36 do componente mais volátil na alimentação da seção de retificação O produto de topo deve ter o teor de metanol de 94 e no fundo apenas 2 A razão de refluxo é 25 e para cada mol de alimentação 05 mol permanece na fase líquida dentro da coluna x composição na fase líquida y composição na fase vapor xB 002 xflegma 036 xD 094 1 Traçar AS LINHAS DE OPERAÇÃO Traçar a linha do equilíbrio LV Traças a curva das composições x e y Determinar a interseção da linha de operação de RETIFICAÇÃO com o eixo y é dado por Dados xflegma 036 xD 094 xB 002 RD 25 q 05 𝒚𝒓𝒆𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂çã𝒐 𝒙𝑫 𝑹 𝟏 1 1 1 1 N N D R y x x R R Coeficinte angular Coeficinte linear representa a inclinação da reta representa o valor numérico que a reta toca no eixo y 𝒚𝒓𝒆𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄𝒂çã𝒐 𝟎𝟗𝟒 𝟐𝟓𝟏 𝟎 𝟐𝟕 xflegma 036 2 Linha de Interseção das linhas de operação Calcular yq Traçar a reta q da projeção de x flegma até o ponto yq Linha de operação de retificação Reta q 𝑦𝑞 𝑥𝑓𝑙𝑒𝑔𝑚𝑎 1 𝑞 Interseção das linhas de operação reta q Dados xflegma 036 xD 094 xB 002 RD 25 q 05 𝑦𝑞 036 105072 Interseção das linhas de operação 3 Traçar a Linha de Esgotamento da interseção até a fração da composição da base xB xB 002 Linha de operação de esgotamento 4 Traçar os Estágios das Seções de Retificação e Esgotamento Transição da alimentação para a seção de esgotamento Seguir construindo estágios até interceptar a reta q Numerar os estágios Identificar o prato ideal para a alimentação 5 Prato Ideal da Alimentação NESTE CASO O PRATO 5 pois o triângulo que ele representa está passando abaixo do ponto de intercessão possibilitando assim atingir os valores determinados no projeto 110 Interferência da Corrente de Alimentação no Funcionamento da Coluna de Destilação A CORRENTE DE ALIMENTAÇÃO ou seja a mistura que queremos separar na destilação pode entrar em TEMPERATURAS DIFERENTES Então controlamos a TEMPERATURA DA ALIMENTAÇÃO de acordo com os efeitos desejados e também de acordo com o projeto da coluna Analisar que efeitos AS FORMAS DE ALIMENTAÇÃO EXERCEM SOBRE A COLUNA DE DESTILAÇÃO mas não vamos alterar nas equações do projeto A FASE LÍQUIDA ponto de bolha e de VAPOR ponto de orvalho dentro da coluna operam como UMA MISTURA DE LÍQUIDO E VAPOR SATURADOS TF 94C As modificação na temperatura da coluna fazem com que o LÍQUIDO EVAPORE e o VAPOR CONDENSE Aumenta a agitação das moléculas Ec CALOR SENSÍVEL MUDANÇA DE TEMPERATURA Ponto de condensação CALOR LATENTE Vapor saturado utilizado para geração de energia na indústria Q SUBSTÂNCIA PURA MISTURA Q VAPORIZAÇÃO FUSÃO Q PONTO DE ORVALHO VAPOR SATURADO PONTO DE BOLHA LÍQUIDO SATURADO Ponto de fusão CALOR LATENTE Ponto de vaporização CALOR LATENTE Ponto de solidificação CALOR LATENTE Figura 1 Condições de separação de substância pura e mistura a Vapor sobreaquecido b Líquido sub resfriado B Líquido saturado C Vapor saturado T Mistura de líquido e vapor a b Temos cinco possibilidades de alimentação de acordo de acordo com a curva de equilíbrio líquido vapor Figura 2 Diagrama da temperatura x composições líquido vapor 111 Condições termodinâmicas da alimentação a LÍQUIDO SUBRESFRIADO Líquido entra na coluna a uma temperatura ABAIXO DA TEMPERATURA DE EBULIÇÃO O refluxo L desce e a corrente de vapor V sobe ACONTECERÁ A alimentação com líquido sub resfriado vai roubar calor do vapor ascendente fazendo com que uma parte dele condense aumentando a vazão de líquido na seção de esgotamento consequentemente o número de estágio necessitará de ser aumentado ou a separação não será eficiente O refluxo L é somado ao condensado da alimentação F Q fator f ou q número de moles de vapor escoando na seção de retificação resultante da introdução de cada mol de alimentação Toda a vazão de alimentação é líquida