Operações Unitárias III - Extração de Ácido Acético

OPERAÇÕES UNITÁRIAS III OPIII14 ELL Prof Henrique Cardias Questão 01 100 kg de uma mistura de ácido acéticoclorofórmio com 30 em massa de ácido é tratada a contato simples com 120 Kg de água a 18C com o objetivo de extrair o ácido acético Determine a As composições do extrato e do rafinado b As massa de extrato e de rafinado c As composições do produto extraído e rafinado d As massa de produto extraído e rafinado e O percentual de ácido extraído Os dados de equilíbrio para o sistema são os seguintes Resolver empregando o diagrama do triângulo retângulo Rafinado Extrato CHCl3 H2O CH3COOH CHCl3 H2O CH3COOH 9901 099 000 084 9916 000 9185 138 677 121 7369 2510 8000 228 1772 73 4858 4412 7013 412 2575 1511 3471 5018 6715 520 2765 1833 3111 5056 5999 793 3208 2520 2539 4941 5581 953 2461 2885 2328 4787 M F O ponto M pode ser posicionado por meio de um balanço de massa B F Fx x F M 120 100 30 100 M x 0136 M x 0136 M F A tie line que passa por M pode ser estimada pelo método de Sherwood Graficamente obtemos y1 018 E1 x1 0 045 R1 E1 R1 As massas de extrato e rafinado são obtidas por balanço de massa As composições do produto extraído e rafinado são obtidas graficamente x 0046 y 096 1 1 1 1 x y x M x E M 0 045 18 0 0 045 0136 220 1 E kg E 148 3 1 1 1 E M R kg R 1 71 7 M F E1 RR1 E x 0046 y 096 As massas de produto extraído e rafinado são obtidas por balanço de massa O percentual de ácido acético extraído é então obtido 0 046 96 0 0 046 100 30 E kg E 27 8 E F R kg R 72 2 x y x F x E F F Fx E y 30 100 27 8 0 96 89 0 89 Caso em que o solvente é completamente imiscível no diluente Nesta caso é convenientemente se expressar a composição da fase rafinado e extrato com base nas seguintes relações rafinado extrato Designando A a quantidade de diluente na alimentação de composição xF e B a quantidade de solvente no agente extrator de composição yS um balanço de massa em relação ao soluto C nos fornece De modo que os pontos xFyS e x1y1 estão sob uma reta de inclinação AB Extração líquidolíquido Métodos de Cálculo de A massa x massa de C de B massa y massa de C 1 1 By Ax By Ax S F B A x x y y F S 1 1 Caso em que o solvente é completamente imiscivel no diluente Observe que as concentrações de equilíbrio são obtidas pela interseção da reta com a curva de equilíbrio Extração líquidolíquido Métodos de Cálculo y x Curva de equilíbrio xFyS x1y1 Reta de inclinação AB Para os casos em que a curva de equilíbrio é uma reta distribuição ideal temos que Substituindo na equação geral do balanço e considerando que o agente extrator é o solvente puro Extração líquidolíquido Métodos de Cálculo 1 1 mx y 1 1 Bmx Ax Ax F Bm x F A A x 1 F x A m B x 1 1 1 ou Questão 02 Desejase separar por extração acetona de uma solução aquosa contendo 20 desta empregando o benzeno como solvente Calcule a As composições do extrato e do rafinado se a quantidade de benzeno empregada é de 2 kg por kg de alimentação b A quantidade necessária de solvente para tratar 100 kg de alimentação de modo que a concentração de acetona no rafinado não seja superior a 3 Os dados de equilíbrio para este sistema são os seguintes Rafinado Extrato Benzeno Acetona Água Benzeno Acetona Água 01 50 949 952 47 01 01 10 899 890 108 02 03 20 797 734 261 05 07 30 693 552 430 18 14 40 586 391 565 44 32 50 468 276 639 85 Observe que dentro da faixa de operação alimentação com 20 de acetona podemos considerar que A e B são praticamente imiscíveis