Aula 02

OPERAES UNITRIAS III

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10/03/2015

Destilao Flash

Operao de destilao em um simples estgio em que uma alimentao

parcialmente vaporizada, produzindo um vapor rico nos constituintes mais

volteis ou parcialmente condensada produzindo um lquido rico nos

constituintes menos volteis .

OBS: Em ambos os casos, esperado que as correntes efluentes estejam em

equilbrio.

OBS: Ao menos que a volatilidade relativa seja muito alta, o grau de separao

obtido muito pobre.

Destilao Flash Algumas aplicaes

Em geral, a destilao flash empregada como operao de

preparao/tratamento de correntes de processo.

Flash Isotrmico Equaes Fundamentais

iii LxVyFz

F V L

1 ix 1 iy1 iz

i

ii

x

yK

TL TV PL PV

lvf LhVhQFh

Suposio dos equilbrios trmicos e mecnicos:

Balano de massa global:

Balano de massa por componente:

Fraes molares (para cada corrente):

Relaes de equilbrio (para cada componente):

Balano de energia:

Destilao Flash Mtodo Grfico para misturas Binrias

Para misturas binrias o percentual de vaporizao ou condensao pode ser

convenientemente determinado a partir de mtodos grficos.

iii LxVyFz F V L

f

zx

f

fy iii

)1(

(linha de operao)

Onde:

f - frao vaporizada (V/F)

( I )

O mtodo grfico para se obter a composio das correntes de sada como funo

de f consiste na determinao da interseo da linha de operao com a curva de

equilbrio.

Destilao Flash Mtodo Grfico para misturas Binrias

Questo 4: Uma mistura equimolar de benzeno e tolueno submetida a uma

destilao flash em um separador a uma presso de 1 atm. Determine para os

seguintes valores da frao de vaporizao, 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 e 1:

a) A temperatura no separador

b) A composio do lquido e vapor na sada do separador

Diagrama xy Diagrama Txy

T (C)

x,y

y

x

Ex.: para f = 0,2

Qual o valor de x para y = 0 ?

Diagrama xy Diagrama Txy

T (C)

x,y

y

x 0,45

0,67 93,7

625,0)2,01(

5,0

)1(

ii

ii xx

f

zx

Resposta/procedimento:

- Para cada valor de f obtemos uma linha de operao que corta a curva de equilbrio

fornecendo os valores de xB e yB e consequentemente as composies do vapor e

lquido;

- A partir do diagrama Txy obtm-se a temperatura no separador.

f -(1-f)/f xB yB Temperatura C

0 0,5 0,71 92,2

0,2 -4 0,455 0,67 93,7

0,4 -1,5 0,41 0,63 95

0,6 -0,67 0,365 0,585 96,5

0,8 -0,25 0,325 0,54 97,7

1 0 0,29 0,50 99

Procedimento:

Partindo da equao do balano de massa para um componente i e eliminando L,

podemos deduzir as equaes para a determinao das concentraes no equilbrio:

Flash Isotrmico Multicomponente Mtodo de Rachford and Rice

iii LxVyFz

F V L

i

ii

x

yK

iii xVFVyFz )( iii xF

Vy

F

Vz )1(

F

Vf

iii xffyz )1(

iiii xfxfKz )1( )1(1

i

ii

Kf

zx

i

ii

x

yK

)1(1

i

iii

Kf

zKy

Sabendo que, , podemos considerar que:


1 ix 1 iy

0)(1

iii yxyx

Logo,

0)1(1)1(11

c

i i

ii

i

i

Kf

zK

Kf

z

ou

0)1(1

)1(

1

c

i i

ii

Kf

KzEq. de Rachford-Rice

Aplicao do Mtodo de Newton na resoluo da equao de Rachford-Rice:


c

i i

ii

Kf

KzF

1 )1(1

)1(

O mtodo de Newton calcula a melhor raiz para a funo usando a ltima estimativa

e a razo da funo e sua derivada calculadas com a ultima estimativa:

k

kkk

fF

fFff

'

1

c

i i

ii

Kf

KzF

12

2'

)]1(1[

)1(

OBS: O procedimento da forma apresentada neste texto, s deve ser empregado

para casos em que os coeficientes de distribuio (K) podem ser considerados

independentes da composio.

Dados de K para hidrocarbonetos leves:

Diagramas de Depriester

Questo 5: 100 kmol/h de uma alimentao consistindo de 10, 20, 30 e 40 % (molar)

de propano (1), n-butano (2), n-pentano (3) e hexano (4), respectivamente, entram em

tanque flash a 698,5 kPa e 93,35 C. Assumindo a condio de equilbrio, qual a

frao da alimentao que entra como lquido e quais so as composies das

correntes lquido e vapor.

