Método de Ponchon-Savarit para Misturas Binárias: Seções de Esgotamento e Balanços de Massa

OPERAÇÕES UNITÁRIAS III Aula OPIII10 PCSV Prof Henrique Cardias Método de PonchonSavarit para misturas binárias Seção de Esgotamento Procedendo da mesma maneira para a seção de esgotamento ou seja realizando simultaneamente balanços de massa e energia com base na região delimitada na figura abaixo obtemos a seguinte relação Esta equação representa um linha de operação no método de PonchonSavarit Observe que os pontos de composição xB hB qB ym Hm e xm1 hm1 estão sobre uma linha reta no diagrama entalpia concentração visto que a inclinação destas duas retas são idênticas e possuem um ponto em comum ym Hm 1 1 m m m m m B m B B x y h H y x H q h qB é o calor adicionado no refervedor por unidade de massa da corrente de fundo Método de PonchonSavarit para misturas binárias Seção de Esgotamento Razão LV entre os estágios m e m1 xy Hh Vn2 Ln1 P hB qB Hm hm1 xD Vn1 Ln Vn LR 1 1 1 1 B B m B B m B m B m m m m m q h h q h H x x x y P L P V V L P Lm1 Vm xB Método de PonchonSavarit para misturas binárias Seção de Esgotamento xy Hh Vn2 Ln1 P xD Vn1 Ln Vn LR P Lm1 Vm xB Uma vez que o ponto P está posicionado todas as corrente que se cruzam entre estágios de equilíbrio na seção de esgotamento estão definidas sobre uma reta que parte de P e corta a zona de mistura líquidovapor As razões de fluxo LV para cada estágio podem ser determinadas graficamente em termos de segmentos de reta e coordenadas VB Lm LB Método de PonchonSavarit para misturas binárias Coluna Balanço de massa Global Por componente B D F B D F Bx Dx Fz Balanço de energia Combinando estas equações obtemos B D D B F Bh Dh q D q B Fh B B D D F q B h q D h Fh B F B B F F D F D D x z q h h z x h q h Método de PonchonSavarit para misturas binárias Coluna Observe que os pontos de composição xD hD qD zF hF e xB hB qB estão sobre uma linha reta no diagrama entalpia concentração visto que a inclinação destas duas retas são idênticas e possuem um ponto em comum zF hF B F B B F F D F D D x z q h h z x h q h Observe que F D D B B F F D B F h q h q h h z x x z F P F P B D Método de PonchonSavarit para misturas binárias Relações importantes obtidas a partir do diagrama entalpia concentração Calor removido no condensador por massa de destilado P B qD Razão LV na seção de retificação E P C P V L Razão de refluxo LD AB A P D L Método de PonchonSavarit para misturas binárias Relações importantes obtidas a partir do diagrama entalpia concentração Calor adicionado no refervedor por massa de corrente de fundo P G qB Razão LV na seção de esgotamento KP MP V L Razão FD Razão DB FP P P D F FP FP B D Questão 01 100 kmolh de uma mistura nhexanonoctano vapor saturado contendo 69 em mol de nhexano é separada por destilação a pressão atmosférica em um produto destilado contendo 90 de nhexano e uma corrente de fundo contendo 5 em mol de nhexano O condensador total retorna 425 do condensado para a coluna como líquido saturado Usando o método gráfico de PonchonSavarit e o diagrama entalpia concentração fornecido calcule a a vazão de destilado e produto de fundo b a quantidade de calor que deve ser fornecida ao refervedor e retirada no condensador em kcalh c as composições das correntes Vn1 Ln considerar a notação empregada na dedução do método de PonchonSavarit A alimentação é localizada na linha de vapor saturado a zF 069 Como o condensador é total sabemos que as correntes LR e Vn estão localizadas sob uma reta vertical que passa por xD Como 425 do condensado retorna para a coluna como refluxo temos que logo E o ponto P pode ser fixado F LR Vn 425 0 R P n P R n n R h H H H L P V P V L 0 425 4500 12900 P P H H kcal kmol H P 19000 O ponto P também está automaticamente fixado visto que localizase sobre a reta que passa por P e F interseção com xB Da linha do balanço global podemos obter D e B A quantidade de calor removida no condensador é dada pela relação Ou F LR Vn 75 0 P P FP F D 4500 19000 R D P L q P P kmol h D 75 kmol h B 25 kcal kmol de D qD 14500 kcal h q D Q D 1087500 14500 75 A quantidade de calor adicionada no refervedor é dada pela relação Ou A corrente Ln está em equilíbrio com Vn logo está sob a tie line associada a Vn Ln xn 054 Vn1 está sob a reta de operação que passa por Ln Vn1 yn1 077 F LR Vn 8400 1000 P B qB P P kcal kmol de B qB 7400 kcal h q B Q B 185000 7400 25 B Ln Vn1 Método de PonchonSavarit para misturas binárias Estágio de alimentação Relembrando o método de McCabeThiele O ponto P define o estágio ótimo para a alimentação da coluna Os pontos K e R representam os limites inferiores e superiores para a localização da Alimentação Método de PonchonSavarit para misturas binárias Estágio de alimentação As tie lines K e R correspondem aos pontos K e R representados no método de McCabeThiele Observe que o uso do ponto P é impossível além da tie line K e que o uso do ponto P também é impossível além da tie line R O estágio ótimo de alimentação corresponde ao estágio interceptado pelo segmento de reta PP equivalente ao ponto P no método de McCabeThiele Com base na figura ao lado o estágio ótimo de alimentação é o quinto estágio Método de PonchonSavarit para misturas binárias Relações limites de refluxo Refluxo total na condição de refluxo total as retas de operação coincidem com a linha y x logo as retas de operação são verticais em um diagrama entalpia concentração hD qD hB qB B 0 D 0 Método de PonchonSavarit para misturas binárias Relações limites de refluxo Refluxo mínimo A razão de refluxo mínima é definida pelo mais elevado ponto P obtido a partir da interseção de uma tie line da seção de retificação com a linha vertical que passa por xD OBS Se na seção de esgotamento existe uma tie line que dá um ponto P mais baixo que o obtido pela interseção da reta que passa por PzF com x xB este ponto deve ser utilizado para difinir P Método de PonchonSavarit para misturas binárias Condensador Parcial Método de PonchonSavarit para misturas binárias Método gráfico para determinar o número de estágios reais quando a eficiência de Murphree é conhedida ac ab EM 1 1 n n n n M y y y y E a b c 1 ny ny nx 1 nx n