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operações unitárias 3, Exercícios de Destilação

Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ)Destilação

lista de exercicio Geankoplis, 2003 livro pdf

Tipologia: Exercícios

2020
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fillipe-m-guerra-12
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LISTA DE EXERCÍCIOS 02-02
Disciplina: Operações Unitárias III -remoto
Prof. Henrique
1) Um sistema de destilação fracionada separa benzeno e tolueno a partir de uma corrente
que totaliza 100 kmol/h. No diagrama y-x, fornecido abaixo, foi construído o gráfico
segundo o método McCabe - Thiele que corresponde a este sistema. Baseando-se neste
gráfico e, quando necessário, no diagrama T-x-y, responda:
(a) Qual a fração molar do tolueno na alimentação (carga) da coluna?
(b) Qual a fração molar do benzeno no destilado de fundo (refervedor)?
(c) Em qual estágio da coluna ocorre a alimentação do sistema?
(d) Qual é o número de estágios teóricos necessários na coluna?
(e) Qual a razão de refluxo?
(f) Qual a vazão de destilado no topo em kmol/h?
(g) Qual a Temperatura de equilíbrio do 3º (terceiro) estágio da coluna?
(h) Qual a condição (em termos de equilíbrio de fases) da corrente de alimentação?
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LISTA DE EXERCÍCIOS 02 - 02

Disciplina: Operações Unitárias III - remoto Prof. Henrique

  1. Um sistema de destilação fracionada separa benzeno e tolueno a partir de uma corrente que totaliza 100 kmol/h. No diagrama y-x, fornecido abaixo, foi construído o gráfico segundo o método McCabe - Thiele que corresponde a este sistema. Baseando-se neste gráfico e, quando necessário, no diagrama T-x-y, responda: (a) Qual a fração molar do tolueno na alimentação (carga) da coluna? (b) Qual a fração molar do benzeno no destilado de fundo (refervedor)? (c) Em qual estágio da coluna ocorre a alimentação do sistema? (d) Qual é o número de estágios teóricos necessários na coluna? (e) Qual a razão de refluxo? (f) Qual a vazão de destilado no topo em kmol/h? (g) Qual a Temperatura de equilíbrio do 3º (terceiro) estágio da coluna? (h) Qual a condição (em termos de equilíbrio de fases) da corrente de alimentação?
  1. Se deseja destilar uma mistura etanol-água que contém 60% em massa de etanol a 101, kPa, para obter um destilado que contenha 85% em massa de etanol e um produto de fundo que contenha no máximo 2 % em massa de etanol. A vazão de alimentação, que se encontra no estado de líquido saturado, é de 10000 kg/h e a coluna opera com um condensador total. Calcule: a. As quantidades de destilado e produto de fundo; b. A razão de refluxo mínima a partir dos dados de entalpia-concentração do sistema; c. O número aproximado de estágios teóricos para o caso onde a razão de refluxo empregada é de 2 vezes a mínima.
  1. Uma coluna de fracionamento operando a 50 psia é alimentada, no ponto ótimo, com uma mistura 32,1% molar em n-butano e 67,9% molar em n-pentano, na forma de líquido saturado. A vazão da alimentação é de 100 lb-mol/h e um destilado 88,5% molar em n- butano é removido a uma vazão de 30 lb-mol/h. O condensador no topo da coluna remove 1 milhão Btu/h de calor e produz as correntes de produto e de refluxo na forma de líquido saturado. Admitindo vazão molar constante, calcular: a) a razão de refluxo b) as vazões ( em lb-mol) de vapor e de líquido, acima e abaixo do prato de alimentação; c) o número de estágios teóricos necessários para produzir a separação; d) a composição do produto de fundo; São conhecidos os seguintes dados de equilíbrio, na forma de fração molar de n-butano. X 1 0,725 0,568 0,439 0,321 0,207 0,108 0 Y 1 0,885 0,785 0,681 0,553 0,397 0,232 0
  2. Uma coluna de retificação contendo 16 pratos reais (eficiência global de 50%) é alimentada com um vapor saturado 38% molar em A e 62% molar em B. O destilado é um líquido saturado 80% molar em A e o produto de fundo é 30% molar em A; é também retirada uma corrente lateral. Sendo a razão de refluxo externo Lr/D igual a 10,9 e estando a coluna nessas condições conseguindo a máxima separação, calcular: a) a composição da corrente lateral; b) a razão de refluxo interno acima da corrente lateral c) a razão de refluxo interno abaixo da corrente lateral; d) o prato real do qual é retirada a corrente lateral A relação de equilíbrio líquido-vapor de misturas de A e B pode ser satisfatóriamente representada por uma volatilidade relativa de 1,50. Admitir vazão molar constante.
  3. Uma mistura líquida saturada contendo 60 mol% de benzeno e 40 mol % de tolueno dever ser destilada continuamente produzindo um produto de topo com 90 mol% de benzeno e um produto de fundo contendo 5 mol% de benzeno. A coluna de destilação operará a pressão constante de aproximadamente 1 atm. A Razão de refluxo utilizada será igual a 1,5*Rmin, utilizando um condensador total e refervedor parcial. Qual a razão de refluxo mínimo? Qual o número de pratos teóricos para realizar a separação desejada? Qual o prato de alimentação ideal? Qual o número mínimo de pratos para realizar esta separação? Qual a correspondente vazão de vapor na seção de esgotamento para 100 moles de alimentação?
  4. Deseja-se projetar uma coluna de destilação contínua para processar 216 kmol/h de uma mistura clorofórmio/benzeno, consistindo em 35 % em mol de clorofórmio, obtendo um destilado contendo 95 % em mol de clorofórmio e uma corrente de fundo contendo 90 % em mol de benzeno. A coluna deve operar a pressão atmosférica e a alimentação entra na coluna a 16°C. A coluna opera com um condensador total e um refervedor parcial. Obtenha: a. As vazões de destilado (D) e da corrente de fundo (B); b. A equação da reta q; c. A razão de refluxo mínima (L/D)min; d. O número de estágios teóricos se a razão de refluxo operacional é 50% superior a mínima; e. A localização do prato de alimentação. Dentro do intervalo de temperaturas de operação da coluna podemos tomar os seguintes valores médios para os calores específicos e latentes dos compostos que compõem a alimentação: Clorofórmio: cp = 27,5 kcal/kmol.°C e λ = 6800 kcal/kmol Benzeno: cp = 34,4 kcal/kmol.°C e λ = 7420 kcal/kmol

