Análise de Separação em Coluna de Destilação: Número de Estágios e Refluxo

OPERAÇÕES UNITÁRIAS III OPIII10 PCSV complemento Prof Henrique Cardias Questão 1 Uma alimentação equimolar de nhexano e noctano contendo 59 de vapor molar esta sendo processada em uma coluna de destilação produzindo um destilado contendo 95 em mol de hexano e um produto de fundo contendo 5 em mol de hexano A operação em realizada em uma coluna com um refervedor e condensador parciais O líquido refluxado é saturado e a alimentação entra no estágio ótimo Determine a Qual o número mínimo de estágios para se efetuar a operação b Considerando uma razão de refluxo LRD de 15LRDmin para o estágio de topo qual o número de estágios necessários para realizar a separação c Faça um gráfico do número de estágios teóricos versus a razão de refluxo no estágio de topo e a quantidade de calor requerida no refervedor em kcalmol de B Outros dados a Número mínimo de estágios O número mínimo de estágios é estabelecido na condição de refluxo total Como as linhas de operação são verticais nesta situação partindo da linha de operação que passa por xD e com o auxilio do diagrama xy para a determinação das tie lines podemos determinar o número mínimo de estágios O problema nos fornece os dados xD 095 e xB 005 b Nº de estágios para uma razão de refluxo LRD de 15LDmin O ponto F pode ser posicionado no diagrama Hxy visto que dispomos da informação que 59 da alimentação entra no estado vapor e que zF 05 Para isto basta determinarmos a tie line que passa por F com a ajuda do diagrama xy q 041 fração de líquido em F logo para x 0 0 847 1 0 41 50 1 q z y F x027 y066 Linha q xB xD D B x027 y066 Necessitamos inicialmente obter a razão de refluxo mínima Com base no diagrama xy vemos que a condição de refluxo mínimo será obtida pela interseção da reta de operação com a linha q em um ponto sob a curva de equilíbrio logo a tie line que passa por F define os pontos P1 e P1 referente a condição de refluxo mínimo xB xD D B x027 y066 Sabemos que D está em equilíbrio com LR logo do diagrama xy obtemos que para yD 095 xR 064 e definimos a linha de equilíbrio A reta de operação que parte de P1 e chega a LR define a corrente Vn vapor que deixa o estágio de topo A razão de refluxo no estágio de topo pode ser então obtida graficamente 70 44 13 1 min R n n R L V V P D L LR Vn D B O ponto P pode ser posicionado definindo a razão de refluxo no prato de topo Logo O ponto P pode ser posicionado de modo que a razão acima seja igual a 105 1 05 70 51 D LR LR Vn 05 1 R n n R L V V P D L Definidos os pontos P e P o número de estágios pode ser definido traçandose as retas de operação e linhas de equilíbrio que forem necessárias ao procedimento 5 estágios globais 3 estágios coluna mais refervedor e condensador Com a correção das curvas de operação o Método de McCabeThiele fornece resultado equivalente Com a suposição de fluxo molar constante curvas de operação tracejadas obteríamos 55 estágios teóricos um desvio de 10 em relação ao obtido pelo método de PonchonSavarit Comparação como o método de McCabeThiele Observe que qB quando n 3 condição de refluxo total n quando LD 07 condição de refluxo mínimo c gráfico do número de estágios teóricos versus a razão de refluxo no estágio de topo e a quantidade de calor requerida no refervedor em kcalmol de B