Roteiro de Estudo Orientado 10 - Destilação - Operações Unitárias 3 2022 1

REO10 – Destilação Período 19 a 29 de abril de 2022 Profa Fabiana Queiroz 1. O que vamos estudar? Neste REO vamos estudar última operação unitária da disciplina, a destilação. A destilação é uma operação unitária que separa componentes de uma mistura líquida através da diferença de volatilidade desses componentes, ou seja, a separação depende da distribuição destes componentes entre uma fase vapor e uma fase líquida. Que tal iniciarmos identificando a diferença de outras operações, tais como a absorção/dessorção, operação onde ocorre o contato também de uma fase gasosa com uma fase líquida, e com a operação de evaporação. A operação de absorção e esgotamento, ocorre em temperaturas menores que a temperatura de vaporização da mistura, e simplificamos a operação considerando a transferência de massa apenas do soluto, e os demais componentes da fase gasosa e líquida consideramos como inertes. Na destilação o calor é fornecido a uma fase líquida numa quantidade que tem-se a formação de duas fases (fase líquida e fase vapor) e todos os componentes estão presentes nas duas fases. Este ponto (todos os componentes estão presentes nas duas fases) diferencia a destilação da evaporação, em ambos os processos tem-se uma fase líquida e ao fornecer o calor forma se duas fases, porém na evaporação, apenas ocorre a vaporização do componente mais volátil, como a água na concentração de sucos, purês, extratos, enquanto na destilação todos os componentes estão presentes nas duas fases. A destilação pode ser usada em conjunto com outras operações unitárias para recuperação de solventes e correntes de processos de outras operações unitárias. Neste 1 REO estudaremos a destilação considerando sistemas binários, e iniciaremos com a revisão do equilíbrio Líquido-vapor, para sistemas ideais e não ideais, a destilação realizada em um estágio de equilíbrio, vamos comparar a eficiência da destilação flash (um estágio de equilíbrio) com a destilação diferencial, largamente empregada como técnica analítica e em laboratórios de pesquisa, e daremos um foco a destilação em colunas de estágios, considerando sistemas simples (substâncias com calor latente de vaporização similares) ou não, quando será necessário a construção de diagramas de entalpia versus concentração e nos cálculos além do balanço de massa será necessário o balanço de energia. O processo de destilação pode ser realizado com equipamentos similares aos empregados em operações de absorção e dessorção, ou seja a destilação pode ser realizada num equipamento de contato contínuo, mas neste estudo daremos ênfase as colunas que operam por estágios. 2. O que já sabemos e por que precisamos aprender? Já sabemos aplicar o balanço de massa global e do soluto para resolver diversos processo de operação, e este conhecimento será utilizado. Mas para entender a operação de destilação é necessário rever os conceitos de equilíbrio líquido vapor, que serão abordados para sistemas ideais e não ideais. A destilação em estágios pode ser realizada em diversos métodos, sendo alguns discutidos. Na destilação em estágios utiliza-se o método de McCabe e Thiele para determinar o número de estágios, veremos o procedimento para separação de compostos com calor latente de vaporização similar, ou diferentes, neste caso, é necessário em cada estágio além do balanço de massa 2 aplicar o balanço de energia. No balanço de energia vamos precisar de calcular a entalpia das correntes em função da concentração. E o que efetivamente você aprenderá ao final do estudo do REO10:  Domínio dos termos técnicos usados na operação de destilação  Como descrever o equilíbrio líquido-vapor para soluções ideais e não ideais  Entender e comparar a separação utilizando métodos de destilação simples (flash e diferencial)  Determinação do número de estágios ideais considerando a eficiência dos estágios.  Determinar o número de estágios para destilação realizadas com refluxo, utilizando o método de McCabe e Thiele  Construir um diagrama de entalpia versus concentração dos componentes  Determinar o número de estágios de um processo de destilação aplicando balanço de massa e de energia 3 3. O que devemos fazer para aprender? Este roteiro de estudos dirigidos é uma descrição das etapas relacionadas ao estudo da operação de destilação. Em cada tópico em estudo será aberto um fórum para discussão dos temas estudados, dúvidas técnicas, debates e trocas de informações. Favor tentar sempre enviar a dúvida em texto em word, e caso tenha equações digite no editor de equação, isto facilitará a correção e resposta mais rapidamente. No roteiro de estudo orientado tem a descrição do passo a passo deste estudo, vídeos e soluções de exercícios, mas podem ser acrescentados mais materiais em caso de dúvidas, fique então atento às notícias (Avisos). Este roteiro será subdividido em tópicos, sendo que em cada tópico são descritos o que deve ser estudado (leituras), fóruns para discussão e as avalições do tópico. Caso algum discente tenha sugestões de materiais disponíveis na internet e em vídeos, favor divulgar aos demais e vamos usar como material para discussões. O REO 10 – Destilação Tópico 1. Introdução, definições