A temperatura de saturação correspondente a composição da alimentação na pressão de operação da coluna é de 76,8 °C.

  1. Uma mistura líquida de benzeno e tolueno deve ser destilada em uma torre de fracionamento a uma pressão total de 101,3 kPa. A corrente de alimentação com uma vazão de 100 kmol/h é uma mistura liquida contendo 45 %(molar) de benzeno e 55 % (molar) de tolueno entra a uma temperatura de 327,6 K. Deve-se obter um destilado contendo 95 % (molar) de benzeno e um produto de fundo com 10 % (molar) de benzeno. A razão de refluxo utilizada é de 4:1. A capacidade calorífica média da corrente de alimentação é de 159 kJ/Kmol K e o calor latente médio é de 32099 kJ/kmol. Os dados de equilíbrio deste sistema estão apresentados nas figuras em anexo. Calcule as vazões das correntes de topo e de fundo; os números de pratos teóricos necessários, o número mínimo de estágios para o. caso de refluxo total e a razão de refluxo mínima.
  2. Para a coluna de retificação do exercício 9, onde uma mistura de alimentação líquida de benzeno e tolueno está sendo tratada para fornecer um destilado de composição xD = 0, e uma composição de fundo xB = 0,10, calcule a) A razão de refluxo mínima b) O número mínimo de pratos teóricos, Nmin, em condições de refluxo total.
  3. Uma alimentação líquida de 400 kmol/h no seu ponto de ebulição contendo 70 % mol de benzeno (A) e 30 % mol de tolueno (B) é alimentada a uma torre de esgotamento a 101, kPa pressão. O produto de fundo deve ser de 60 kmol/h contendo apenas 10 % mol de A. Calcule a vazão do vapor de topo, sua composição e o número de estágios teóricos necessárias.
  4. Projete uma coluna de destilação fracionada contínua para separar 3,78 kg/s de uma mistura com 40%(m) de benzeno e 60%(m) de tolueno em um produto de topo contendo 97% em massa de benzeno e um produto de fundo contendo 98% em massa de tolueno. Use uma razão de refluxo de 3,5 mols para 1 mol do produto. O calor molar latente de benzeno e tolueno é de cerca de 357,1 kJ/kg. Encontre as quantidades do produto superior e inferior; considere também os seguintes casos para o projeto:
  1. Alimentação líquida em seu ponto de ebulição.
  2. Alimentação líquida a 20°C (Cliquid = 1,75 kJ/kg "C).
  3. A alimentação é de dois terços do vapor.
  1. Um sistema a ser destilado tem o diagrama de equilíbrio mostrado na Figura abaixo. Encontre taxas de refluxo mínimas para X´D s de 0,8 e 0,7. A alimentação (50% de vapor) tem um XF de 0,40.

de pratos teóricos, a razão de refluxo mínima e o número mínimo de pratos na condição de refluxo total. Diagrama de equilíbrio xy para o sistema benzeno/tolueno a 1 atm.