Exercícios Destilação Flash

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<p>Exercícios – Operações Unitárias III</p><p>Destilação Flash e Destilação Binária</p><p>Profª. Drª. Gisele Atsuko Medeiros Hirata</p><p>Parte 1 - EXERCÍCIOS DESTILAÇÃO FLASH</p><p>1) Exercícios resolvidos em sala de aula</p><p>2) Deseja-se separar uma mistura de metanol e água em um vaso flash a 1 atm de pressão.</p><p>Os dados de equilíbrio estão apresentados na Tabela 1.</p><p>Tabela 1. Dados de equilíbrio vapor-líquido para metanol (A) – água (B) (p = 1 atm)</p><p>xA (%) yA (%) T (°C) xA (%) yA (%) T (°C)</p><p>0 0 100 40 72,9 75,3</p><p>2 13,4 96,4 50 77,9 73,1</p><p>4 23 93,5 60 82,5 71,2</p><p>6 30,4 91,2 70 87 69,3</p><p>8 36,5 89,3 80 91,5 67,6</p><p>10 41,8 87,7 90 95,8 66</p><p>15 51,7 84,4 95 97,9 65</p><p>20 57,9 81,7 100 100 64,5</p><p>30 66,5 78</p><p>a) A alimentação é de 60 mol% de metanol, e 40% da corrente alimentada é vaporizada.</p><p>Quais são as frações molares do vapor e do líquido e as respectivas vazões? Assuma</p><p>uma alimentação de 100 kmol/h.</p><p>b) Se a alimentação é de 30 mol% de metanol e deseja-se chegar a um produto líquido</p><p>com 20 mol% de metanol, qual é a relação V/F e as composições dos produtos?</p><p>Considere uma alimentação de 1000 lbmol/h.</p><p>c) O vaso é operado de forma a obter um produto líquido com 45 mol% de metanol. L</p><p>= 1500 kmol/h e V/F = 0,2. Quais é a composição e a vazão da carga alimentada?</p><p>d) Se z = 0,4 e T = 77°C, encontre V/F, x e y.</p><p>3) Um vaso de destilação flash opera a pressão de 101,3 kPa e é utilizado para separar uma</p><p>mistura etanol-água. A mistura alimentada é de 40 mol% de etanol e F = 100 kmol/h. Os</p><p>dados de equilíbrio vapor-líquido são dados na Figura a seguir. Determine:</p><p>a) Quais são a composição máxima de etanol na fase vapor e a composição mínima de</p><p>etanol na fase líquida, assumindo que V/F é permitido variar livremente?</p><p>b) Se V/F = 2/3, quais são as composições das fases líquida e vapor?</p><p>c) Repita (b) dado que F é especificado como 1000 kmol/h.</p><p>4) Uma mistura contendo 70 mol% de benzeno e 30 mol% de tolueno a temperatura</p><p>ambiente, na qual os componentes são miscíveis em qualquer proporção, é alimentada em</p><p>uma sequência de 2 vasos flash ligados em série. A saída da corrente da fase líquida do</p><p>primeiro vaso flash é alimentada no segundo, como indicado na Figura. O processo é</p><p>conduzido a uma pressão constante de 1 atm. Os dados de equilíbrio L-V estão disponíveis</p><p>no diagrama a seguir.</p><p>Calcule o que se pede para cada um dos cenários:</p><p>I. Considere ambos os vasos flash com uma fração vaporizada de 50%;</p><p>a) Quais são as composições de benzeno das correntes de vapor que deixam os 2 vasos?</p><p>b) Quais são as temperaturas de operação dos 2 vasos?</p><p>c) Comparando as composições do benzeno nas correntes de líquido e de vapor dos</p><p>vasos, qual é a corrente que está ficando mais rica em benzeno (líquida ou vapor)?</p><p>Justifique.</p><p>II. Considere os vasos flash com temperaturas de 90°C e 95°C, respectivamente:</p><p>a) Quais são as composições de benzeno das correntes de vapor que deixam os 2 vasos?</p><p>b) Quais são as frações vaporizadas nos 2 vasos?</p><p>5) Dois vasos flash são conectados como mostrado na Figura. Ambos estão a 1 atm de</p><p>pressão. A alimentação do primeiro vaso é uma mistura binária de metanol e água com 55</p><p>mol% de metanol. A vazão alimentada é de 10.000 kmol/h. O segundo vaso opera com V2/F2</p><p>= 0,7 e a composição do produto líquido é de 25 mol% de metanol. Os dados de equilíbrio</p><p>estão apresentados na Tabela 1 (exercício 1).