Lista de Exercícios Resolvidos - Operações Unitárias III - Diagramas de Equilíbrio Líquido-Vapor

LISTA DE EXERCÍCIOS 13 Operações Unitárias III 2SEM2024 1 Utilize o normógrafo DePriester para obter o diagrama temperatura composição para a mistura binária de isobutano com propano a 150 psia 2 Construir um diagrama y em função de x para misturas de nbutano e nhexano nas seguintes condições a pressão total é de 20 psia Admitir que a lei de Raoul se aplica b pressão total é de 115 psia Usar os valores de K tirados do diagrama de Depriest Pressões de vapor para o nhexano e o noctano Temperatura Pressão de vapor kPa ⁰F ⁰C nhexano noctano 1557 687 101 16 175 794 137 23 200 933 197 37 225 1072 184 58 250 1211 400 87 2582 1257 456 101 3 Comparação de valores K experimentais com as previsões da lei de Raoult Medidas experimentais de Vaughan e Collins Ind Eng Chem 34 885 1942 para o sistema propanoisopentano em 167 ⁰F e 147 psia mostram uma fração molar do propano de 02900 na de fase líquida em equilíbrio com a fase vapor com uma fração molar na fase vapor de 06650 Calcular a Os valores de K para C 3 e iC5 a partir dos dados experimentais b Os valores K de C 3 e iC5 da lei de Raoult assumindo as pressões de vapor a 167 ⁰F de 4096 e 586 psia respectivamente Compare os resultados de a e b Supondo que os valores experimentais estejam corretos como poderiam ser alcançadas melhores estimativas dos valores K 4 A separação do isopentano do npentano por destilação é difícil são necessárias aproximadamente 100 bandejas mas é comumente praticada na indústria Usando a equação de pressão de vapor estendida de Antoine com as constantes abaixo e em conjunto com a lei de Raoult calcule as volatilidades relativas para o sistema isopentanonpentano e compare os valores em um gráfico com os seguintes valores experimentais J Chem Eng Data 8 504 1963 Temperatura ⁰F 125 126 150 123 175 121 200 118 225 116 250 114 O que você conclui sobre a aplicabilidade da lei de Raoult nessa faixa de temperatura para esse sistema binário As constantes de pressão de vapor para com pressão de vapor em kPa e T em K são dadas pela equação de Antoine 𝑃𝑖𝐶5 𝑠 exp 136106 234509 𝑇 402128 𝑃𝑛𝐶5 𝑠 exp 139778 255460 𝑇 362529 5 Estime as temperaturas do ponto de orvalho e do ponto de bolha para uma mistura contendo 20 molar de nbutano 50 molar de npentano e 30molar de nhexano a 15 psia 6 Usando os diagramas xy e Txy fornecidos determine a temperatura fluxos e composição das fases líquidas e vapor em equilíbrio a 101 kPa para as seguintes condições de uma mistura nhexanoHnoctanoO Assuma uma base de cálculo de 100 kmols de alimentação a zH 05 f 02 b zH 04 yH 06 c zH 06 xO 07 d zH 05 f 0 e zH 05 f 1 f zH 05 T 200 F 7 A seguinte mistura é introduzida em uma coluna de destilação como líquido saturado a 172 MPa Calcule a temperatura do ponto de bolha usando os Kvalores fornecidos no diagrama de DePriester Componente Kgmolh Etano 15 Propano 100 nbutano 185 npentano 175 nexano 35 8 Uma mistura líquida contendo 25 em mol de benzeno e 75 em mol de álcool etílico com os componentes miscíveis em todas as proporções é aquecida a pressão constante de 1 atm 1013 kPa de 60 C a 90 C a A que temperatura se inicia a vaporização b Qual a composição da primeira bolha de vapor formada c Qual a composição do líquido residual quando 25 em mol da mistura inicial é evaporada Assuma que todo o vapor formado permanece retido no equipamento e que ele está completamente misturado e em equilíbrio com o líquido residual d Qual a composição do líquido residual quando 90 em mol da mistura inicial é evaporada e Qual a composição do líquido residual se após uma vaporização de 35 em mol da mistura inicial o vapor formado é removido e uma evaporação adicional de 35 em mol é efetuada As questões acima devem ser respondidas com base no diagrama de equilíbrio obtido a partir de dados experimentais Tabela 1 9 A volatilidade relativa α do benzeno em relação ao tolueno a 1 atm é de 25 Construa um diagrama yx para este sistema a 1 atm Repita a construção utilizando dados de pressão de vapor para o benzeno e para o tolueno tabela abaixo em conjunção com as leis de Raoult e Dalton Construa também um diagrama Txy para o sistema e responda as questões abaixo a Um líquido contendo 70 em molde benzeno e 30 de tolueno é aquecido em um recipiente a 1 atm até que 25 em mol da mistura original seja evaporada Determine a que temperatura é preciso aquecer a mistura para atender esta condição b Considerando que as fases são separadas mecanicamente e que o vapor se condensa determine a composição do vapor condensado e do líquido residual c Calcule e trace um diagrama dos Kvalores em função da temperatura a 1 atm Que conclusões podemos tirar deste resultado 10 Determine as temperaturas dos pontos de bolha e de orvalho e as correspondentes composições de vapor e de líquido para uma mistura com 30 em mol de nhexano 32 em mol de nheptano e 38 em mol de noctano à pressão total de 12 bar Dados Equação de Antoine na gama de temperaturas de interesse Onde t é a temperatura em ºC 11 Uma mistura líquida saturada contendo 50 em mol de A e 50 em mol de B é alimentada continuamente no aparato abaixo a uma taxa F 40 molh O condensado proveniente do condensador é dividido em duas correntes Refluxo retorna ao recipiente de alimentação e destilado sai como produto a Considerando que a taxa de produção do produto de fundo é de W 30 molh e que a volatilidade relativa αAB 2 qual será a composição do destilado e do produto de fundo OBS Para fins de resolução das questões 1 e 2 faça uma regressão dos dados de pressão de vapor com base na equação de Antoine 12 Uma mistura líquida contendo 60 em mol de tolueno e 40 em mol de benzeno é continuamente destilada num tambor flash a 1 atm de pressão Qual a porcentagem do benzeno da alimentação deixa o tambor como vapor se 90 do tolueno da alimentação deixa o tambor como líquido Utilize o gráfico abaixo para a solução do problema 11 O sistema binário acetonaAacetonitriloB tem um comportamento que pode ser considerado como ideal ie obedece à Lei de Raoult A partir dos dados fornecidos a Construa os diagramas de temperaturacomposição para a pressão de 400 mmHg e pressãocomposição à temperatura de 50 ºC para a mistura em questão b Se uma mistura líquida à pressão de 400 mm Hg e inicialmente a 30 º C com x A 05 sofrer uma vaporização flash a 50 ºC qual a composição das fases líquida e vapor resultantes c Determine graficamente a temperatura de bolha de uma mistura com x A03 e o ponto de orvalho de um vapor com yA 075 ambos à pressão de 400 mm Hg d Determine analiticamente a temperatura de bolha de uma mistura com xA03 e o ponto de orvalho de um vapor com yA 075 ambos à pressão de 760 mm Hg Dados