Lista Absorção e Esgotamento em Coluna de Pratos 2021 2

Lista de Absorção e Esgotamento em Colunas de Pratos 1. Uma absorvedora deverá recuperar 97% de álcool etílico presente em uma corrente proveniente de uma fermentação, a qual tem uma vazão de 180 kmol ℎ ⁄ , a 30 0C, 101 kPa e contem 98% molar de CO2. O álcool etílico deve ser removido com H2O a 30 0C e 101 kPa numa coluna de pratos, isobárica e isotérmica, sendo sua vazão 50% superior a mínima. Calcule o número de estágios mínimos. Dados: Pressão de vapor do álcool etílico a 300C e 101 kPa: 10,5 kPa Coeficiente de atividade a diluição infinita do álcool etílico em H2O a 30 0C: 6,0 2. Na produção do gelo seco, o CO2 presente em uma mistura de gases inertes é purificado em uma coluna de absorção com trietanolamina, a solução líquida resultante é aquecida para recuperar o CO2. Sabendo que a mistura gasosa a ser tratada tem 25% em volume de CO2, o qual é absorvido por uma solução 1 molar de trietanolamina 25 0C e 1 atm., calcule: a. A quantidade mínima de solução de trietanolamina para uma vazão de 10 kmol/h da mistura gasosa, de modo que a concentração de CO2na corrente de saída gasosa da absorvedora não exceda a 1 % molar. b. A quantidade mínima de solução de trietanolamina, se este solvente já contiver 0,1 mol de CO2/mol de amina. c.O número de estágios teóricos de equilíbrio necessários para os casos (a) e (b) se a quantidade de solução usada for 50% superior a quantidade mínima. Dados de Equilíbrio a 250C e 1 atm de CO2 – trietanolamina Pressão Parcial CO2 (mmHg) Concentração (mol CO2/mol amina) 1,4 0, 0587 10,8 0, 161 43,4 0, 294 96,7 0, 424 259 0, 612 723 0, 825 3. Em uma coluna de múltiplos estágios, operando em contracorrente sem refluxo, desejamos secar ar úmido utilizando ácido sulfúrico como agente de absorção da umidade. Nas condições de operação, o ar pode ser considerado como insolúvel no ácido e este como não volátil. O ar úmido que desejamos secar contém inicialmente 0,015 Kg de água por Kg de ar seco e o ácido disponível apresenta uma concentração de 83,3% de H2SO4 e 16,7 % de H2O em peso. Se por considerações econômicas a concentração do ácido não pode ser inferior a 40% em peso de H2SO4, pergunta-se: • Qual o ar mais seco que podemos obter nessas condições? • Qual a quantidade de ácido (indicar sua concentração) necessária para se obter 10 Kg de ar seco sob as condições do primeiro item? • Qual o número de estágios de equilíbrio se a inclinação da reta de operação for igual a 1? • Qual a umidade do ar que será obtido sob as condições do último item? Dados de Equilíbrio: Escala Y: 20 cm = 0,02 o de ar Kg O KgH sec 2 Escala X: 20 cm = 2,0 4 2 2 de H SO Kg KgdeH O Y 0,00 0,001 0,0023 0,005 0,007 0,009 0,0108 0,0123 0,0138 0,0147 X 0,00 0,4 0,5 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 4. Deseja-se remover um soluto Q de um óleo pesado por esgotamento com ar. A coluna opera a 60 0C e 2,2 atm. Nesta temperatura e pressão podem ser considerados que o óleo não é volátil e o ar insolúvel no óleo. A vazão de entrada do óleo é 100 hora moles e possui 20 moles % de Q. É necessário reduzir a concentração de Q no óleo para 1 mol %. O ar na entrada é isento de Q e sua vazão molar é 100 hora moles . Os dados de equilíbrio a 60 0C e 2,2 atm podem ser expressos como: Fração molar de Q no gás = 1,5. fração molar de Q no líquido. Determine: • O número de estágios teóricos de equilíbrio. • Vazão mínima de solvente. • Razão máxima       s s V L . 5. O gás que deixa um fermentador consiste de uma mistura ar – CO2 contendo 10moles % de CO2 que deve ser absorvido com uma solução de 5,0 N de trietalonamina, a qual contém 0,04 moles de CO2 por mol de amina. Se a coluna possui 6 pratos teóricos, opera isotermicamente a 25 0C e se o produto líquido conter 0,8 vezes a máxima quantidade dióxido de carbono, calcule: a. Moles da solução de amina / mol de gás na carga. b. Composição do produto gasoso. Dados de Equilíbrio: [Y]=moles de CO2/ mol de ar [X]= moles de CO2 / mol de solução de amina Y 0.003 0.008 0.015 0.023 0.032 0.043 0.055 0.068 0.083 0.099 0.12 X 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.060 0.07 0.08 0.090 0.1 0.11 1. Pretende-se extrair acetona de uma solução aquosa com 20% em massa de acetona, usando benzeno a 150C como solvente. Admita que água e benzeno são totalmente imiscíveis. Calcule: a. As composições do extrato e do rafinado usando 2 kg de benzeno para cada kg de solução a tratar. b.A quantidade de solvente necessária para 100kg de solução aquosa de acetona para a obtenção de 3% em massa de acetona no rafinado. 