e escoará para a SEÇÃO DE ESGOTAMENTO sem gerar vapor para a SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO b LÍQUIDO SATURADO O líquido da alimentação se junta ao refluxo mas não interfere tanto quanto na condição a mas também ocorre o aumento no número de estágios na SEÇÃO DE ESGOTAMENTO A alimentação não contribui para o deslocamento do vapor na Seção de Retificação logo o fator f é zero f 0 c MISTURA DE VAPOR E LÍQUIDO SATURADOS onde o vapor da alimentação vai se somar ao vapor que está subindo e o líquido vai se juntar ao refluxo L que está descendo Proporciona a melhor separação do componente mais volátil O fator f será igual à fração de vapor na alimentação Assim se na alimentação tivermos 14 de vapor e 34 de líquido f será igual a 14 0 f 1 d VAPOR SATURADO VAPOR NA TEMPERATURA DE ORVALHO A vazão de alimentação escoa na Seção de Retificação gerando um mol de vapor para cada mol alimentado logo o fator f será igual 1 O vapor saturado da alimentação vai se juntar ao vapor que sobe na coluna AUMENTANDO O NÚMERO DE ESTÁGIOS NA SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO mas não altera o refluxo Operacionalmente pode variar a COMPOSIÇÃO DO LÍQUIDO E DO VAPOR NA MISTURA interferindo no processo Administrar a TAQUECIMENTO da alimentação e VAPOR SUPERAQUECIDO O vapor da alimentação vai provocar a evaporação de parte do refluxo aumentando o número de estágio na SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO para que este vapor chegue ao topo da coluna com o grau desejado A SEÇÃO DE RETIFICAÇÃO escoa mais de um mol de vapor para cada mol alimentado e o fator f será maior que 1 Operacionalmente podemos VARIAR A TEMPERATURA DO VAPOR interferindo na vazão de vapor gerado na seção de retificação consequentemente no número de estágios f 1 GRAFICAMENTE TEMOS A REPRESENTAÇÃO DE TODAS AS SITUAÇÕES Para cada linha de alimentação temos linhas de retificação e esgotamento correspondentes Verificar a alteração do número de estágio na seção de esgotamento na medida em que passamos para as situações a b c d e e Resfriando a alimentação Aumenta a pureza do produto destilado a líq subresfriado b líq saturado c Mistura de líq e vapor saturados d Vapor saturado e Vapor superaquecido Figura 3 Representação da linha de interseção de acordo com a temperatura de alimentação A FORMA COMO A COLUNA É ALIMENTADA INTERFERE na quantidade de estágios em cada seção Com o projeto depois de construído não podemos mais alterar o número de estágios devemos atuar TEMPERATURA DE ALIMENTAÇÃO DA COLUNA DE DESTILAÇÃO TEMPERATURA DO VAPOR BASE DA COLUNA DE DESTILAÇÃO AUMENTAR A PUREZA DO PRODUTO DESTILADO atuar no controle da fermentação vinho fermentado Resumindo a Interferência da Alimentação Linhas de Operação A razão de refluxo serve para CORRIGIR FALHAS NO FUNCIONAMENTO DA TORRE DE DESTILAÇÃO assim como alterar a temperatura da alimentação 120 INTERFERÊNCIA DA RAZÃO DE REFLUXO NO FUNCIONAMENTO DA COLUNA DE DESTILAÇÃO R LD normalmente R1 vapor N n 1 f Base Refluxo F xF L xD x0 B xB Destilado D xD REFLUXO É MÁXIMO corresponde ao número mínimo de pratos Na prática não é viável pode ser utilizado apenas no início da operação de uma coluna REFLUXO MÍNIMO corresponde ao número infinito de pratos Na prática é utilizado apenas para indicar o número máximo de pratos de uma coluna Conhecer esses valores para saber evitálos V REFLUXO NORMAL As linhas de operação estão entre a diagonal e a linha de equilíbrio LV tornando a operação viável Figura 3 Razão de refluxo normal na coluna de destilação REFLUXO TOTAL As linhas de operação coincide com a diagonal REFLUXO TOTAL Maior distância entre as linhas de operação e a curva de equilíbrio REFLUXO MÍNIMO Possui infinitos pratos nesse intervalo O vapor na seção de retificação não é filtrado para atingir as