Desta forma é mais prático trabalharmos com diagramas do tipo yx A partir dos dados de equilíbrio calculamos x massa de Cmassa de A e y massa de Cmassa de B x y 00526 00494 01112 01213 02509 03556 04329 07789 06826 14450 10684 23152 a Conhecemos os seguintes dados Traçando a reta de inclinação 04 que passa pelo ponto 0250 obtemos as concentrações do extrato e rafinado em equilíbrio 0 25 80 20 x F 0 y S 40 2 80 B A y1 007 x1 007 y1 007 x1 007 b Sendo a concentração máxima de acetona no rafinado de 3 temos que Graficamente obtemos Do balanço de massa temos a seguinte relação Que pode ser reescrita como Logo Para 100 kg de alimentação temos 0 031 97 3 1 x 1 0 033 y 1 1 By Ax Ax F 1 1 y x x A B F 6 63 033 0 0 031 0 25 A B kg de benzenokg de água kg de benzeno B 530 4 6 63 80 Extração a corrente cruzada Processo de extração por etapa onde em cada etapa o rafinado gerado na etapa anterior é submetido a uma nova extração com solvente puro Extração líquidolíquido Métodos de Cálculo 1 Separação do solvente Separação do solvente E R solvente solvente 2 n1 n FxF E1y1 E2y2 En1yn1 Enyn R1x1 R2x2 Rn1xn1 Rnxn B1 B2 Bn1 Bn Extração a corrente cruzada Representação no diagrama triangular Extração líquidolíquido Métodos de Cálculo F B C A R1 R2 R3 E1 E2 E3 M1 M3 M3 E E R Questão 03 100 kg de uma solução de AC contendo 30 de C é submetida a um processo de extração em corrente cruzada empregandose B como solvente A operação se efetua em 3 etapas utilizandose 50 kg de B em cada etapa Determine a A quantidade e a composição do extrato e do rafinado em cada uma das etapas b A quantidade e a composição do produto extraído e do produto rafinado c A concentração máxima de C que poderia se obtida no produto extraído por este método de extração As composições para as fases conjugadas deste sistema são as seguintes Rafinado Extrato A B C A B C 950 50 00 100 900 00 925 50 25 101 820 79 899 51 50 108 742 150 873 52 75 115 675 210 846 54 100 127 611 262 Rafinado Extrato A B C A B C 819 56 125 142 558 300 791 59 150 159 503 338 763 62 175 178 457 365 734 66 200 196 414 390 675 75 250 246 329 425 611 89 300 280 275 445 544 106 350 333 217 450 466 134 400 405 165 430 434 150 416 434 150 416 Primeira etapa F 100 kg B 50 kg xF 03 F 1 150 M B F M F M x Fx 1 M1 Fx x F M 20 150 30 100 M x E1 R1 M1 20 Graficamente obtemos x1 011 e y1 028 As quantidades de E1 e R1 são obtidas por balanço de massa 1 1 1 1 1 1 x y x x M E M 011 28 0 011 20 150 1 E kg E 78 1 1 78 1 150 1 R kg R 1 71 9 Segunda etapa R1 719 kg B 50 kg x1 011 121 9 1 M B R 2 2 1 1 M xM R x 2 1 1 2 M R x xM 0 067 9 121 9 011 71 2 M x E1 R1 M2 67 Graficamente obtemos x2 0031 e y2 01 M1 R2 E2 As quantidades de E2 e R2 são obtidas por balanço de massa Procedendo do mesmo modo que para as etapas anteriores obtemos terceira etapa 2 2 2 2 2 2 x y x x M E M 0 031 10 0 031 9 0 067 121 2 E kg E 64 5 2 64 5 121 9 2 R kg R 57 4 2 x3 0 008 y3 0 023 kg E 3 60 2 kg R 3 47 2 R b Quantidade e composição do produto rafinado x 001 1 de C 99 de A O rafinado final tem aprox 5 de B logo 1 3 3 xB R R R 0 05 47 2 1 R kg R 44 8 b Quantidade e composição do produto extraído Quantidade total de extrato E1 E2 E3 781 645 602 2028 kg Quantidade de C no extrato E1y1 E2y2 E3y3 781x028 645x01 602x0023 297 kg Quantidade de A no produto extraído F1xF R1x 100103 4481001 256 kg Quantidade do produto extraído E E 256 297 553 kg Composição do produto extraído y 297553 054 E E Máxima concentração de C no produto extraído 68