Lista de Exercícios 5 - Operações Unitárias III: Método Ponchon-Savarit

Lista de exercícios 5 Disciplina Operações Unitárias III Método PonchonSavarit Prof Henrique 1 100 lbmolh de uma mistura álcool isopropílicoéter isopropílico contendo 80 de álcool isopropílico está sendo destilada produzindo um destilado contendo 77 de éter e um produto de fundo contendo 5 de éter em mol A coluna foi projetada para operar a uma pressão de 1 atm com refervedor parcial e condensador total A razão de refluxo utilizada é de 13 LDmin e a alimentação é introduzida na coluna no seu ponto de bolha Determine a Quantos estágios teóricos são necessários para realizar a operação b Quais as vazões de destilado e de produto de fundo c Qual o estágio ótimo para a alimentação da coluna d Quais os requerimentos energéticos da coluna Assuma que as entalpias do líquido saturado e do vapor saturado são funções lineares da composição 2 4536 kgh de uma mistura etanolágua contendo 50 em massa de cada um dos componentes é alimentada como líquido saturado em uma coluna de destilação que opera a 1013 kPa Desejase obter um destilado contendo 85 em massa de etanol e uma corrente de fundo contendo 3 em massa de etanol Uma razão de refluxo de 15 é empregada Com base no diagrama Hxy para o sistema e nos dados de equilíbrio diagrama yx calcule a As vazões de destilado e da corrente de fundo b O número de estágios teóricos necessários para realizar a operação c O estágio ideal da alimentação d Os requerimentos energéticos em kJh no condensador e no refervedor 3 Se deseja destilar uma mistura etanolágua que contem 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 4 A figura abaixo é um diagrama entalpia concentração para o nhexano H e o noctano O a 101 kPa Utilize este diagrama para determinar a a composição em fração molar do vapor quando um líquido contendo 30 em mol de H é aquecida do Ponto A até a temperatura do ponto de bolha B b a energia requerida para vaporizar 60 em mol de uma mistura inicialtmente a 100 ⁰F e contendo 20 em mol de H ponto G e c a composição do vapor em equilíbrio com o líquido resultante da parte b 5 Utilizando o diagrama entalpiaconcentração da figura 737 para uma mistura de nhexano H e noctano O a 1 atm determine a a temperatura e composição de equilíbrio do líquido com seu vapor resultante de uma mistura adiabática de 950 lbh de uma mistura de 30 em mol de H em O a 180 ⁰F com 1125 lbh de uma mistura de 80 em mol de H em O a 240 ⁰F b a energia requerida para condensar parcialmente por resfriamento uma mistura de 60 em mol de H em O de uma temperatura inicial de 260 ⁰F para 200 ⁰F Quais as composições e quantidades das fases vapor e liquido resultantes da mistura origianal c se o vapor da parte b for resfriada para 18º F determine a composição e quantidades relativas do vapor e líquidos resultantes 6 Mil lbmolh de uma mistura com 60 mol de metanol em água a 30 C e 1 atm deve ser separada por destilação em um destilado líquido contendo 98 mol de metanol e um produto de fundo contendo 96 mol de água Os dados de equilíbrio e entapia para a mistura a 1 atm são dados na tabela 78 abaixo A entalpia da alimentação da mistura é de 765 Btulbmol a Utilizando os dados fornecidos plote um diagrama entalpiaconcentração b indique um procedimento pra determinar a partir do diagrama da parte a o número mínimo de estágios de equilíbrio em condições de refluxo total para a separação requerida c a partir do procedimento desenvolvido na parte b deternine Nmin Porque este valor é independente das condições da alimentação d Quais são as temperaturas do destilado e produto de fundo 7 Uma mistura equimolar de tetracloreto de carbono e tolueno deve ser fracionada de forma a produzir um produto de topo contendo 4 mol de tolueno e um produto de fundo contendo 4 mol de tetracloreto