Exercícios Mccabe-thiele e Absorção

FACULDADES OSWALDO CRUZ CURSOS DE QUÍMICA INDUSTRIAL E BACHARELADO OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA QUÍMICA 2 TURMAS 4IX4QX 2 semestre de 2024 Prof Bruno Valente LISTA DE EXERCÍCIOS 20 DA NOTA Exercício 1 Em uma coluna de fracionamento com um condensador total e a pressão de 1 atm pretendese destilar uma mistura com percentagem molar de 30 benzeno e 70 tolueno O destilado deve conter 95 de benzeno enquanto o produto de fundo deve conter 4 de benzeno em bases molares A alimentação está na condição de vapor saturado A curva de equilíbrio da mistura benzenotolueno pode ser encontrada no material de apoio Figura 1 Use como base de cálculo F 100 molh Portanto pedese a Qual é a mínima razão de refluxo b Qual é o número de estágios mínimos para a coluna operando no modo de refluxo total c Sabendo que a razão de refluxo de operação é 8 vezes maior que a mínima determine o número de estágios teóricos e a localização ótima da alimentação d Qual seria o número de estágios de equilíbrio se a alimentação estivesse no seu ponto de bolha mantendo a mesma razão de refluxo Figura 1 Diagrama xy para a mistura binária benzeno A tolueno B a pressão constante de 1 atm FACULDADES OSWALDO CRUZ CURSOS DE QUÍMICA INDUSTRIAL E BACHARELADO OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA QUÍMICA 2 TURMAS 4IX4QX Exercício 2 Uma corrente total de 200 molh com uma composição de 42 mol de heptano e 58 mol de etil benzeno está sendo fracionada a 1 atm resultando em um destilado com 97 mol de heptano e uma corrente de fundo com 11 mol de heptano A alimentação entra na torre parcialmente vaporizada uma vez que 40 mol é líquida e 60 mol é vapor Baseado nisto calcule a As correntes de destilado e de fundo b A razão mínima de refluxo c O mínimo de estágio teóricos necessários para a separação d O número de estágios teóricos requeridos para uma razão de refluxo de operação 251 e O estágio ótimo de alimentação Dados do equilíbrio Use a Figura 2 para plotar Figura 2 Diagrama xy para mistura binária heptanoetil benzeno a pressão constante FACULDADES OSWALDO CRUZ CURSOS DE QUÍMICA INDUSTRIAL E BACHARELADO OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA QUÍMICA 2 TURMAS 4IX4QX Exercício 3 Desejase absorver 95 da acetona de uma corrente de ar contendo 2 mol de acetona em uma coluna de absorção em contracorrente O gás total alimentado na coluna é de 40 kmolh e vazão total de água pura usada para absorver a acetona é de 120 kmolh O processo é operado isotermicamente à 300 K e a uma pressão total de 1013 kPa A relação de equilíbrio para a acetona é y 253 x Determine graficamente o número de estágios teóricos requeridos para a separação Exercício 4 O gás produzido por um processo de fermentação alcoólica consiste em uma mistura arCO2 contendo 10 mol de CO2 que é absorvido em uma solução de amina contendo 004 mol de dióxido de carbono por mol de solução de amina Se a coluna de absorção opera isotermicamente à 25C se o produto líquido contém 784 de CO2 do gás alimentado no absorvedor e se a absorção é conduzida por uma coluna de 6 estágios teóricos calcule a A quantidade de mol de solução de amina requerida por mol de ar b A composição do gás de saída Exercício 1 Temos F 100 molh xF 030 xD 095 e xB 004 sabendo também que q 0 alimentação como vapor saturado RA horizontal A Na operação com razão mínima de refluxo temos a ROR partindo do ponto xDxD e passando pela interseção entre a reta de alimentação linha horizontal q0 e o diagrama de equilíbrio e assim obtemos bmax Neste caso então bmax 018 e B O número de estágios é mínimo quando temos razão de refluxo infinita e bmin 0 ou seja a ROR e a ROE coincidem com a reta yx Assim temos Ou seja temos Nmin 7 C Temos R 8428 3424 Assim temos na ROR Temos n 7 valor igual ao de pratos mínimos pois operouse com uma razão de refluxo alta Assim NPT 71 6 pratos teóricos com a alimentação acontecendo no sexto destes D Se a alimentação fosse no ponto de bolha teríamos fração de líquido saturado igual a 100 ou seja q 1 RA vertical Neste caso então O número de estágios não se altera mas agora a alimentação ocorre no quinto prato Exercício 2 Diagrama de equilíbrio com os pontos fornecidos e a curva traçada A Balanço de massa global Balanço de massa para o heptano Assim B Temos 40 molar de líquido então q 04 Assim a reta de alimentação é Assim além do ponto xF xF temos também o ponto 0 07 pertencente a essa reta Traçando no diagrama e efetuando o mesmo procedimento do exercício anterior encontramos bmax 036 Assim analogamente ao exercício anterior C Para encontrar o número mínimo de estágios teóricos fazemos a ROR e a ROE coincidirem com a linha yx ou seja Assim Nmin 8 D Operando com R 25 temos Assim a ROR passa pelos pontos xDxD e 0 0277 Dessa forma temos Temos assim n12 e NPT 121 11 pratos teóricos E O estágio ótimo de alimentação é o sétimo estágio pois é neste que a RA cruza as linhas estabelecidas entre as retas de operação e a curva de equilíbrio Exercício 3 Temos Dados VN1 40 kmolh yAN1 002 L0 120 kmolh xA0 0 consequência L L0 y 253x equilíbrio Começamos encontrando a vazão de acetona que entra na coluna E a vazão de gás livre de acetona Como 95 da acetona que entra é absorvida temos Assim fazendo um balanço de massa para acetona sabendo que LA0 0 pois xA0 0 temos Agora podemos encontrar Assim a reta de operação vai de x0yA1 0 00010 até xANyAN1 0006 002 e a reta de equilíbrio é dada pela equação acima Construímos os gráficos no Geogebra usando como limite superior um valor maior que xAN por exemplo x 0008 Ou seja temos Assim observamos graficamente que são necessários sete estágios Exercício 4 Temos Dados yAN1 01 xA0 004 Base de cálculo VN1 1 mol de ar CO2 na entrada Assim temos E como temos CO2 entrando na corrente L0 a quantidade que sai será numericamente igual a Balanço de massa para o CO2 Assim temos a composição do gás na saída Assim temos a equação Também podemos escrever a composição na saída do líquido como Portanto resolveremos de forma iterativa Chutamos um valor inicial para L neste caso faremos L 0 e com isso obtemos xAN e com este atualizamos o valor de L e assim de forma repetida até que tenhamos convergência Plotando as duas expressões no Geogebra om L y e xAN x vemos que ocorrem duas interseções mas apenas uma delas é fisicamente possível para a outra L é negativo A interseção que ocorre próxima a x 1 tem como resultado xAN 0999509 L 00000385351 mol