Baixe Destilação multicomponentes - notas de aulas e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity!
DESTILAÇÃO MULTICOMPONENTE:
MÉTODOS APROXIMADOS
EQ 852 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS III
Este material está baseado no capítulo 9 do livro Separation Process Principles: Chemical and Biochemical Operations, 3rd edition , J. D. Seader, E. J. Henley e D. K. Roper, John Wiley & Sons, Inc. Pags: 359-371, itens: 9.0 a 9.1.
DESTILAÇÃO MULTICOMPONENTE
- Nesta aula será desenvolvido um MÉTODO APROXIMADO (Short – Cut) para projeto preliminar e otimização de colunas de destilação multicomponente, o qual é chamado método de Fenske – Underwood - Gilliland (FUG-K)
MÉTODO APROXIMADO DE
FENSKE – UNDERWOOD- GILLILAND – KIRKBRIDE
(FUG-K)
- Fenske – 1932 – Nmin
- Underwood – 1932 – Rmin
- Gilliland – 1940 – N
- Kirkbride – 1944 – Localização do prato de alimentação
SELEÇÃO DE DOIS COMPONENTES CHAVES
- Passo 1: Selecionar 2 componentes chave da mistura multicomponente - LK – light key – componente chave leve - HK – heavy key – componente chave pesado
- Fazer o “ranking” de volatilidade dos compostos ... ... ... ... Chave leve (LK) Chave pesado (HK) ... ... ... ...
LK e HK são compostos adjacentes no ranking de volatilidade – GERALMENTE são os únicos componentes que aparecem tanto no destilado como no produto de fundo
Componentes mais leves que LK são obtidos no destilado
Componentes mais pesados que HK são obtidos no fundo
EQUAÇÃO FENSKE PARA Nmin DE ESTÁGIOS DE EQUILIBRIO
- N mín de estágios de equilíbrio corresponde ao refluxo total
- Na prática, esta condição pode ser alcançada pelo carregamento da coluna com a matéria-prima e operando-a em estado estacionário sem posterior alimentação ou retirada de produto.
DERIVAÇÃO DA EQUAÇÃO FENSKE
- Os estágios são numerados de baixo para cima
- Todo vapor que deixa o topo do estágio N é condensado e retorna ao estágio N como refluxo.
- Todo líquido que deixa o estágio 1 é vaporizado no refervedor e retorna para o estágio 1 como boilup.
EQUAÇÃO FENSKE PARA NÚMERO MÍNIMO DE
ESTÁGIOS DE EQUILÍBRIO
- Seção de Enriquecimento:
- BM: V = L + D
- Em refluxo total, D = 0
- VN -1 = LN
- Então, yi,N -1 = xi,N
- Seção de esgotamento:
- BM: L = V + B
- Em refluxo total, B = 0,
- L = V
- Então, yi,N-1 = xi,N
𝑦𝑖,𝑛− 1 =
𝐿 𝑉 𝑥𝑖,𝑛^ +^
𝐷 𝑉 𝑥𝑖,𝐷
𝑦𝑖,𝑚− 1 =
𝐿 𝑉 𝑥𝑖,𝑛^ +^
𝐵 𝑉 𝑥𝑖,𝐵
EQUAÇÃO FENSKE
- Pelo equilíbrio de fases:
- Mas, para correntes passantes
- Similarmente para o estágio 2
- Combinando estas duas equações
EQUAÇÃO FENSKE
- Dividindo 9-6 por 9-7,
- Temos,
- Ou, Pelo BM: yi,N = xi, N+1 e yj,N = xj,N+
EQUAÇÃO FENSKE
- Raramente usada na prática porque a condição de cada estágio deve ser conhecida para computar as volatilidades relativas.
- Entretanto, se uma volatilidade relativa média é utilizada :
EQUAÇÃO FENSKE
- Forma mais conveniente: substituição do produto das razões molares pelo produto equivalente de razão de distribuição molar em termos do componente do destilado e razão de produto de fundo d e b, respectivamente, e pela substituição de i,j pela média geométrica dos valores de topo e fundo. Assim,
- bi = vazão do componente i no produto de fundo
- di = vazão do componente i no destilado
MÉDIA GEOMÉTRICA
- Em que a média da volatilidade relativa é aproximadamente,
- A equação de Fenske é exata somente se não varia e/ou a mistura forma soluções ideais.
DISTRIBUIÇÃO DOS COMPONENTES NÃO-CHAVES
- Substituindo e fi = di + bi em 9-14:
- Temos:
- Mas, F. zi,F = D. xi,D + B. xi,B e fi = di + bi
- Calculando-se bi ou di, a outra quantidade é obtida por um BMG.
EQUAÇÕES DE UNDERWOOD PARA REFLUXO MÍNIMO
- R efluxo mínimo -> estágios
(Diferentemente do Nmin, há uma alimentação e produtos que são retirados, mas a coluna é imaginária.)
- Para destilação de uma mistura ideal em refluxo mínimo, como mostrado na Figura ao lado, a maioria dos estágios estão acumulados em uma zona de composição constante que liga o estágio de alimentação.
