Lista de Exercícios 14 - Operações Unitárias III

LISTA DE EXERCÍCIOS 14 Disciplina Operações Unitárias III 1SEM2023 Prof Henrique 1 Um sistema de destilação fracionada separa benzeno e tolueno a partir de uma corrente que totaliza 100 kmolh No diagrama yx fornecido abaixo foi construído o gráfico segundo o método McCabe Thiele que corresponde a este sistema Baseandose neste gráfico e quando necessário no diagrama Txy responda a Qual a fração molar do tolueno na alimentação carga da coluna b Qual a fração molar do benzeno no destilado de fundo refervedor c Em qual estágio da coluna ocorre a alimentação do sistema d Qual é o número de estágios teóricos necessários na coluna e Qual a razão de refluxo f Qual a vazão de destilado no topo em kmolh g Qual a Temperatura de equilíbrio do 3º terceiro estágio da coluna h Qual a condição em termos de equilíbrio de fases da corrente de alimentação 2 Se deseja destilar uma mistura etanolágua que contém 60 em massa de etanol a 10132 kPa para obter um destilado que contenha 85 em massa de etanol e um produto de fundo que contenha no máximo 2 em massa de etanol A vazão de alimentação que se encontra no estado de líquido saturado é de 10000 kgh e a coluna opera com um condensador total Calcule a As quantidades de destilado e produto de fundo b A razão de refluxo mínima a partir dos dados de entalpiaconcentração do sistema c O número aproximado de estágios teóricos para o caso onde a razão de refluxo empregada é de 2 vezes a mínima 3 Um traço de álcool etílico deve ser separado da água numa coluna de fracionamento que trabalha numa pressão de 1 bar A alimentação contendo 08 moles de etanol entra na parte superior da coluna como um líquido em ebulição não havendo refluxo A água purificada é retirada do calefator e o vapor rico em álcool sai pela parte superior da coluna Verificase que quando 8460 kJ são fornecidos ao calefator para cada kmol de alimentação a concentração do álcool na água purificada é de 016 moles A composição do vapor de equilíbrio para soluções diluídas de álcool etílico em seus pontos de ebulição sob uma pressão de um bar é dada por y6x onde x e y são frações molares O calor latente da água é de 40 650 kJkmol Determine o número de etágios teóricos aos quais a coluna equivale 4 Uma mistura molar de 60 de benzeno e 40 de tolueno deve ser separada por destilação contínua para produzir um destilado que contenha 95 em moles de benzeno e um produto de base contendo 90 em moles de tolueno A alimentação entra como vapor saturado e a coluna é equipada com um condensador total que retorna o líquido a seu ponto de ebulição como refluxo para a coluna Plote o número mínimo de pratos teóricos necessários para essa separação em função da razão de refluxo supondo calores latentes molares iguais 5 Uma coluna de fracionamento operando a 50 psia é alimentada no ponto ótimo com uma mistura 321 molar em nbutano e 679 molar em npentano na forma de líquido saturado A vazão da alimentação é de 100 lbmolh e um destilado 885 molar em n butano é removido a uma vazão de 30 lbmolh O condensador no topo da coluna remove 1 milhão Btuh de calor e produz as correntes de produto e de refluxo na forma de líquido saturado Admitindo vazão molar constante calcular a a razão de refluxo b as vazões em lbmol de vapor e de líquido acima e abaixo do prato de alimentação c o número de estágios teóricos necessários para produzir a separação d a composição do produto de fundo São conhecidos os seguintes dados de equilíbrio na forma de fração molar de nbutano X 1 0725 0568 0439 0321 0207 0108 0 Y 1 0885 0785 0681 0553 0397 0232 0 6 Uma coluna de retificação contendo 16 pratos reais eficiência global de 50 é alimentada com um vapor saturado 38 molar em A e 62 molar em B O destilado é um líquido saturado 80 molar em A e o produto de fundo é 30 molar em A é também retirada uma corrente lateral Sendo a razão de refluxo externo LrD igual a 109 e estando a coluna nessas condições conseguindo a máxima separação calcular a a composição da corrente lateral b a razão de refluxo interno acima da corrente lateral c a razão de refluxo interno abaixo da corrente lateral d o prato real do qual é retirada a corrente lateral A relação de equilíbrio líquidovapor de misturas de A e B pode ser satisfatóriamente representada por uma volatilidade relativa de 150 Admitir vazão molar constante 7 Uma mistura líquida saturada contendo 60 mol de benzeno e 40 mol de tolueno dever ser destilada continuamente produzindo um produto de topo com 90 mol de benzeno e um produto de fundo contendo 5 mol de benzeno A coluna de destilação operará a pressão constante de aproximadamente 1 atm A Razão de refluxo utilizada será igual a 15Rmin utilizando um condensador total e