Avaliação de Operações Unitárias I - Destilação

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TEQ/UFF 
1ª Avaliação de Operações Unitárias I – 03/04/2014 
Nome: 
 
1ª Questão: Deseja-se separar, em uma coluna de destilação que opera a 1 atm, 4600 mol h-1 de 
uma mistura contendo 40% molar de n-heptano (espécie leve) e 60% molar de etilbenzeno. A 
alimentação encontra-se parcialmente vaporizada (em termos molares, 20% da alimentação 
encontram-se no estado líquido). O produto de topo deve conter 85% molar de n-heptano, 
enquanto o produto de fundo deve conter 90% de etilbenzeno. A coluna opera com um 
condensador total e um refervedor parcial. O diagrama xy (ELV) para o sistema, a 1 atm, é 
apresentado nas Figura 1a e 1b. 
Considerando válidas as hipóteses necessárias, determine com auxílio do método gráfico de 
McCabe-Thiele: 
a) (0,5 pto) O número mínimo de estágios de equilíbrio necessários para efetuar a separação 
(use a Fig. 1a) 
b) (0,75 pto) O refluxo mínimo (use a Fig. 1a) 
c) (0,75 pto) A localização ótima do estágio de alimentação (use a Fig. 1b) 
d) (3 pts) O número de estágios (teóricos) de equilíbrio necessários, para um refluxo externo 
(L/D=R) 40% maior que o refluxo mínimo e para alimentação introduzida um estágio 
abaixo da localização ótima determinada em (c). (use a Fig. 1b) 
e) A vazão molar de destilado produzido na coluna 
a. (0,5 pto) Com base na composição do produto de fundo (xB=0,1) especificada 
originalmente 
b. (0,5 pto) Com base na composição do produto de fundo determinada no item (d) 
2ª Questão: Na Figura 2 está representado o resultado da aplicação do método de McCabe Thiele 
a uma mistura de metanol (espécie leve) e água, a ser separada por destilação em uma coluna de 
pratos que opera com refervedor parcial e condensador parcial (o destilado consiste apenas de 
vapor). Com base nas informações obtidas desta figura, determine: 
a) (1 pto) A razão R/Rmin empregada na operação da coluna 
b) (1 pto) O estado da alimentação (líquido sub-resfriado, líquido saturado, líquido + vapor, 
vapor saturado ou vapor superaquecido), a partir do valor calculado para “q” 
c) (1 pto) A vazão de destilado que seria obtida com a alimentação introduzida no estágio 
ótimo 
3ª Questão: (1 pto) Uma mistura binária (espécies A e B), no estado de líquido saturado e 
contendo 50% molar da espécie A (mais volátil), é alimentada ao segundo prato de uma coluna 
que opera a 1 atm e é formada por um refervedor parcial, três pratos teóricos e um condensador 
total, como ilustrado na Figura 3. O refluxo no refervedor ( 
 
 ⁄ é igual a 2. O produto de 
fundo contém 10% molar da espécie A. Utilizando o diagrama xy para a mistura, apresentado na 
Figura 4, estime a composição do produto de topo para as condições descritas. 
 
 
 
 
 
 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
y1
y2 x1( )
x1
 
Figura 1a – Diagrama xy para o sistema n-heptano/etilbenzeno, a 1 atm 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
y1
y2 x1( )
x1
 
Figura 1b – Diagrama xy para o sistema n-heptano/etilbenzeno, a 1 atm 
 
 
Figura 2 – Diagrama xy para o sistema metanol/água, a 1 atm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Coluna de destilação para a Questão 3. 
 
 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
y i
xi
xi
 
Figura 4. Diagrama xy para a mistura AB (Questão 3) 
 
D 
B 
F 
L 
 
 
 
Prato 1 
Prato 2 
Prato 3 
Refervedor 
xF 
 xD 
XB 
Formulário 
 
Variáveis e Equações para uso com o método de McCabe-Thiele 
 
(Vazões molares constantes em cada seção da coluna) 
 
L = vazão molar de líquido na seção de topo 
V = vazão molar de líquido na seção de topo 
F = vazão molar de alimentação 
 = vazão molar de vapor na seção de fundo 
 = vazão molar de líquido na seção de fundo 
D = vazão molar do produto de topo (destilado) 
B = vazão molar de produto de fundo 
 
Composições (em termos da espécie mais volátil do sistema binário) 
 = fração molar na alimentação 
 = fração molar no produto de topo 
 = fração molar no produto de fundo 
 
R = razão de refluxo ou refluxo externo 
 = refluxo no refervedor 
 
q = fração de alimentação no estado líquido 
 
1. Reta de Operação da Seção de Topo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Reta de Operação da Seção de Fundo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Reta q (alimentação)