e o equilíbrio Líquido-vapor Tópico 2. Métodos de Destilação simples: Método de destilação flash ou de equilíbrio e a destilação diferencial. Tópico 3. Método de destilação com refluxo. Cálculo do número de estágios pelo Método de McCabe-Thiele. Tópico 4. Diagrama entalpia versus concentração Tópico 5 Cálculos do número de estágios empregando o diagrama de entalpia versus concentração – Balanço de matéria e balanço de energia no destilador. Tópico 1. Introdução, definições e o equilíbrio Líquido-vapor 4 Passo 1.1- Faça uma leitura dos itens 1 até 3.1.3 do Módulo de Destilação, disponibilizado no Campus Virtual. Neste tópico aborda-se o equilíbrio líquido vapor para sistemas ideias e não ideais. Relate qualquer dúvida da leitura no fórum REO10-Dúvidas Tópico 1. Neste estudo o importante é entender o equilíbrio de fases e como construir os diagramas Pxy, Txy e y versus x, que serão utilizados na determinação do número de estágios na destilação. Passo 1.2- Assista ao vídeo de Introdução, definições e equilíbrio líquido vapor para sistemas ideais utilizando a Lei de Raoult. Passo 1.3- Assista ao vídeo com a construção de diagramas Pxy, Txy e y versus x aplicando a Lei de Raoult. Faça uma planilha similar para construções destes gráficos. Passo 1.4- Assista ao vídeo de Equilíbrio líquido vapor para sistemas não ideais utilizando a Lei de Raoult Modificada. Passo 1.4- Assista ao vídeo com a construção de diagrama Pxy, Txy e y versus x empregando a Lei de Raoult Modificada. Elabore uma planilha para construções destes gráficos considerando a lei de Raoul Modificada. Tópico 2. Métodos de Destilação simples: Método de destilação flash ou de equilíbrio e a destilação diferencial. Passo 2.1- Faça uma leitura do Módulo de destilação item 4 até 5.2 Neste tópico vamos comparar dois métodos de separação por destilação a separação de destilação flash e a destilação diferencial. 5 Passo 2.2 – Assista ao vídeo Métodos de Destilação simples: Método de destilação flash ou de equilíbrio e a destilação diferencial. Passo 2.3 – Assista ao vídeo onde é realizado uma comparação entre os processos de separação flash e diferencial, identificando o mais eficiente para as condições do problema. Passo 2.4 – Cada discente deve elaborar planilhas que comparem a separação flash e a separação diferencial, esta planilha auxiliará na resolução das questões no Campus Virtual Tópico 3 Tópico 3. Método de destilação com refluxo. Cálculo do número de estágios pelo Método de McCabe-Thiele Passo 3.1 Leia as seções 5 e 6 do módulo de destilação. Neste tópico serão abordados o número de estágios para diferentes colunas de destilação e o foco é sempre obter a linha operacional, que agora devido ao reciclo da fase vapor condensada a coluna tem se duas linhas operacionais. Dúvidas poste no fórum REO10-Dúvidas Tópico 3. Passo 3. 3 Assista ao vídeo Método de destilação com refluxo. Cálculo do número de estágios pelo Método de McCabe-Thiele – Parte 1 Passo 3. 4 Assista ao vídeo com o Cálculo do número de estágios pelo Método de McCabe-Thiele Passo 3.5 Cada discente deve elaborar planilhas que façam o cálculo do número de estágios utilizando o método de McCabe-Thiele, esta planilha auxiliará na resolução das questões no Campus Virtual Tópico 4 Diagrama entalpia versus concentração 6 Passo 4.1 Leia a seção 7 do módulo de destilação Dúvidas poste no fórum REO7-Dúvidas Tópico 4. Passo 4.2 Cada discente deve elaborar planilhas que construa o diagrama de entapia versus concentração o cálculo da entalpia de misturas binárias, esta planilha auxiliará na resolução das questões no Campus Virtual Tópico 5 Cálculo do número de estágios empregando o diagrama de entalpia versus concentração – Balanço de matéria e balanço de energia no destilador. Passo 5.1 Assista ao vídeo do Cálculo do número de estágios empregando o diagrama de entalpia versus concentração – Balanço de matéria e balanço de energia no destilador. Passo 5.2 Assista vídeo do determinando o Cálculo do número de estágios empregando o diagrama de entalpia versus concentração – Balanço de matéria e balanço de energia no destilador. Passo 5.4 Responda ao questionário no Campus Virtual que estará disponível de 25 a 30 de abril de 2022. Obs: Na elaboração da planilha caso tenha dificuldades de identificar o erro entre em contato por email ou via campus, comigo. Que produto/s devem ser gerados e como serão avaliados? Neste roteiro a avaliação será realizada por atividades individuais, correspondendo ao questionário do Campus Virtual disponível de 25 a 30 de 7 abril de 2022 (100 pontos). Antes de iniciar o questionário tenha pronta as planilhas conforme especificadas no roteiro, pois o questionário tem questões de cálculos e questões teóricas. As notas referentes a esse período de trabalho remoto serão disponibilizadas até o dia 01 de maio de 2022, no Campus Virtual. Então mãos a obra! Referências Bibliográficas Módulo de Destilação Operações unitárias na indústria de alimentos / organização Carmen Cecilia Tadini ... [et al.]. - 1. ed. [Reimpr.] - Rio de Janeiro : LTC, 2019. V2 il. ;28 cm. Apêndice Inclui bibliografia e índice ISBN 978-85-216-3267-2 1. Agroindústria - Administração. 2. Tecnologia de alimentos. I. Tadini, Carmen Cecilia. 8