Parte 4-2

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Processos Químico II 
Escolha do Separador e Reciclo 
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO 
Parte 4.2 
Em uma mistura, o vapor sempre será 
mais rico no componente + volátil e o 
líquido no menos volátil. 
 
A diferença entre as composições do líquido e do vapor em 
uma mistura multicomponentes em equilíbrio é o princípio 
da separação por destilação. 
Mistura de 40% A + 60%B 
 
Aquecer de T1 a Tb: a 
mistura entra em ebulição. 
 
 
Composição do vapor em 
equibilibrio 
80% A e 20% B 
A 
Razão de Equilíbrio K 
É a razão entre as frações molares de um componente nas 
fases líquida e vapor. 
K = y/ x 
y = fração molar na fase vapor. 
x= fração molar na fase líquida. 
 
 K significa componente + volátil. 
Volatilidade relativa 
Fornece uma ideia da facilidade de separação dos 
componentes de uma mistura por destilação. 
É a relação entre as constantes de equilíbrio 
ab = Ka / Kb = (ya/xa)/ (yb/xb) = P
v
a / P
v
b 
 
Quanto maior for a Pressão de vapor de uma substancia. 
 
Maior é a sua volatilidade. 
Volatilidade relativa 
 
 
 
Se α >> 1 : é muito + fácil vaporizar a do que b (α > 2) 
Se α entre 1 e 1,5: os dois vaporizam igualmente, logo 
será difícil separar a de b (torre alta, taxa de refluxo alta). 
Se α = 1: não se pode separar por destilação 
ab = Ka / Kb = (ya/xa)/ (yb/xb) = P
v
a / P
v
b 
Informações disponíveis para o projeto 
Torre de destilação 
 Vazão da alimentação 
 Composição da alimentação 
 Temperatura e a pressão da alimentação 
 
 Especificações dos produtos de topo e de fundo. 
 
Assumir que as perdas térmicas são desprezíveis. 
 
Condensação: total ou parcial. 
 
 
 Pressão   temperatura de condensação, e assim permitir (se 
possível) o uso H2O/Ar frio no condensador 
(segurança, custo). 
Pode ser necessário o uso de fluidos refrigerante no condensador 
(custo ) 
 Motivo: dificuldade operacional, Segurança e custo 
Solução: Absorção, Adsorção, separação por membrana. 
Limitações da Destilação 
(Exemplos): 
1) Mistura de componentes com baixa massa molar: 
Problema: decomposição do material. 
Solução: Tentar minimizar a degradação por meio da 
  T ebulição  Vácuo (custo). 
 
2) Mistura de componentes de alta massa molar e sensível ao 
calor: 
3) Separação de um liquido volátil de um componente não 
volátil. – Não se aplica 
 
Solução: Evaporação ou Secagem 
4) Mistura de componentes, onde um (ou mais) está em 
baixíssima concentração: 
Problema: O processo de destilação não é recomendado 
Solução: Absorção ou Adsorção 
 
5) Separação de classes de componentes (ex. separar em uma 
mistura os aromáticos dos alifáticos): 
Não se aplica porque o critério de separação é a volatilidade 
Solução: extração liquido-liquido 
 
 
Escolha da Pressão de Operação 
Se a Pressão : 
 + difícil é a operação (volatilidade relativa ): + estágios ou refluxo 
são necessários para ocorrer a separação. 
  Temperatura no refervedor: limitar pela T de degradação do 
material a ser vaporizado 
  Temperatura no condensador 
  Densidade do vapor  resultado em colunas de menor diâmetro 
 
Se a Pressão : ocorre o oposto, devendo evitar, quando possível, a 
operação vácuo e uso de fluido refrigerante no condensador (custo). 
Observações: 
 
Tentar evitar a operação a vácuo ou o uso de fluido 
de refrigeração no condensador. 
 
Ponto de partida: Pressão próximo a ambiente de 
modo a permitir o uso de água ou ar no 
condensador. 
 
 
Escolha da Pressão de Operação 
Destilação de Misturas com volatilidade relativa 
baixa ou que formam azeótropo 
Azeótropo: 
É uma mistura de duas ou mais substâncias que, a uma certa 
composição, possui um ponto de ebulição constante e fixo, como se 
fosse uma substância pura, não podendo, por isso, seus 
componentes serem separados por processo de destilação simples. 
 
