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Instituto Superior de Engenharia de Coimbra

DESTILAÇÃO DE UMA MISTURA BINÁRIA AZEOTRÓPICA

M.N. Coelho Pinheiro, B.P.M. Duarte, M.J. Moura, L.M.T. Santos

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TRABALHO: Destilação de uma mistura binária azeotrópica

UNIDADE CURRICULAR: Laboratório de Engenharia Química II

4º Ano / 2º Semestre

CURSO BIETÁPICO: Licenciatura em Engenharia Química

CARGA HORÁRIA: 4h/Semana

INTEGRAÇÃO DE MATÉRIAS:Operações Unitárias II e IV (3º e 4º Ano)

Termodinâmica Química II (2º Ano)

Termodinâmica Aplicada (4º Ano)

OUTROS TRABALHOS: Evaporação, Humidificação e Extracção sólido-líquido

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OBJECTIVOS

• Previsão do equilíbrio líquido-vapor para o sistema anilina / água, à pressãoatmosférica

• Destilação de uma mistura binária de anilina / água (2,0 – 2,5 %, em peso, emanilina) numa coluna com 30 pratos, 1 condensador total e 1 reebulidor parcial

• Determinação do número de andares de equilíbrio necessários para a separaçãoobtida experimentalmente

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PLANIFICAÇÃO DO TRABALHO

• Revisão de conceitos• Previsão do equilíbrio

líquido-vapor:

1ª AULA(4h)

2ª AULA(4h)

3ª AULA(4h)

• Realizaçãoexperimental

• Ficha de avaliação• Apresentação do relatório• Discussão

UNIFACUNIQUACVan LaarMargules (3 sufixos)

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PARTICULARIDADES DO SISTEMA ANILINA / ÁGUA (P=1atm)

• Mistura não ideal

• Formação de um azeótropo, heterogéneo, de mínimo

(T = 99 ºC; X água = 0,964) [4]

• Miscibilidade parcial da anilina na água

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PREVISÃO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR (P=1 atm)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

Fracção molar da água

Tem

pera

tura

(ºC)

vapor

líquido + vapor

duas fases líquidas

fase orgânica

fase aquosa

ponto azeotrópicoheterogéneo

Linha de solubilidade da anilina na água [4]

Linha de solubilidade da água na anilina [4]

Dados bibliográficos [4]

Van Laar

Margules (3 sufixos)

UNIQUAC

UNIFAC

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PONTO AZEOTRÓPICO

T (ºC)

X água

UNIFAC UNIQUAC VAN LAAR MARGULES(3 sufixos)

BIBLIOGRAFIA [4]

99 99,0 99,1 99,1 99,4

0,964 0,956 0,957 0,957 0,966

PREVISÃO

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FUNCIONAMENTO DA VÁLVULA DE SOLENÓIDE

válvula fechada

válvula aberta

para reservatório de

destilado

haste de vidro

do condensador

do condensador

para coluna

Refluxo total Refluxo nulo

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aquecedor daalimentação

sensor de temperatura

reservatório doproduto de cauda

linha do produto de cauda

unidadede

controlo

reebulidor

reservatóriodo

destilado

linhado

destilado

válvula desolenóide

condensadores

linha daalimentação

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RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Caudal(kg/h)

2,068

0,403

2,471

X anilina

1,56E-6

0,0363

5,27E-3

W anilina

8,09E-6

0,163

0,0266

X água

≈1

0,964

0,995Alimentação, F

Destilado, D

Produto de cauda, B

Verificação do balanço mássico à anilina:

F × W anilina,F = B × W anilina,B + D × W anilina,D

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Nº ANDARES DE EQUILÍBRIO E ANDAR ÓPTIMO DA ALIMENTAÇÃO

andarda

alimentação

zonade

empobrecimento

zonade

enriquecimento

McCabe-Thiele 3 - 4 3º, 4º7 - 9

11 19 + 1 11ºColuna de destilação

4 11 -Aspen versão 12.2

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CONCLUSÕES

• Os métodos de contribuição de grupo, em geral, permitem uma melhor previsão

do equilíbrio líquido-vapor para o sistema anilina / água, à pressão atmosférica

• Obtenção da mistura azeotrópica como destilado e água, quase pura, como

produto de cauda

• Coluna de destilação sobredimensionada para a separação pretendida

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TRABALHO A DESENVOLVER …

• Para o mesmo sistema, operar com a coluna a pressão reduzida

• Utilizar o mesmo sistema mas partindo de uma mistura de água em anilina

• Introduzir sensores de temperatura nos vários andares de equilíbrio, para

determinação dos perfis de temperatura (com aquisição de dados)

• Destilação de outras misturas

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BIBLIOGRAFIA

[1] Kyle, B.G., “Chemical and Process Thermodynamics”, 3ª ed., 1999, New Jersey, Prentice Hall

[2] Gomes de Azevedo, E., “Termodinâmica Aplicada”, 2ª ed., 2000, Escolar Editora

[3] Smith, J.M., van Ness, H.C., Abbott, M.M., “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, 6ª ed., 2001, McGraw-Hill

[4] Coulson, J.M., Richardson, J.F., “Tecnologia Química”, vol. II e VI, Fundação CalousteGulbenkian

[5] Treybal, R.E., “Mass Transfer Operations”, 3ª ed., 1980, McGraw-Hill

[6] McCabe, W.L., Smith, J.C., Harriot, P., “Unit Operations of Chemical Engineering”, 6ª ed., 2001, McGraw-Hill

[7] Reid, R.C., Prausnitz, J.M., Poling, B.E., “The properties of gases and liquids”, 5ª ed., 2000, New York, McGraw-Hill

[8] Aspen Engineering Suite, Version 12.2

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Linha de solubilidade da anilina na água [4]

Dados bibliográficos [4]

Van Laar

Margules (3 sufixos)

UNIQUAC

UNIFAC

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

0,80 0,85 0,90 0,95 1,00

Fracção molar da água

Tem

pera

tura

(ºC

)

alimentação, xágua=0,995

vapor

líquido + vapor

duas fases líquidas

fase aquosa

ponto azeotrópicoheterogéneo