OP3_Aula 04_Destilação1

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Destilação 
Profa. Dra. Lorena Oliveira Pires 
Engenharia Química 
Instituto de Química 
Unesp - Araraquara 
 
Cálculos de Projeto 
 
Condições Terminais 
• Para misturas binárias: 
 Balanço Total 
 Balanço do componente mais volátil 
WDF xWxDxF
WDF
... +=
+=
 
Cálculos de Projeto 
• Condições terminais 
• Número de placas teóricas 
 Lewis-Sorel 
 McCabe-Thiele 
 Ponchon-Savarit 
 Fenske 
• Número de placas reais 
 
Método de Lewis-Sorel 
• Hipóteses Simplificadoras 
 
 Entalpia de mistura desprezível 
 Perdas de calor pela coluna desprezíveis 
 Líquido se aquece a medida que desce pela coluna 
 Vapor esfria na direção do condensador 
 O calor necessário para aquecer o líquido vem somente do vapor 
2 
 
 Supor que Vt = Vt-1 = ... = V na seção de retificação 
 Supor que Lt = Lt-1 = ... = L na seção de retificação 
 V’ e L’ para a seção de esgotamento 
 
McCabe-Thiele 
• Sendo válidas as hipóteses simplificadoras de Lewis, as equações dos BM são duas 
retas no diagrama xy denominadas retas de trabalho 
'1'
'
1
.
.
.
.
V
xW
x
V
L
y
V
xD
x
V
L
y
W
mm
D
nn
−=
+=
+
−
[11a] reta de trabalho para a seção de retificação (RTR)
[15a] reta de trabalho para a seção de stripping (RTS)
 
• Para simplificar: 
 
''
' .
.
.
.
V
xW
x
V
L
y
V
xD
x
V
L
y
W
D
−=
+= [11b]
[15b]
Coeficientes angulares 
das retas de trabalho
n
n + 1
n - 1
y x
y
y x
x
Relação de 
Equilíbrio
Balanço de 
Massa
 
 Sem os respectivos índices 
 Se aplicam a pares de valores de x e y 
 Correspondem às composições das correntes que se cruzam entre duas placas da coluna 
• No método anterior (Lewis-Sorel): 
 Aplicação alternada de RE e BM 
 Partindo de xw, utilizamos RE e obtivemos yw 
 Com yw, utilizamos BM e obtivemos x1 
 E assim sucessivamente calculamos y1, x2, y2, x3... 
 Mesmo método empregado em McCabe-Thiele, porém, 
graficamente 
Interseções das retas de trabalho 
• RTR cruza a diagonal em xi = xD 
x
y
RTR
RTS
xDxW
1+
=
r
x
y D
3 
 
• RTS cruza a diagonal em xi = xW 
 
• RTR cruza os eixos verticais 
 
 x=0 → 
 
 x=1 → 
 
• Alimentação → líquido saturado à T da placa 
de alimentação 
( )
FC
FWDC
WCDC
xx
xFxWxDxLL
xWxLxDxL
FLL
=
=+=−
−=+
+=
....
....
'
'
'
 
• Igualando RTS à RTR 
 Coordenadas do ponto de cruzamento (xC) 
 
Reta de Alimentação 
• O Balanço de Energia (BE) aparece no prato da alimentação 
• Prato de alimentação (prato f)→ mais alto da região de esgotamento (stripping), 
imediatamente abaixo da alimentação F 
ffffF HVhLHVhLhF
VLVLF
..... '1
'
1
''
+=++
+=++
−+ 
• Considerações: 
 Proximidade dos valores de entalpia dos líquidos 
 Proximidade dos valores de entalpia dos vapores 
• q → fração da alimentação que é adicionada à corrente líquida, que vem de cima 
Reta de Alimentação 
 
1
1
+
+
=
+
=
r
xr
y
r
x
y
D
D
Y
RTR
RTS
X
xF
4 
 
 ff
Ff
hH
hH
q
−
−
=
 
 
• Possível calcular o valor de q 
• Diretamente relacionado com o tipo de alimentação 
 
Alimentação Condição Valor de q Relações entre as vazões
Líquido Saturado hF = hf 1 L’ = L+F V = V’
Vapor Saturado HF = Hf 0 L’ = L V = V’+F
Líquido frio hF < hf > 1 L’ > L+F V < V’
Vapor superaquecido HF > Hf < 0 L’ < L V > V’+F
Parcialmente vaporizada hf <hF < Hf 0 < q < 1 L’ = L + q.F V = V’ + (1-q).F
Entalpia do vapor na colunaEntalpia do líquido na 
coluna Entalpia da alimentação
 
• Cruzamento das duas retas de trabalho 
• Subtraindo membro a membro a RTS da RTR 
1
.
1
...
...
''
−
−
−
=
−=
+=
q
x
x
q
q
y
xWxLyV
xDxLyV
F
W
D
Coeficiente angular de uma reta
Reta que cruza a diagonal (y = x) no 
ponto correspondente à alimentação, 
xF
 
• Inclinação 
5 
 
 
Etapas McCabe-Thiele 
• Traçar a reta de alimentação 
• RA começa em xF na diagonal e tem coeficiente angular q/(q-1) 
• Traçar a RTR 
• Marcar o ponto na diagonal y = xD 
• Calcular o valor de y para x = 0 
• RTR com coeficiente angular L/V 
• Com o valor de xW (variável de projeto) traçar a RTS 
• Com xw obtém-se yw (sobre a curva de equilíbrio). Com yw obtém-se x1 (sobre a 
RTS); 
• Com o valor de x1, é possível determinar y2 na curva de equilíbrio e, na 
sequência, x2 na RTR e assim sucessivamente. Atenção para a mudança de 
RTS para RTR ao passar pela alimentação