refervedor parcial Qual a razão de refluxo mínimo Qual o número de pratos teóricos para realizar a separação desejada Qual o prato de alimentação ideal Qual o número mínimo de pratos para realizar esta separação Qual a correspondente vazão de vapor na seção de esgotamento para 100 moles de alimentação 8 Desejase projetar uma coluna de destilação contínua para processar 216 kmolh de uma mistura clorofórmiobenzeno consistindo em 35 em mol de clorofórmio obtendo um destilado contendo 95 em mol de clorofórmio e uma corrente de fundo contendo 90 em mol de benzeno A coluna deve operar a pressão atmosférica e a alimentação entra na coluna a 16C A coluna opera com um condensador total e um refervedor parcial Obtenha a As vazões de destilado D e da corrente de fundo B b A equação da reta q c A razão de refluxo mínima LDmin d O número de estágios teóricos se a razão de refluxo operacional é 50 superior a mínima e A localização do prato de alimentação Dentro do intervalo de temperaturas de operação da coluna podemos tomar os seguintes valores médios para os calores específicos e latentes dos compostos que compõem a alimentação Clorofórmio cp 275 kcalkmolC e λ 6800 kcalkmol Benzeno cp 344 kcalkmolC e λ 7420 kcalkmol A temperatura de saturação correspondente a composição da alimentação na pressão de operação da coluna é de 768 C 9 Uma mistura líquida de benzeno e tolueno deve ser destilada em uma torre de fracionamento a uma pressão total de 1013 kPa A corrente de alimentação com uma vazão de 100 kmolh é uma mistura liquida contendo 45 molar de benzeno e 55 molar de tolueno entra a uma temperatura de 3276 K Devese obter um destilado contendo 95 molar de benzeno e um produto de fundo com 10 molar de benzeno A razão de refluxo utilizada é de 41 A capacidade calorífica média da corrente de alimentação é de 159 kJKmol K e o calor latente médio é de 32099 kJkmol Os dados de equilíbrio deste sistema estão apresentados nas figuras em anexo Calcule as vazões das correntes de topo e de fundo os números de pratos teóricos necessários o número mínimo de estágios para o caso de refluxo total e a razão de refluxo mínima 10 Para a coluna de retificação do exercício 9 onde uma mistura de alimentação líquida de benzeno e tolueno está sendo tratada para fornecer um destilado de composição xD 095 e uma composição de fundo xB 010 calcule a A razão de refluxo mínima b O número mínimo de pratos teóricos Nmin em condições de refluxo total 11 Uma alimentação líquida de 400 kmolh no seu ponto de ebulição contendo 70 mol de benzeno A e 30 mol de tolueno B é alimentada a uma torre de esgotamento a 1013 kPa pressão O produto de fundo deve ser de 60 kmolh contendo apenas 10 mol de A Calcule a vazão do vapor de topo sua composição e o número de estágios teóricos necessárias 12 Projete uma coluna de destilação fracionada contínua para separar 378 kgs de uma mistura com 40m de benzeno e 60m de tolueno em um produto de topo contendo 97 em massa de benzeno e um produto de fundo contendo 98 em massa de tolueno Use uma razão de refluxo de 35 mols para 1 mol do produto O calor molar latente de benzeno e tolueno é de cerca de 3571 kJkg Encontre as quantidades do produto superior e inferior considere também os seguintes casos para o projeto 1 Alimentação líquida em seu ponto de ebulição 2 Alimentação líquida a 20C Cliquid 175 kJkg C 3 A alimentação é de dois terços do vapor 13 Um sistema a ser destilado tem o diagrama de equilíbrio mostrado na Figura abaixo Encontre taxas de refluxo mínimas para XD s de 08 e 07 A alimentação 50 de vapor tem um XF de 040 14 200 molh de uma alimentação líquida saturada no seu ponto de ebulição contendo 42 mol de heptano e 58 mol de etil benzeno deve ser fracionada a uma pressão de 10132 kPa fornecendo um destilado contendo 97 mol de heptano e um produto de fundo contendo 11 mol de heptano A razão de refluxo usada é de 251 Calcule a vazão de destilado em molh o número de pratos teóricos e o prato ótimo de alimentação Os dados de equilíbrio a 10132 kPa são fornecidos na tabela abaixo para a fração molar de nheptano xH e yH Temperatura xH yH 1361 0000 0000 1294 0080 0230 1194 0250 0514 1106 0485 0730 1028 0790 0904 983 1000 1000 15 Uma coluna de retificação é alimentada com uma mistura de 50 mol de benzeno e 50 mol de tolueno a uma vazão de 100 kmolh a uma pressão de 10132 kPa A alimentação líquida se encontra no seu ponto de ebulição O destilado contém 90 mol de benzeno e o produto de fundo 10 mol de benzeno A razão de refluxo é de 4251 Calcule a vazão de destilado e de produto de fundo em kmolh o número de pratos teóricos a razão de refluxo mínima e o número mínimo de pratos na condição de refluxo total Diagrama de equilíbrio xy para o sistema benzenotolueno a 1 atm