</p><p>a) Qual é a fração vaporizada no primeiro vaso?</p><p>b) Quais são os valores de y1, y2, x1 e x2?</p><p>Parte 2 - EXERCÍCIOS DESTILAÇÃO DE MISTURAS BINÁRIAS</p><p>1) Exercícios resolvidos em sala de aula</p><p>2) Uma coluna de destilação é alimentada com 100 kmol/h de uma mistura ETANOL(1) -</p><p>ÁGUA(2) no estado de VAPOR SATURADO. Sabendo-se que as correntes que saem (D e</p><p>W) são de líquidos saturados e que 95% do álcool presente na alimentação F deve ir para a</p><p>corrente D e que a coluna opera a 1 atm. Dados: x1F=0,4 e x1D=0,8, pede-se:</p><p>a) correntes W e D e composição de etanol na corrente W.</p><p>b) razão mínima de refluxo.</p><p>c) utilizando R=1,5 Rmin, qual será o número de estágios ideais.</p><p>d) em que estágio deve ser introduzida a alimentação F.</p><p>Curva de Equilíbrio Etanol-Água a 1 atm.</p><p>0</p><p>.0</p><p>0</p><p>.2</p><p>0</p><p>.4</p><p>0</p><p>.6</p><p>0</p><p>.8</p><p>1</p><p>.0</p><p>0</p><p>.0</p><p>0</p><p>.2</p><p>0</p><p>.4</p><p>0</p><p>.6</p><p>0</p><p>.8</p><p>1</p><p>.0</p><p>y</p><p>etanol</p><p>x</p><p>e</p><p>ta</p><p>n</p><p>o</p><p>l</p><p>3) A separação de misturas de ácidos graxos pode ser feita por destilação. No entanto, para</p><p>evitar degradação térmica é necessário empregar temperaturas inferiores a 250 °C, o que</p><p>implica em uma baixa pressão de operação da coluna (</p><p>refluxo igual a 1, pretende</p><p>obter-se um destilado com 95 mol% do componente mais volátil e um resíduo com 97 mol%</p><p>do componente mais pesado. Calcule:</p><p>a) As vazões das correntes de destilado e de resíduo;</p><p>b) A fração de recuperação do clorofórmio na corrente de destilado e do ácido acético na</p><p>corrente de resíduo;</p><p>c) As vazões internas de líquido e de vapor.</p><p>7) Uma coluna de destilação com um condensador total e um refervedor parcial é usado para</p><p>separar uma mistura etanol-água. A alimentação é constituída de 20 mol% de etanol, vazão</p><p>de 1000 kmol/h e temperatura de 30 °C. São desejadas uma composição de destilado de 80</p><p>mol% de etanol e uma composição de fundo de 2 mol% de etanol. A razão externa de refluxo</p><p>é de 5/3. Encontre a localização ótima para o prato de alimentação e o número total requerido</p><p>de estágios de equilíbrio. A pressão de operação da coluna é de 1 atm. São dados a entalpia</p><p>da corrente de alimentação à 30 °C como 15 kcal/kg e as entalpias do vapor e do líquido</p><p>saturados nas condições da alimentação como 485 kcal/kg e 70 kcal/kg, respectivamente.</p><p>Utilize o diagrama de equilíbrio e aplique o método gráfico de McCabe-Thiele.</p><p>8) Uma corrente de alimentação de 200 mol/h de líquido saturado em seu ponto de bolha</p><p>contendo 42 mol% de heptano e 58 mol% de etilbenzeno é fracionada a 101,32 kPa</p><p>resultando em um destilado contendo 97 mol% de heptano e um produto de fundo contendo</p><p>1,1 mol% de heptano. A razão de refluxo usada é 2,5:1. Determine:</p><p>a) As vazões de destilado e fundo em mol/h.</p><p>b) O número de pratos teóricos.</p><p>c) O número do prato de alimentação</p><p>d) O número de pratos para uma eficiência de Murphree para a fase vapor de 0,55.</p><p>e) A eficiência global para o caso anterior.</p><p>Tabela 1: Dados de equilíbrio heptano-etilbenzeno à 101,32 kPa.</p><p>T (°C) xH yH</p><p>136,1 0 0</p><p>129,4 0,08 0,23</p><p>119,4 0,25 0,514</p><p>110,6 0,485 0,73</p><p>102,8 0,79 0,904</p><p>98,3 1 1</p><p>Respostas: a) D = 85,3 mol/h e W = 114,7 mol/h; b) 10 pratos + refervedor; c) 6° prato a partir do topo.</p>