Se a composição do Azeótropo depender da PRESSÃO 
Solução: Separar alterando a pressão de destilação – duas colunas 
(Nota: sem ocorrer degradação). 
Azeotropo de mínimo ponto 
de ebulição. 
Sequenciamento de colunas 
Misturas com + 3 componentes (sem formação de 
azeótropo) 
Direta: recupera primeiro o + leve 
Indireta: recupera primeiro o + pesado. 
Column sequences for a five-component mixture 
Sequenciamento de colunas 
 
REGRAS HEURISTICAS 
 
Exemplos: 
1. Remova primeiro os componentes + perigosos 
2. Remova primeiro os componentes corrosivos 
3. Remova “logo” os componentes reativos, monômeros ou 
aqueles que se degradam facilmente. 
4. Remova os Produtos como destilado (topo da coluna) 
Sequenciamento de colunas 
 
REGRAS HEURISTICAS 
Exemplos: 
 
5. Remova como destilado as correntes que serão 
recicladas (evitar a contaminação com materiais pesados 
que tendem a se formar e acumular no fundo da coluna). 
6. Se o produto desejado apresentar tendência de sofrer 
qualquer reação no refervedor (decomposição, 
polimerização), este não poderá ser obtido como produto 
de fundo da coluna. 
Sequenciamento de colunas 
Heurísticas para sequenciamento de colunas de 
destilação simples: 
 
1. Deixar por último a separação onde a volatilidade relativa é 
próxima a 1, ou seja, deixar as separações difíceis por último. 
2. Remover primeiro os componentes mais leves (um por um) no 
topo da coluna – Favorecer a sequência direta. 
3. Remover primeiro o componente que está em maior 
quantidade. 
4. Favorecer a divisão equimolar das vazões de fundo e topo das 
colunas 
Heurística 1: Deixar por último a separação onde a 
volatilidade relativa é próxima a 1 (+ difícil por último) 
Separar D/E por último. 
Heurística 2: Favorecer a sequência direta 
 
A/ BCDE; B/ CDE; C/ DE; D/E. 
Heurística 3: Remover primeiro o componente que está em 
maior quantidade 
 
Remover E primeiro ( a primeira coluna ABCD / E). 
Heurística 4: Favorecer a divisão equimolar das vazões de 
fundo e topo das colunas 
 
topo da primeira coluna ABC (408,3kmol/h), fundo DE(498,9 
kmol/h). 
Exemplo: PRODUÇÃO DE MONOCLORODODECANO A 
PARTIR DO DECANO E CLORO 
 
 C10H22 + Cl2  C10H21Cl + HCl 
 DEC MCD 
 
 Reação lateral C10H21Cl + Cl2  C10H20Cl2 + HCl 
 MCD DCD 
 
 
 
 
Notas: DCD não é desejado; HCl pode ser vendido. Assumir que a separação será 
feita por destilação. 
 
1) Propor fluxograma de separação para as seguintes condições 
 
a) Conversão parcial e quantidade estequiométricas dos reagentes 
 
b) Conversão parcial e excesso de Cl2 
 
c) Conversão parcial e excesso de DEC 
 
2) Quais das propostas é mais efetiva para suprimir a reação lateral? 
Material Massa molar T. ebulição K Custo $/kmol 
HCl 36 188 0,35 
Cloro 71 239 0,21 
DEC 142 447 0,27 
MCD 176 488 0,45 
DCD 211 514 0 
a) Conversão parcial e quantidade estequiométricas dos reagentes 
b) Conversão parcial e excesso de CLORO 
O excesso de cloro “força” a conversão completa do DEC. Na pratica, 
haverá traços de DEC no efluente do reator. Não é necessário separar, 
pode ser reciclado junto com o cloro ou sair como impureza no produto 
MCD ( desde de que atenda a especificação). 
c) Conversão parcial e excesso de Cl2 
O excesso de DEC “força” a conversão completa do cloro. Na pratica, 
haverá traços de cloro no efluente do reator. Não é necessário separar, 
pode ser reciclado juntocom o DEC ou sair como impureza no produto 
MCD (desde de que atenda a especificação). 
 
PROPOSTA MAIS EFETIVA é a C 
Definição da Estrutura de Reciclo de um Processo 
A decisão é principalmente econômica 
 
Produção de Benzeno a partir do Tolueno 
 
C6H5CH3 + H2  C6H6 + CH4 
 
 
Obs: Metano: impureza na alimentação 
 
 
 
 
Temperatura normal de ebulição 
 Metano: -161 oC 
 Hidrogênio: -252oC 
 Benzeno: 79,8oC 
 Tolueno: 110oC 
Reação~ 700C/40bar Razão H2:tolueno = 5:1 
Corrente 9: Bz + Tol. + H2 + CH4 
Separação da mistura : Hidrogênio + Metano 
 
 Metano: -161 oC 
 Hidrogênio: -252oC 
 
Possibilidades: 
 Destilação 
 Absorção 
 Adsorção 
 Separação por membrana 
 Não separar 
Reação~ 700C/40bar Razão H2:tolueno = 5:1 
Reciclo 
 Conversão parcial do Reator 
Reciclo 
 Formação de Subprodutos 
Purga: 
Reduz custo de Separação ( menos um 
separador). 
 
Perda de matéria-prima. 
 
Tratamento de efluente 
 
Aplicável para componentes voláteis 
Reciclo 
 Reciclo com o objetivo de aumentar a Seletividade. 
 
 
Reciclo 
 Impurezas na alimentação 
Reciclo 
 Diluentes e Solventes 
Reciclo 
 Carreador de Calor