de carbono Através do método de PonchonSavarit calcule o a razão de refluxo mínima teórico o número mínimo de pratos teórico e o número de pratos teóricos quando LD 25 A condição térmica da alimentação é de líquido saturado que é alimentado no prato ótimo Podese assumir que as entalpias do líquido e do vapor são funções lineares da composição Temp Ebulição Normal ⁰C Calor específico médio calg ⁰C Calor latente de vaporização CCl4 764 0225 4642 calg a 764 ⁰C Tolueno 1104 0500 868 calg a 1104 ⁰C Dados de equilíbrio fração molar de CCl4 Y 037 062 079 092 x 02 04 06 08 8 Uma mistura de 45 mol de isobutano em npentano em uma condição que 40 mol da mistura é vapor e deve ser retificada em um destilado contendo 2 mol de npentano A pressão do sistema será de 308 kPa 304 at absoluta O refluxo é de líquido saturado Utilizando os dados abaixo construa um diagrama entalpiaconcentração baseado nos dados de entalpia do líquido a 68 F e determine o número mínimo de pratos requeridos para fazes esta separação Ademais calcule a quantidade de calor retirada no condensador P 308 kPa 304 atm abs T ⁰F K nC5 K iC4 100 036 17 140 070 26 160 090 31 150 080 29 120 050 21 80 025 13 70 010 11 Temperatura de ebulição a 308 kPa 304 atm abs isobutano 20 C 68 F npentano 739 C 165 F Calor de mistura desprezível Capacidade calorífica do isobutano líquido 0526 0725x103 T Btulb ⁰F T R Capacidade calorífica do npentano líquido 0500 0643x 103 T Btulb ⁰F T R Calor latente de vaporização no ponto de ebulição 308 kPa isobutano 141 Btulb 328x105 Jkg npentano 131 Btulb 34x105 Jkg Capacidade calorífica média do vapor do isobutano a 308 kPa 304 atm 276 Btulbmol⁰F 115x105 JkmolK Capacidade calorífica média do vapor do npentano a 308 kPa 304 atm 31 Btulbmol⁰F 1297x105 JKmolK 9 Uma corrente líquida saturada contendo 40 mol de nhexano e 60 mol de noctano é alimentada numa coluna de destilação a uma vazão de 100 molh Uma razão de refluxo LD 15LDmin é mantida no nopo da coluna O produto de topo contém 95 mol de hexano e o produto de fundo contém 10 mol de hexano Se cada prato teórico perde 80000 calh 335x105 Jh determine através do diagrama PonchonSavarit o número de pratos teóricos levando em conta as perdas de calor na coluna 10 Uma mistura de 80 mol de isopropanol em éter isopropílico deve ser fracionada produzindo um destilado contendo 77 mol de éter e o produto de fundo contendo 5 mol de éter Se a torre dever ser projetada para operar a 1 atm com uma razão de refluxo R 13 Rmin qual o numero de pratos teóricos serão requeridos Determine o numero de pratos teóricos através do diagrama entalpia concentração Assuma que as entalpias do liquido saturado e do vapor saturado são funções lineares da composição A alimentação é introduzida na sua temperatura de bolha Ponto de ebulição normal ⁰F HL Btulbmol Hv Btulbmol Éter isopropílico 155 6580 18580 Álcool isopropílico 180 6100 23350 Dados de equilíbrio a 1 atm fração molar do éter Y 0315 0465 0560 0615 0660 0205 0750 079 x 01 02 03 04 05 06 07 08 11 Uma mistura equimolar de tetracloreto de carbono e tolueno deve ser fracionada de forma a produzir um produto de topo contendo 6 mol em tolueno e um produto de fundo contedo 4 mol em tetracloreto de carbono e um produto lateral no terceiro prato contendo 20 mol de tolueno A condição térmica da alimentação e da corrente lateral é de líquido saturado A taxa de retirada do corrente lateral é de 25 da alimentação da coluna A razão de refluxo é de LD 25 Utilizando o método de PonchonSavarit determine o número de pratos teóricos requeridos Nota se as especificações estiverem em excesso faça revisões antes de obter a solução Assuma que as entalpias do líquido e do vapor são funções lineares da composição Diagrama Hxy para o sistema etanolágua a 1 atm Diagrama xy para o sistema etanolágua a 1 atm