2. O dioxano presente em 4536 kg/h de uma solução aquosa com 25% em massa de dioxano deve ser extraído com 6804 kg/h de benzeno puro a 25 0C. Admita que o benzeno e a água são insolúveis. Para selecionar o método para a extração mais eficiente, estude analiticamente o efeito do número de estágios de equilíbrio e a respectiva disposição, determinando a porcentagem de dioxano extraída pelo benzeno, quando a extração é realizada das seguintes maneiras: i. Um estágio de equilíbrio. ii.Dois estágios de equilíbrio com as correntes de alimentação e do solvente: a.Em co-corrente. b.Corrente cruzada, usando metade do solvente em cada estágio. c.Em contracorrente. Dados de Equilíbrio líquido – líquido a 250C e 1 atm. 𝑲𝑫 = 𝒀(𝒇𝒂𝒔𝒆 𝒐𝒓𝒈â𝒏𝒊𝒄𝒂) 𝑿(𝒇𝒂𝒔𝒆 𝒂𝒒𝒖𝒐𝒔𝒂) = 𝟏, 𝟐 3. Faça o diagrama em base ternária e o diagrama em base isenta de solvente (diagrama de Janecke) para o sistema propano (solvente) - ácido oléico (rafinado) – óleo de algodão (soluto), a 98,50C e 625 psia. Em cada diagrama determine a composição das duas fases presentes na mistura cuja composição global é em % molar: zc=0,10 e zs=0,30 Dados Experimentais do Sistema: Propano – Ácido Oléico – Óleo de Algodão Curva Extrato (%molar) Curva Rafinado (%molar) yc ys xc xs 0 0,970 0 0,360 0,025 0,955 0,050 0,365 0,050 0,945 0,100 0,380 0,075 0,925 0,150 0,400 0,200 0,410 0,250 0,430 0,300 0,440 0,350 0,460 0,365 0,500 0,450 0,550 Dados da Curva de Distribuição: xc yc xs ys 0,10 0,01 0,38 0,965 0,175 0,02 0,41 0,960 0,230 0,03 0,42 0,950 0,325 0,05 0,45 0,935 0,365 0,06 0,47 0,925 0,410 0,07 0,53 0,920 4.A acetona presente em 2000 kg/h de uma solução aquosa com 50% (em massa) de acetona deve ser extraída em contracorrente a 25 0C e 1 atm em um extrator com multiestágios com 2000 kg/h de tricloroetano (TCA). Deseja-se que a composição final de acetona na fase rafinado seja de 4% em massa. Determine: i. As vazões e as composições das correntes de saída do extrator. ii.O número de estágios de equilíbrio. 5.Dispomos de 1500 kg/h de uma solução aquosa com 50% em massa de piridina. Deseja-se reduzir a concentração de piridina desta solução para menos de 3% em massa através de um processo em contracorrente, usando clorobenzeno como solvente. Calcule: i.A quantidade mínima de clorobenzeno que se pode usar. ii.O número de estágios sabendo que se usam 1500 kg/h de clorobenzeno. iii.As quantidades das correntes das correntes de extrato e de rafinado que deixam o extrator. Dados de Equilíbrio do Problema 4. Dados de Equilíbrio do Problema 5; 6. 1000 lb/h de uma solução 40% molar de ácido acético em água é misturada com 1000 lb/h de éter isopropílico puro a 25°C. As duas fases resultantes são separadas e a solução aquosa é misturada novamente com 1000 lb/h de éter isopropílico. Duas novas fases resultam do processo. a) Que porcentagem de ácido acético da carga inicial permanece na fase aquosa após o segundo estágio? b) Para as mesmas condições do item (a), isto é, de rafinado final e mesma relação solvente/carga e escoamento em contra corrente, qual seria a composição da fase extrato final e quantos estágios seriam necessários? Dados de Equilíbrio a 25 0C e 1 atm.(% em peso) Fase Orgânica Fase aquosa Ácido Acético Éter H2O Ácido Acético Éter H2O 2,4 96,7 0,9 8,1 1,8 90,1 3,2 95,7 1,1 8,6 1,8 89,6 5,0 93,6 1,4 10,2 1,5 88,3 9.3 88.6 2.1 11.7 1.6 86.7 24.9 69.4 5.7 17.5 1.9 80.6 38.0 50.2 11.8 21.7 2.3 76.0 45.2 33.6 21.2 26.8 3.4 69.8 Dados da Curva Binodal (% em peso) 7. O sistema docosano–difenilhexano(DPH)-furfural representa o sistema mais complexo encontrado no refino de óleos lubrificantes. 500 h Kg de uma mistura com 40% em peso de DPH em docosano é continuamente separado em uma coluna de extração que opera a 45 0C e 1 atm, com 500 h Kg de um solvente que contém 98% em peso de furfural e 2% em peso de DPH produzindo um produto rafinado que contém 5% em peso de DPH. Calcule o número de estágios teóricos de equilíbrio necessários e a vazão de DPH na fase extrato. Ácido Acético Éter H2O 45.37 29.70 24.93 44.55 22.45 33.00 39.57 13.42 47.01 36.23 9.66 54.11 24.74 2.74 72.52 21.33 2.06 76.61 0 0.6 99.4 0 99.5 0.5 Dados de Solubilidade do Sistema Docosano-DPH-Furfural a 45 0C e 1 atm. Docosano DPH Furfural 96.0 0.0 4.0 84.0 11.0 5.0 67.0 26.0 7.0 52.5 37.5 10.0 32.6 47.4 20.0 21.3 48.7 30.0 13.2 46.8 40.0 7.7 42.3 50.0 4.4 35.6 60.0 2.6 27.4 70.0 1.5 18.5 80.0 1.0 9.0 90.0 0.7 0.0 99.3 Dados de Equilíbrio do sistema Docosano-DPH-Furfural a 45 0C e 1 atm: Fase rica em docosano Fase rica em Furfural Docosano DPH Furfural Docosano DPH Furfural 85.2 10.0 4.8 1.1 9.8 89.1 69.0 24.5 6.5 2.2 24.2 73.6 43.9 42.6 13.3 6.8 40.9 52.3 .