especificações As composições de x e y não variam então consideramos o ponto de interseção entre as linhas de operação e a curva LV Figura 4 Razão de refluxo total na coluna de destilação Figura 5 Razão de refluxo mínima na coluna de destilação REFLUXO ABAIXO DO MÍNIMO Corrigir este problema operacionalmente através de ajustes nas vazões da razão de refluxo Figura 3 Razão de refluxo abaixo do mínimo na coluna de destilação Devemos dimensionar a RAZÃO DE REFLUXO de forma que a interseção entre as linha de operação FIQUEM ENTRE A CURVA DE EQUILÍBRIO LV E A DIAGONAL Avaliando a Razão de Refluxo Na construção da coluna de destilação deve haver a COERÊNCIA ENTRE OS CUSTOS DE PRODUÇÃO E DE OPERAÇÃO DIMINUIR a razão de refluxo terá mais produto destilado porém precisa de mais estágios na seção de retificação AUMENTAR a razão de refluxo terá menos produto destilado porém terá menos estágios na seção de retificação economizando na construção da coluna DATAS PROGRAMAÇÃO 05052025 PROVA P3 Entregar o projeto 07052025 PROVA FINAL CRONOGRAMA TERCEIRA ETAPA OPERAÇÕES II 20242 Exercício 2 Alimentação mTotal800 Kg 20 etanol metanol 80020 160 Kg mágua 6400 Kg Destilado mTotal100 Kg 96 etanol metanol96 Kg mágua 40 Kg Resíduo mresíduo 800 100 700 Kg metanol R 160 96 64 Kg 700 Kg 100 64 Kg x x 91 O álcool hidratado utilizado como combustível veicular é obtido por meio de destilação fracionada de soluções aquosas geradas a partir da fermentação de biomassa Durante a destilação o teor de etanol da mistura é aumentado até o limite máximo de 96 em massa Considere que em uma usina de produção de etanol foram destilados 800 kg de uma mistura de etanol água com concentração de 20 em massa de etanol sendo obtidos 100kg de álcool hidratado a 96 em massa de etanol A partir desses dados é correto concluir que a destilação em questão gerou um resíduo com que concentração de etanol em massa de quantos No resíduo está havendo perda excessiva de etanol pois o máximo indicado é de 3 de etanol AÇÕES CORRETIVAS PERDA DE ETANOL NA VINHAÇA Verificar excesso de vinho alimentação Falta de vapor na coluna Verificar se a pressão da coluna B1 não está superior a da A1 Incrustações nos pratos avaliar parada para limpeza 1 Universidade Federal da Paraíba Centro de Tecnologia e Desenvolvimento Regional CTDR Departamento de Tecnologia Sucroalcooleira PROJETO DE DESTILAÇÃO OPERAÇÕES UNITÁRIAS II 20242 PROJETO 5 Para separação de componentes de uma solução líquida a destilação é destacada como a operação unitária mais tradicional das indústrias química e petroquímica MARTIN et al 2013 Uma exigência básica para a separação dos componentes em uma destilação é que a composição do vapor seja diferente do líquido com o qual está em equilíbrio Para projetar uma coluna de destilação é necessário determinar vazões e composições que permeiam o processo condições termodinâmicas composições das fases em cada estágio de separação portanto dimensione um sistema de destilação separando o binário ÉTER CICLOPENTANO admitindo que as vazões que permeiam a coluna de destilação contêm três frações mássicas componente mais volátil componente menos volátil e contaminantes esse se houver Ressalto que o destilado possui um percentual de recuperação do componente mais volátil de 871 conforme especificação do cliente e o resíduo deve corresponder a 910 da carga de alimentação para viabilizar o processo economicamente e operacionalmente O destilado da coluna de retificação corresponde a 7510 kgh Considere que no resíduo o percentual de recuperação da água é de 991 e os demais componentes devem ser quantificados A alimentação possui 94 do componente mais volátil e 11 do contaminante 1ª PARTE Utilizando os dados mencionados anteriormente dimensione a coluna de destilação Em seguida realize o balanço energético nas