LISTA - DESTILAÇÃO _251018_201719

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