Aula 12 - Destilação Fracionada

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Destilação Fracionada 
Condições limites de operação
Operações Unitárias – B – Aula 7
Prof. Felipe D. Machado
Influência da Razão de Refluxo
A Razão de Refluxo influencia no projeto da coluna de destilação a dois níveis:
 Quando se altera o R, o número de estágios teóricos (N) varia (Maior R menor N) alterando-se a Altura da coluna e os custos de capital;
 Quando se altera o R variam também os caudais de vapor e líquido em circulação na coluna (maior R maiores caudais) o que afeta o Diâmetro da coluna e também os custos de capital e operação.
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Influência da Razão de Refluxo
A Razão de Refluxo influencia o projeto da coluna de destilação a dois níveis:
 Quando se altera o R, o número de estágios teóricos (N) varia (Maior R menor N) alterando-se a Altura da coluna e os custos de capital;
 Quando se altera o R variam também os caudais de vapor e líquido em circulação na coluna (maior R maiores caudais) o que afeta o Diâmetro da coluna e também os custos de capital e operação.
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Influência da Razão de Refluxo
A Razão de Refluxo influencia o projeto da coluna de destilação a dois níveis:
 Quando se altera o R, o número de estágios teóricos (N) varia (Maior R menor N) alterando-se a Altura da coluna e os custos de capital;
 Quando se altera o R variam também os caudais de vapor e líquido em circulação na coluna (maior R maiores caudais) o que afeta o Diâmetro da coluna e também os custos de capital e operação.
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Influência da Razão de Refluxo
A Razão de Refluxo influencia o projeto da coluna de destilação a dois níveis:
 Quando se altera o R, o número de estágios teóricos (N) varia (Maior R menor N) alterando-se a Altura da coluna e os custos de capital;
 Quando se altera o R variam também os caudais de vapor e líquido em circulação na coluna (maior R maiores caudais) o que afeta o Diâmetro da coluna e também os custos de capital e operação.
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Influência da Razão de Refluxo
A Razão de Refluxo influencia o projeto da coluna de destilação a dois níveis:
 Quando se altera o R, o número de estágios teóricos (N) varia (Maior R menor N) alterando-se a Altura da coluna e os custos de capital;
 Quando se altera o R variam também os caudais de vapor e líquido em circulação na coluna (maior R maiores caudais) o que afeta o Diâmetro da coluna e também os custos de capital e operação.
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Refluxo Total
R → ∞ (Refluxo tende ao infinito)
N → Nmin (Número mínimo de estágios)
Na prática, significa que a coluna opera sem retirada de produtos. Graficamente acontece quando a Linha de Retificação (Linha de Operação de Enriquecimento) e de esgotamento coincidem com a linha de 45°. 
Linhas de Operação
Seção de Enriquecimento
Seção de Esgotamento
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Refluxo Total
R → ∞ (Refluxo tende ao infinito)
N → Nmin (Número mínimo de estágios)
Um coluna de Destilação opera em refluxo Total no seu início de operação. 
Quando não são retirados produtos da coluna até encher todos os pratos.
Onde o refervedor vaporiza o líquido que chega até ele e o condensador gera o líquido que retorna para a coluna. 
Após atingir o permanente, é retirado o destilado e a cauda na mesma proporção e a alimentação até atingir a produção necessária 
Seção de Enriquecimento
Seção de Esgotamento
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Número mínimo de estágios teóricos na condição de refluxo total.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
Linha de Equilíbrio
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Refluxo Mínimo
R  Rmin (Refluxo Mínimo)
N  ∞ (Número de Estágio tende ao infinito)
Ponto de estrangulamento (x*; y*): Quando os triângulos formados pelas linhas de operação e de 45° tocam/tangenciam a curva de equilíbrio.
Quando o refluxo for menor que o Refluxo mínimo não ocorrerá a Separação desejada
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Número infinito de estágios teóricos na condição refluxo mínimo.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
Misturas Não-ideais
Azeótropo (Ex. Etanol-Água)
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	Para as torres de destilação existe uma Razão de Refluxo mínima e um Número de estágios mínimo que se correlacionam inversamente proporcional.
Refluxo versus Número de Estágios
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	Uma Razão de Refluxo mais alta implica em um menor número de estágios, diminuindo os custos do equipamento.
	Em contrapartida, um R elevado aumentam os custos operacionais devido o aumento da carga térmica necessária no refervedor e no condensador. 
