Trabalho - Balanços de Massa e Energia 2022-2

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 10609-7 PRINCÍPIOS DOS PROCESSOS QUÍMICOS Trabalho de PPQ (Balanços de Massa e Energia) Uma mistura que contém 46% em massa de acetona (CH3COCH3), 27% de ácido acético (CH3COOH) e 27% de anidrido acético [(CH3CO)2O] é destilada a P = 1 atm. A alimentação entra na coluna de destilação a T = 348 K com uma vazão de 15.000 kg/h. O destilado (produto de topo) é basicamente acetona pura, e o produto de fundo contém 1% da acetona da alimentação. O vapor de topo entra no condensador a 329 K e sai como líquido a 303 K. Metade do condensado é retirado como produto de topo e o restante volta à coluna como refluxo. O líquido que sai pelo fundo da coluna vai para um refervedor aquecido a vapor, no qual é parcialemnte vaporizado. O vapor que sai do refervedor retorna à coluna na temperatura de 398 K e o líquido residual, também a 398 K, constitui o produto de fundo. Abaixo estão um fluxograma do processo e os dados termodinâmicos para os materiais de processo. (a) calcule as vazões molares e composições das correntes de produto. (b) calcule a necessidade de resfriamento no condensador Q c (kJ/h). (c) use balanço de energia global para determinar a necessidade de calor no refervedor r Q (kJ/h). (d) se o calor do refervedor é providenciado pela condensação de vapor saturado a 10 bar de pressão manométrica, com que vazão o vapor deve ser alimentado? CONDENSADOR 46% ACETONA (l) 27% ÁCIDO ACÉTICO (l) 27% ANIDRIDO ACÉTICO (l) 348 K REFERVEDOR ALIMENTAÇÃO: 15.000 kg/h 1% ACETONA DA ALIMENTAÇÃO + ÁCIDO ACÉTICO + ANIDRIDO ACÉTICO 398 K PRODUTO DE FUNDO (l) Vapor (398 K) 3,2% molar acetona 73,8% molar ácido acético 23,0% molar anidrido acético DESTILADO ACETONA (l), 303 K PRODUTO DE TOPO ACETONA (v), 329 K COLUNA DE DESTILAÇÃO Qr Qr Dados termodinâmicos (todas as temperaturas estão em Kelvin): Acetona Cpl = 2,30 kJ/(kg K) Cpv [(kJ/(kg K)] = 0,459 + 3,15 x 10-3T – 0,790 x 10-6T2 Hˆ v (329 K) = 520,6 kJ/kg Ácido Acético Cpl = 2,18 kJ/(kg K) Cpv [(kJ/(kg K)] = 0,688 + 1,87 x 10-3T – 0,411 x 10-6T2 Hˆ v (391 K) = 406,5 kJ/kg Anidrido Acético Cpl = 2,3 kJ/(kg K) Cpv [(kJ/(kg K)] = 0,751 + 1,34 x 10-3T – 0,046 x 10-6T2 Hˆ v (413 K) =