aula revisão 01-complemento

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS III Prof. Henrique Cardias 2015-1

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  • 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