T = 93,35 C

P = 698,5 kPa

Alimentao

Vapor

Lquido 4

3

2

1

z

z

z

z = 0,1

= 0,2

= 0,3

= 0,4

4

3

2

1

x

x

x

x = ?

= ?

= ?

= ?

4

3

2

1

y

y

y

y = ?

= ?

= ?

= ?

F = 100 kMol/h

V = ?

L = ?

Do diagrama de Depriester:

4

3

2

1

K

K

K

K (propano) = 4,2

(butano) = 1,75

(pentano) = 0,74

(hexano) = 0,34

134,01

34,014,0

174,01

74,013,0

175,11

75,112,0

12,41

2,411,0

fffffF

Equao de Rachford-Rice:

0)1(1

)1(

1

c

i i

ii

Kf

KzF

Primeira iterao: estimativa inicial de f = 0,5.

2515,0134,05,01

34,014,0

174,05,01

74,013,0

175,15,01

75,112,0

12,45,01

2,411,0

fF

2

2

2

2

2

2

2

2

'

]134,01[

34,014,0

]174,01[

74,013,0

]175,11[

75,112,0

]12,41[

2,411,0

fffffF

Mtodo de Newton para estimativa do novo valor de f . k

kkk

fF

fFff

'

1

c

i i

ii

Kf

KzF

12

2'

)]1(1[

)1(

6259,0]134,05,01[

34,014,0

]174,05,01[

74,013,0

]175.15,01[

75,112,0

]12,45,01[

2,411,05,0

2

2

2

2

2

2

2

2

'

F

0982,06259,0

2515,05,01 kf

Logo, V/F = 0,1211

Como F = 100 Kmol/h V = 12,11 Kmol/h e L = 87,89 Kmol/h

k F( ) F( )

1 0,5000 0,2515 0,6259 0,0982

2 0,0982 -0,0209 0,9111 0,1211

3 0,1211 -0,0007

1kfkfkf kf

)1(1

i

ii

Kf

zx

)1(1

i

iii

Kf

zKy

A composio das fases liquido e vapor determinada pelas relaes abaixo:

Composio das fases L e V

x y

Propano 0,0719 0,3021

n-butano 0,1833 0,3207

n-pentano 0,3098 0,2293

N-hexano 0,4350 0,1479

1,0000 1,0000

Operaes em multiestgios

Um enriquecimento do vapor em constituintes volteis poderia, a princpio, ser

obtido por uma srie de destilaes flash, onde o vapor formado em cada estgio

condensado e reflasheado nos estgios subseqentes.

Recuperao de hexano de uma mistura equimolar hexano/octano

Na prtica, a recuperao muito pequena, as necessidades energticas so

elevadas (aquecimento e resfriamento) e grandes quantidades de lquidos so

produzidas.

Efetuando o reciclo das correntes intermdirias de lquido, podemos aumentar a

recuperao de hexano.

Recuperao de hexano de uma mistura equimolar hexano/octano

Um olhar mais detalhado revela que o uso do reciclo aumenta em cerca de 28% as

necessidades energticas do processo (aquecimento e resfriamento).

Observa-se tambm que, em ambos os casos, o uso de flash sucessivos necessita

de um considervel nmero de trocadores de calor e bombas (caso com reciclo).


Uma simplificao do processo anterior poderia ser feita conforme a figura abaixo,

com apenas dois trocadores de calor, um para promover o aquecimento da

alimentao e um outro para condensar os vapores que deixam a unidade.

-Parte do destilado retorna a coluna

como refluxo, entrando em contato

em contracorrente com o vapor

ascendente.

-Organizados verticalmente, os

estgios eliminam a necessidade do

uso de bombas para promover o

fluxo das correntes.

-Todos os estgios podem ser

combinados em um nico

equipamento.

Seo de Retificao


De forma anloga, poderamos pensar em uma configurao que concentre os

componentes pesados na corrente de fundo.

Seo de Esgotamento


Coluna de destilao

Combinando as idias anteriores.....

Uma coluna de destilao dividida

em duas sees:

Retificao (acima do prato de

alimentao)

Esgotamento (abaixo do prato de

alimentao)

OBS: Os estgios localizados na seo de retificao aumentam a pureza do

produto de topo. Os estgios localizados na seo de esgotamento aumentam a

recuperao das fraes leves no destilado.

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