partes da coluna e dimensione a quantidade de calor do refervedor e do condensador necessária para o funcionamento efetivo da coluna de destilação considerando que as perdas térmicas foram estimadas em 15 do calor do condensador visando a economia de energia e a viabilidade econômica do funcionamento Avalie a transferência de calor no processo de destilação ressaltando os detalhes operacionais que devem ser observados para viabilizar o funcionamento e a qualidade do destilado 2ª PARTE Calcule as temperaturas de ebulição dos componentes do sistema de destilação ÉTER CICLOPENTANO e determine os intervalos das temperaturas nos estágios de separação referenciando 14 intervalos iniciando a partir da temperatura da substância mais volátil até a temperatura da substância menos volátil Profª Erika Santana Operações II 2 Determine as composições das fases líquida e vapor de acordo com as condições termodinâmicas 3ª PARTE Considerando que o sistema deve operar a uma pressão total equivalente a 87 kPa e a razão de refluxo deve ser calculada considerando o como sendo 12 do refluxo mínimo A composição do componente mais volátil na fase vapor na alimentação é aproximadamente 033 Durante o funcionamento da coluna a relação de equilíbrio líquido vapor é mantida em 048 O flegma entra na coluna de retificação com uma concentração de 48 do componente mais volátil 1 Em papel milimetrado construa o gráfico das curvas das fases líquido vapor a pressão constante utilizando os dados das composições calculadas Gráfico 1 2 Em papel milimetrado construa a linha do equilíbrio para o sistema ÉTER CICLOPENTANO utilizando as concentrações das fases líquida vapor de acordo com as condições termodinâmicas aplicadas Em seguida trace a curva das composições líquido vapor sob a linha do equilíbrio Gráfico 2 3 Utilizando o gráfico 2 trace as linhas de retificação e de esgotamento e determine quantos pratos teóricos deve ter a coluna de destilação em cada seção de funcionamento Identifique qual prato será ideal para realizar a alimentação 4 Determine o percentual do vapor produzido no topo que retorna à coluna como líquido do refluxo e como Tecnólogo Sucroalcooleiro avalie quais procedimentos são necessários para controlar o funcionamento desse sistema de destilação utilizando os balanços de massa e de energia nas partes da coluna de destilação Além disso utilizando os balanços de massa e de energia nas partes de retificação e de esgotamento na coluna de destilação demonstre as equações das linhas de operação e justifique a importância do dimensionamento das colunas utilizando esse princípio Em seguida realize uma avaliação operacional e técnica do funcionamento com relação ao projeto de SANDRYELLY da sua turma yretificação x D R1 yqxf legma 1q Rmínimox Dy F yFxF Hv 230800 KJKg HL 185600 KJKg HD 97200 KJKg HB 650100 KJKg HF 186300 KJKg Obs Os projetos são individuais e a entrega é no dia da prova 050525 Devem constar todos os cálculos feitos à mão com no mínimo 3 casas decimais feitos à mão e gráficos traçados em papel milimetrado anexo ao projeto Profª Erika Santana Operações II 3 Profª Erika Santana Operações II 4 000 005 010 015 020 025 030 035 040 045 050 055 060 065 070 075 080 085 090 095 100 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 Gráfico Equilíbrio Líquido Vapor Composição xA yA Temperatura K Profª Erika Santana Operações II 5 000 005 010 015 020 025 030 035 040 045 050 055 060 065 070 075 080 085 090 095 100 000 010 020 030 040 050 060 070 080 090 100 ÉTER CICLOPENTANO x y Profª Erika Santana Operações II Diagrama líquido vapor Éter Acetona Composição xA yA Temperatura K 345 344 343 342 341 340 339 338 337 336 335 334 333 332 331 330 329 328 327 326 325 324 323 322 000 005 010 015 020 025 030 035 040 045 050 055 060 065 070 075 080 085 090 095 100