Exerc- ¦ício complementar_BME_G2

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Ministério da Educação
Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica
Instituto Federal do Rio de Janeiro – IFRJ
Curso: SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM PROCESSOS QUÍMICOS (Mód. 5)
Disciplina: BALANÇO DE MASSA E ENERGIA Profa: SIMONE ALVES
Exercício Complementar
Balanço de Massa e Energia Combinados (sem Reação Química)
Data de entrega: até 22/09
Uma coluna de destilação é alimentada por 10.000 lbm/h (corrente F) de uma solução
contendo 40% Benzeno e 60% Clorobenzeno, à 70ºF. O produto líquido do topo da
coluna contém 99,5% de Benzeno, enquanto o produto de fundo (a corrente de saída do
refervedor) contém 1% de Benzeno. O condensador opera com água que entra à 60ºF e
sai à 140ºF, ao passo que o refervedor trabalha com vapor saturado a 280ºF. A razão de
refluxo de topo (R/P) é de 6:1. Considere que ambos, condensador e refervedor, operem
à 1 atm de pressão, que a temperatura de operação do condensador (correntes de entrada
e saída) é de 178°F e que as temperaturas das correntes do refervedor são,
respectivamente, de 248°F (entrada, L) e 268°F (saída, Vb). Além disso, o vapor que sai
do refervedor (Vb) contém 3,9% de Benzeno.
Calcular:
(a) As vazões mássicas das correntes dos produtos de topo (destilado – corrente P) e de
fundo (corrente B) e de refluxo de topo (ou seja, corrente de líquido de topo que
retoma à coluna - R);
(b) As vazões mássicas das correntes do líquido que entra no refervedor (L) e de vapor
do efluente do mesmo (Vb).
(c) As vazões mássicas da água de resfriamento do condensador (W) e do vapor
consumido no refervedor (S).
Dados adicionais:
1) Composição das correntes: considere percentuais de composição ponderal.
2) Dados de Entalpias específicas do Benzeno e do Clorobenzeno (Temperaturas de
referência: 32ºF)
Temperatura
(ºF) hlíq (Btu/lbm) hvap (Btu/lbm)
Benzeno Clorobenzeno Benzeno Clorobenzeno
70 15,0 11,4 -- --
178 62,0 47,6 170 140
248 93,0 71,6 -- --
268 103,4 79,4 154 126
3) Pesos moleculares: Benzeno = 78,1; Clorobenzeno = 112,6;
2
4) Admitir que o vapor saturado que alimenta o refervedor sai como líquido
saturado. Assim, a carga térmica associada ao refervedor (Qs) pode ser calculada
como: = − = ã á Δh
Dado: Δh da água à 280oF = - 924, 7 Btu/lbm
5) Considerar que Benzeno e Clorobenzeno formam uma mistura ideal, e que,
portanto, a entalpia específica das misturas destes dois componentes pode ser
calculada a partir da composição mássica (wi) e da entalpia específica (hi)
correspondentes dos componentes puros à temperatura da mistura (Tmist), ou
seja:
hmist = ∑
6) Calor específico da água líquida = 1 Btu/lbm. oF (ou seja, constante às
temperaturas de operação do condensador)
Fluxograma Detalhado do Processo:
2
4) Admitir que o vapor saturado que alimenta o refervedor sai como líquido
saturado. Assim, a carga térmica associada ao refervedor (Qs) pode ser calculada
como: = − = ã á Δh
Dado: Δh da água à 280oF = - 924, 7 Btu/lbm
5) Considerar que Benzeno e Clorobenzeno formam uma mistura ideal, e que,
portanto, a entalpia específica das misturas destes dois componentes pode ser
calculada a partir da composição mássica (wi) e da entalpia específica (hi)
correspondentes dos componentes puros à temperatura da mistura (Tmist), ou
seja:
hmist = ∑
6) Calor específico da água líquida = 1 Btu/lbm. oF (ou seja, constante às
temperaturas de operação do condensador)
Fluxograma Detalhado do Processo:
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4) Admitir que o vapor saturado que alimenta o refervedor sai como líquido
saturado. Assim, a carga térmica associada ao refervedor (Qs) pode ser calculada
como: = − = ã á Δh
Dado: Δh da água à 280oF = - 924, 7 Btu/lbm
5) Considerar que Benzeno e Clorobenzeno formam uma mistura ideal, e que,
portanto, a entalpia específica das misturas destes dois componentes pode ser
calculada a partir da composição mássica (wi) e da entalpia específica (hi)
correspondentes dos componentes puros à temperatura da mistura (Tmist), ou
seja:
hmist = ∑
6) Calor específico da água líquida = 1 Btu/lbm. oF (ou seja, constante às
temperaturas de operação do condensador)
Fluxograma Detalhado do Processo: