Lista 2 OPUII 20201 rev00

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CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
Lista de exercícios 2 
Disciplina Operações Unitárias II Turma Período 2020.1 
Professor Sérgio Neves Valor - Peso - 
 
ASSUNTO Hidráulica de Colunas de Destilação 
 
1. Uma unidade de separação de solventes possui um vaso de flash para preparação de 
carga para a destilação, conforme figura a seguir. A corrente de alimentação da coluna 
de destilação (L) é de 10.000 kg/h e tem 50% massa de n-pentano e o restante de n-
hexano. Para um cálculo aproximado pode-se considerar que a pressão é de 4 atm abs 
em todo o sistema. Para a coluna de destilação, considerar refluxo líquido saturado e que 
os produtos de topo e fundo devem apresentar 95% massa de n-pentano e n-hexano, 
respectivamente. 
 
 
Considere que para a separação desejada deverá ser usada uma coluna com recheio 
tipo CMR de diâmetro 2” com Fator de Caracterização (FP) igual a 22. Considerar ainda 
que a razão de refluxo é 2 e a densidade de líquido é 0,75 g/cm3. Calcular o diâmetro da 
seção de topo da coluna para 40% de inundação. Usar a correlação generalizada da 
Norton a seguir. 
Considere a viscosidade de líquido de 0,5 cP. 
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Disciplina Operações Unitárias II Turma Período 2020.1 
Professor Sérgio Neves Valor - Peso - 
 
ASSUNTO Hidráulica de Colunas de Destilação 
 
2. O gráfico e tabela a seguir dá informações sobre o recheio do tipo IMTP para destilação 
com o sistema iso-octano/tolueno. As características deste tipo de recheio podem ser 
consideradas aproximadamente iguais às das selas intalox de dimensões semelhantes 
da tabela. Responda o que se pede, JUSTIFICANDO todas as suas respostas com base 
em transportes de massa e momento e dados obtidos do gráfico e/ou da tabela. 
a) Para uma dada separação desejada, qual o efeito do aumento do diâmetro do recheio 
sobre a altura requerida para a coluna? 
b) Para uma coluna existente, com vazões de líquido e vapor fixas, qual o efeito do 
aumento do diâmetro do recheio sobre a perda de carga na coluna? 
 CURSO
Lista de exercícios
Disciplina Operações Unitárias
Professor Sérgio Neves 
 
ASSUNTO Hidráulica de Colunas de 
 
c) Para vazões de líquido e vapor fixas, qual o efeito sobre a perda de carga e a HETP 
na coluna, da substituição do recheio do tipo IMTP por anel de Raschig de mesmo 
diâmetro? 
d) Qual o efeito do aumento do diâmetro do recheio sobre a faixa de vazões de 
operação? 
e) Compare o comportamento do recheio do tipo IMTP #40 para fatores Fs de 1,5 e 2,5 
ft/s.(lb/ft3)0,5, caracterizando a operação da coluna em cada sit
perda de carga, eficiência de separação e outros fenômenos que eventualmente 
estejam acontecendo. 
Fs = v.(G)
1/2 ; onde v=velocidade superficial de vapor
 
CARACTERÍSTICAS DE RECHEIOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Lista de exercícios 2 
Operações Unitárias II Turma 
Sérgio Neves Valor - 
Hidráulica de Colunas de Destilação 
Para vazões de líquido e vapor fixas, qual o efeito sobre a perda de carga e a HETP 
na coluna, da substituição do recheio do tipo IMTP por anel de Raschig de mesmo 
Qual o efeito do aumento do diâmetro do recheio sobre a faixa de vazões de 
Compare o comportamento do recheio do tipo IMTP #40 para fatores Fs de 1,5 e 2,5 
, caracterizando a operação da coluna em cada situação, em termos de 
perda de carga, eficiência de separação e outros fenômenos que eventualmente 
; onde v=velocidade superficial de vapor (vazão volumétrica/área da seção)
CARACTERÍSTICAS DE RECHEIOS 
 
Período 2020.1 
Peso - 
Para vazões de líquido e vapor fixas, qual o efeito sobre a perda de carga e a HETP 
na coluna, da substituição do recheio do tipo IMTP por anel de Raschig de mesmo 
Qual o efeito do aumento do diâmetro do recheio sobre a faixa de vazões de 
Compare o comportamento do recheio do tipo IMTP #40 para fatores Fs de 1,5 e 2,5 
uação, em termos de 
perda de carga, eficiência de separação e outros fenômenos que eventualmente 
(vazão volumétrica/área da seção) 
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Disciplina Operações Unitárias II Turma Período 2020.1 
Professor Sérgio Neves Valor - Peso - 
 
ASSUNTO Hidráulica de Colunas de Destilação 
 
3. Deseja-se separar 100 kmol/h de uma mistura metanol(1)-água(2) contendo 50% mol de 
metanol em duas correntes, uma com 5% mol de metanol e outra com 5% mol de água. 
Uma coluna de destilação com recheio de anéis de raschig cerâmico de ½” deve ser 
projetada para esta finalidade, operando à pressão de 1 atm abs e com velocidades de 
vapor na faixa de 1 a 2 ft/s. Informações adicionais para o projeto: 
 O gráfico a seguir dá informações sobre o recheio para o sistema 
metanol/água 
 Considerar alimentação líquido saturado, no ponto ótimo da coluna 
 Considerar vazão de refluxo 50% acima da mínima 
 Dados T-x-y para o sistema metanol(1)-água(2) obtidos da coleção Dechema 
são mostrados a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) Calcular a altura de recheio necessária para a separação desejada 
b) Calcular o diâmetro e a perda de carga da coluna, para 60% de inundação. 
c) Verificar se o grau de molhabilidade do recheio proposto está adequado, empregando o 
critério da Koch-Glitsch 
 
4. Uma coluna de absorção com recheio opera com uma vazão de líquido de 10000 kg/h, 
de massa específica 1120 kg/m3, e uma vazão de vapor de 2000 kg/h, de massa 
específica 1,3 kg/m3. A viscosidade do líquido é de 0,6 cp. A coluna tem altura de 11,7 m 
de leito de recheio de anéis de Pall metálico de 1”, e apresenta em operação uma perda 
de carga P de 0,05 atm. Calcule o diâmetro da coluna. 
 
 
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ASSUNTO Hidráulica de Colunas de Destilação 
 
5. Uma coluna de destilação tem alimentação parcialmente vaporizada, com 20% em mols 
da mesma em fase vapor, e vazão total de 100 kmol/h. A composição desta alimentação 
é binária, com 45% do componente mais volátil, e as percentagens molares deste 
mesmo componente nos produtos de topo e de fundo são de 85% e 5%, 
respectivamente. A razão de refluxo é 3. Para esta separação foi proposto o uso de uma 
coluna de pratos, cujas características hidráulicas são apresentadas na figura a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) Demonstre com um cálculo detalhado as vazões de líquido e vapor nos pratos de 
cada seção desta coluna. 
b) Um engenheiro argumentou que as limitações apresentadas no diagrama são típicas 
de pratos perfurados. Você concorda com esta afirmação? Justifique. 
c) Verificar, para cada seção (topo e fundo), se o prato irá operar dentro de sua região 
aceitável, justificando e identificando eventuais problemas. 
d) Em uma certa campanha de produção, com mercado em baixa, é necessária a 
operação com uma vazão de alimentação de apenas 20 kmol/h, mantidas todas as 
demais condições constantes. Neste caso, você identifica algum problema 
operacional com os pratos da coluna proposta? 
 
200 kmol/h 
200 kmol/h 
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Lista de exercícios 2 
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Professor Sérgio Neves Valor - Peso - 
 
ASSUNTO Hidráulica de Colunas de Destilação 
 
 
6. A coluna de altura de leito H = 6 ft da figura opera a uma velocidade de vapor de 2 ft/s. 
a) Quantos estágios teóricos tem a coluna? 
b) Quantos estágios tem uma coluna formada por dois leitos de H=3 ft cada? 
 
7. Elabore uma tabela comparativa dos três tipos de pratos de fluxo cruzado mais usados, 
considerando os seguintes aspectos: flexibilidade operacional, custo, fatia do mercado 
(%) e aplicações. 
 
8. Uma coluna de 2 m de diâmetro apresenta as características de processo e projeto a 
seguir: 
 Para as propriedades da fase líquida considere: viscosidade de 1,3 cP e massa 
específica de 1,3 g/cm3. 
 A coluna tem seis metros de leitode recheio IMTP#25 e o HETP para a separação é 
de 1,5 m 
Calcular qual a mínima vazão mássica de solvente, em kg/h, que pode se operar a 
coluna de modo a garantir a molhabilidade do recheio. Usar o critério da KochGlitsch 
recomendado pelo Kister. Explicar os motivos de haver uma vazão mínima e o que pode 
acontecer caso se opere abaixo desta vazão. 
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Disciplina Operações Unitárias II Turma Período 2020.1 
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9. Um processo de absorção de amônia de uma corrente de ar de vazão total de 10 kmol/h, 
usa água como solvente. Calcular, para este processo, a vazão de água em kg/h que 
daria uma inundação de 60% em uma coluna de 30 cm de diâmetro usando um leito de 
recheio CMR de aço inox de 1”. O processo deve ser projetado para operar à pressão de 
1 atm abs e temperatura de 25oC. Usar a correlação generalizada da Norton. 
10. Deseja-se tratar uma corrente de etileno em fase gás, de vazão total 200 kmol/h e 
contendo 3,0 % mol de acetaldeído, de modo a reduzir o teor deste contaminante. Um 
processo de absorção com 10 m3/h de água pura será empregado, usando uma coluna 
com leito de recheio IMTP #25. O processo deve ser projetado para operar à pressão de 
8 atm abs e temperatura de 30oC. Calcular o diâmetro da coluna. 
Informações adicionais para o projeto: 
 Projetar para 80% da inundação 
 O etileno pode ser considerado essencialmente insolúvel na água 
 Para as propriedades considere: fase gás: modelo de gás ideal; fase líquida: 
viscosidade e massa específica iguais às da água. 
 Usar o diagrama abaixo para cálculo da perda de carga