Razão de Refluxo ótimo na destilação
VALOR EMPÍRICO
Custo Total Mínimo (Refluxo Ótimo)
R ≈ 1,2 . Rmin
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Exercício
Uma mistura líquida de Benzeno-Tolueno é destilada em uma torre de destilação 101,3 kPa de pressão. A alimentação líquida de 100 kg-mol/h contém 45 mol% de benzeno e 55 mol% de tolueno à uma temperatura de 327,6 K (130 °F). O destilado contém 95 mol% de benzeno e 5 mol% de tolueno e o produto de cauda contém 10 mol% de benzeno e 90%mol de tolueno. Determine o número mínimo de estágios nessa separação.
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Determinação do Número Mínimo de Estágios
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Diagrama x-y da mistura Benzeno-Tolueno
1	0.78	0.58099999999999996	0.41100000000000031	0.25800000000000001	0.13	0	1	0.9	0.77700000000000091	0.63200000000000078	0.45600000000000002	0.26100000000000001	0	0	0.2	0.4	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	0	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	Xb
Determinação do Número Mínimo de Estágios
XD
XW
XF
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Diagrama x-y da mistura Benzeno-Tolueno
1	0.78	0.58099999999999996	0.41100000000000031	0.25800000000000001	0.13	0	1	0.9	0.77700000000000113	0.63200000000000101	0.45600000000000002	0.26100000000000001	0	0	0.2	0.4	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	0	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	Xb
Determinação do Número Mínimo de Estágios
XD
XW
XF
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Diagrama x-y da mistura Benzeno-Tolueno
1	0.78	0.58099999999999996	0.41100000000000031	0.25800000000000001	0.13	0	1	0.9	0.77700000000000113	0.63200000000000101	0.45600000000000002	0.26100000000000001	0	0	0.2	0.4	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	0	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	Xb
Determinação do Número Mínimo de Estágios
XD
XW
XF
1
2
3
4
5
6
7
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Diagrama x-y da mistura Benzeno-Tolueno
1	0.78	0.58099999999999996	0.41100000000000031	0.25800000000000001	0.13	0	1	0.9	0.77700000000000113	0.63200000000000101	0.45600000000000002	0.26100000000000001	0	0	0.2	0.4	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	0	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	Xb
XF
1
2
3
4
5
6
7
Considerando XF= 0.55, determine a composição mínima e máxima para XD e XW que garanta que a destilação possa ocorrer via Destilação Flash.
Exercício complementar
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Diagrama x-y da mistura Benzeno-Tolueno
1	0.78	0.58099999999999996	0.41100000000000031	0.25800000000000001	0.13	0	1	0.9	0.7770000000000018	0.63200000000000145	0.45600000000000002	0.26100000000000001	0	0	0.2	0.4	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	0	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	Xb
XD
XW
XF
1
2
3
4
5
7
Considerando XF= 0.55, determine a composição mínima e máxima para XD e XW que garanta que a destilação possa ocorrer via Destilação Flash.
Exercício complementar
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Diagrama x-y da mistura Benzeno-Tolueno
1	0.78	0.580999999999999960.41100000000000031	0.25800000000000001	0.13	0	1	0.9	0.77700000000000202	0.63200000000000178	0.45600000000000002	0.26100000000000001	0	0	0.2	0.4	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	0	0.60000000000000064	0.8	0.9	1	Xb
Determinação da Razão de Refluxo mínima
XD
XW
XF
Estágio de Alimentação
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Diagrama x-y da mistura Benzeno-Tolueno
1	0.78	0.58099999999999996	0.4110000000000002	0.25800000000000001	0.13	0	1	0.9	0.77700000000000058	0.63200000000000045	0.45600000000000002	0.26100000000000001	0	0	0.2	0.4	0.60000000000000053	0.8	0.9	1	0	0.60000000000000053	0.8	0.9	1	Xb
Eficiência Global e de Prato
Na prática, L-V que deixam um estágio não estão equilíbrio devido a:
Tempo insuficiente de contato entre as fases e
Mistura deficiente
O conceito de eficiência relaciona um estágio de equilíbrio (ideal) com o respectivo estágio real;
Eficiência global, E0, se refere globalmente à coluna e eficiência de prato ou de Murphree, EM, se refere a cada prato individualmente.
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Eficiência Global e de Prato
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Eficiência de prato ou de Murphree: (a) representação gráfica entre estágio
ideal e real e (b) representação dos estágios ideias de uma coluna.
Fonte: Azevedo & Alves (2013)
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Eficiência Global e de Prato
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Eficiência de Murphree e construção de McCabe-Thiele.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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Eficiência Global e de Prato
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Correlação de O’Connell para a eficiência global (%) de colunas de pratos de
campânulas em função do produto da viscosidade da carga (cP) com a volatilidade
do componente mais volátil relativo ao menos volátil.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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