OPERAES UNITRIAS III
Prof. Henrique Cardias
2015-1
Projeto de processos de destilao
Separao utiliza a diferena de volatilidade dos componentes.
1 Passo: Dados termodinmicos e mtodos de predio da composio no equilbrio.
A+B
A B
B A
nF
n1
n2
Processos de Separao
A e B de alguma forma diferentes -Ponto de ebulio -Tamanho -Polaridade -Etc.
)(/)(1 AnAnSF F
)(/)( 21 AnAnSR
)(/)( BSRASRSP
Fator de diviso (split factor) Razo de diviso (split ratio) Poder de separao separation power
A distribuio de um componente entre as duas fases pode ser caracterizado pelo valor K
A distribuio de um componente entre as duas fases pode ser caracterizado pelo valor K
KA = yA/xA
KB = yB/xB =(1-yA)/(1-xA)
BB
AA
B
AAB
xy
xy
K
K
/
/
Volatilidade relativa
Expresses teis para estimativa dos valores de K para o equilbrio lquido-vapor
Equilbrio L-V em sistemas binrios
Sistema definido pelas variveis intensivas:
T, P, yb= 1-ya, xb= 1-xa Regra das fases de Gibbs:
F = CP+2 = 2+2+2=2
Ento o , com a presso fixada, a composio no equilbrio fica completamente definida fixando a temperatura.
T
xA
Tb(B)
Tb(A)
V
L
y* x*
T, P
V
L
P=const
Consideraes termodinmicas e equilbrio de fases: sistemas binrios
Temperatura de orvalho (dew point) Temperatura de bolha (bubble point)
Dados T-x-y a 1 atm
Dados P-x-y a diferentes T
Consideraes Termodinmicas e equilbrio de fase: Sitemas binrios.
T
xA
Tb(B)
Tb(A)
V
L
T1
T2
T3
T4
x1 y1 x2 y2 x3 y3 x4 y4
yA
xA
T1
T2
T3
T4
Considere uma mistura binaria AB, onde B o componente pesado (maior ponto de ebulio ) e A o componente leve (baixo ponto de ebulio). Um diagrama de fase T-x da mistura AB , onde x a Frao molar do componente a presso constante P. Este diagrama de fase pode tambm ser transformado Num diagrama y-x onde a composio da fase vapor em termos de frao molar do componente A plotted em funo da composio da fase lquida.
A: xH= 0,3 e T=150 F, (liquido subresfriado) B: T= 210 F , ponto de bolha (bubble point) B-C: xH = 0,3, yH=0,7 E: linha de amarrao DEF: T= 225 F, xH= 0,17, yH= 0,55 Quantidade relativa: regra do brao da alavanca: V/L=DE/EF ou V/F=DE/DEF. G: T=245 F, yH=0,3, ponto de orvalho (dew point. H= vapor superaquecido, yH=0,3
T
xA
Tb(B)
Tb(A)
P1
P3
P2
P4 P1
Exemplo A volatilidade relativa, , do benzeno para o tolueno a 1 atm de 2,5. Construa
diagramas x-y e T-x-y para o sistema a 1 atm. Repita o a construo do diagrama x-y usando os dados de presso de vapor do benzeno e do tolueno, tabela abaixo, utilizando as Leis de Raoult e de Dalton. Use os diagramas para o seguinte: ((a) Um liquido contendo 70 mol% benzeno e 30 mol% de tolueno aquecido num container a 1 atm at que 25mol% do liquido original seja evaporado. Determine a temperatura. As fase so ento separadas mecanicamente e o vapor condensado. Determine a composio do vapor (condensado) e do resduo. (b) calcule e plote os valores K em funo da temperatura a 1 atm.
Soluo
Diagrama x-y para A-B= 2,5.
Para uma volatilidade relativa constante:
Resolvendo para os valores de xA de 0 a 1, obtemos:
Para calcular as curvas x-y e T-x-y a partir dos dados de presso de vapor utilizando a lei de Raoult e a Lei de Dalton, assim como a somatria das fraes molares nas fases em equilbrio, temos
A partir das equaes anteriores chega-se a:
Se dados de presso de vapor fornecidos para o benzeno e para o tolueno forem ajustados pela equao de Antoine, obtemos:
Onde a presso de vapor esta em Torr e a temperatura em C
Graficos y-x e T-x-y da tabla acima esto apresentados na proxima pagina. Comparando os grafico x-y baseado com a considerao de volatilidade relativa constante com o grfico atual percebe-se boa concordncia dos dados. Da tabela acima, A volatilidade relativa a partir da lei de Raoult A,B varia de 2,62 a 80,1 C a 2,32 a 110,5 C.
Dados x-y a presso cte
Estes grficos incluem uma linha de referncia de 45 , y=x. Conveniente para a determinao da composio em funo da porcentegem molar de vaporizao via construes geomtricas.
Obteno da Linha q
Linha q
Exemplo
O sistema binrio acetona(A)-acetonitrilo(B) tem um comportamento que pode ser considerado como ideal, i.e., obedece Lei de Raoult. A partir dos dados fornecidos:
a) Construa os diagramas de temperatura-composio, para a presso de 400 mm Hg, e presso-composio, temperatura de 50 C, para a mistura em questo.
b) Se uma mistura lquida presso de 400 mm Hg e inicialmente a 30 C, com xA=0,5, sofrer uma vaporizao flash a 50 C, qual a composio das fases lquida e vapor resultantes?
c) Determine graficamente a temperatura de bolha de uma mistura com xA=0,3 e o ponto de orvalho de um vapor com yA= 0,75, ambos presso de 400 mm Hg.
d) Determine analiticamente a temperatura de bolha de uma mistura com xA=0,3 e o ponto de orvalho de um vapor com yA= 0,75, ambos presso de 760 mm Hg.
Dados
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