destilação - turma de quarta

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS ENGENHARIA QUÍMICA OPERAÇÕES UNITÁRIAS 02155 CHRISTIANE SARAIVA OGRODOWSKI Destilação Cátia Liane Ücker- 46554 Fernanda Schiller 44959 Franciele Schwantes - 44968 Rio Grande 2013

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE

    ESCOLA DE QUMICA E ALIMENTOS

    ENGENHARIA QUMICA

    OPERAES UNITRIAS 02155

    CHRISTIANE SARAIVA OGRODOWSKI

    Destilao

    Ctia Liane cker- 46554

    Fernanda Schiller 44959

    Franciele Schwantes - 44968

    Rio Grande

    2013

  • Contedo

    1. Introduo .............................................................................................................. 6

    2. Objetivos ................................................................................................................ 7

    3. Reviso Bibliogrfica ............................................................................................ 8

    4. Materiais e Mtodos ......................................................................................... 41

    4.1 Materiais .............................................................................................................. 41

    4.2 Metodologia ......................................................................................................... 41

    5. Resultados e Discusso .................................................................................... 43

    6. Concluso ............................................................................................................ 50

    7. Bibliografia ......................................................... Error! Bookmark not defined.1

  • ndice de Tabelas

    Tabela 1 - Dados de temperatura na destilao de benzeno tolueno

    Tabela 2 Fraes molares do benzeno e tolueno na fase lquida e vapor

    Tabela 3 Fraes molares de benzeno e tolueno no topo e fundo para cada temperatura

    mdia

    Tabela 4 Valores obtidos da calibrao do picnmetro

    Tabela 5 Valores obtidos na Prtica de Picnometria

    Tabela 6 Massa especfica dos componentes da mistura

    Tabela 7 Resultados das fraes para os trs mtodos

  • ndice de Figuras

    Figura 1 Esquema e uma torre de destilao

    Figura 2 Diagrama de equilbrio para um sistema binrio a temperatura constante

    Figura 3 Diagrama de equilbrio para um sistema binrio a presso constante

    Figura 4 Diagrama de equilbrio para o sistema benzeno(A)-tolueno(B), a presso de 1 atm.

    Figura 5 Destilao diferencial

    Figura 6 Esquema de um processo contnuo de destilao de equilbrio

    Figura 7 Estgio da coluna de destilao fracionada com prato perfurado

    Figura 8 Prato perfurado

    Figura 9 Anis de Raschig

    Figura 10 Selas de Berl

    Figura 11 Anis de Pall

    Figura 12 Coluna de destilao fracionada

    Figura 13 Balanos materiais para o topo e fundo da coluna

    Figura 14 Fluxos de vapor e lquido que entram e saem de um prato

    Figura 15 Coluna de destilao onde encontra-se os balanos da matria pelo mtodo

    McCabe Thiele

    Figura16 Balano de material e linha de operao a seo de enriquecimento

    Figura 17 Balano de material e linha de operao a seo de empobrecimento

    Figura 18 Clculo de pratos tericos utilizando mtodo de Ponchon-Savarit

    Figura 19 Coluna de destilao para fracionamento de petrleo

    Figura 20 Coluna de destilao de metanol

    Figura 21 Torres de destilao

    Figura 22 Torres de destilao fracionadas

    Figura 23 Esquema da prtica de destilao

    Figura 24 Grfico das temperaturas de topo e fundo em funo do tempo

    Figura 25 Diagrama de Equilbrio Liquido-Vapor da mistura benzeno-tolueno a presso

    constante de 1 atm

  • Legenda de Smbolos

    Q Fluxo de calor [W]

    H Coeficiente de pelcula [W.m-.K

    -1]

    K Condutividade Trmica [W.m-1

    .K-1

    ]

    U Coeficiente Global de Troca Trmica [W.m-.K

    -1]

    T Temperatura [K]

    x Espessura [m]

    A rea [m2]

    R Resistncia Trmica [K.W-1

    ]

    H Entalpia [J.kg-1

    ]

    Calor Latente [J.kg-1]

    R Raio [m]

    H Altura [m]

    Fluxo mssico [kg.s-1]

    V Volume [m]

  • 1. INTRODUO

    A destilao uma operao unitria integrada no conjunto das operaes

    baseadas na transferncia de massa. O mecanismo que rege operao de separao o

    equilbrio lquido/vapor (GEANKOPOLIS, 1998).

    O princpio da destilao consiste na transferncia simultnea de massa do lquido

    pela vaporizao e do vapor pela condensao, sendo que o efeito final o aumento da

    concentrao do componente mais voltil no vapor e do componente menos voltil no lquido.

    O requisito bsico que se deve cumprir para a separao de componentes por destilao, que

    a composio do vapor seja diferente da composio do lquido com o qual est em equilbrio.

    Se a composio do vapor for a mesma que a do lquido, o processo de destilao no efetuar

    a separao (FOUST et al., 2006).

    Como a destilao visa separao das misturas lquidas em componentes mais

    ou menos puros, este mtodo tem diversas aplicaes. O oxignio puro, usado na fabricao

    de ao, nos foguetes e nas aplicaes mdicas, produzido pela destilao do ar que foi

    previamente liquefeito. O petrleo cru separado inicialmente em diversas fraes (como os

    gases leves, a nafta, a gasolina, o querosene) em grandes colunas de destilao, sendo que

    estas fraes so processadas posteriormente em produtos acabados, e a destilao

    freqentemente utilizada nas etapas intermedirias da obteno destes produtos finais

    (GEANKOPOLIS, 1998).

    Dentre as vantagens e desvantagens do uso do processo de destilao para

    separao de misturas, podemos levar em considerao que o processo demanda bastante

    energia, e ainda no caso de destilao fracionada so necessrios outros mtodos de separao

    para purificar a substncia desejada. Uma vantagem, que no necessita de nenhum agente

    para auxiliar na separao, tal como um absorvente, por exemplo.

  • 2. OBJETIVOS

    O objetivo da realizao da prtica a determinao das fraes de benzeno e

    tolueno no fundo e no topo da coluna de destilao. Ainda, pelas temperaturas medidas no

    experimento, determinar as fraes de lquido e vapor em cada ponto, utilizando um diagrama

    de fases do benzeno e tolueno, pela metodologia direta da mdia das temperaturas e mdia das

    fraes, e pelo mtodo indireto da picnometria. Construir um novo diagrama de fases com os

    dados recolhidos em prtica e verificar o ajuste do modelo.

  • 3. REVISO BIBLIOGRFICA

    A destilao baseada em um processo de separao fsica de uma mistura de

    dois ou mais produtos com diferentes pontos de ebulio, atravs da evaporao dos

    componentes mais volteis da mistura. Ao aquecer uma mistura lquida de dois materiais

    volteis, perceber que o vapor retirado da mistura ter uma maior concentrao do

    componente mais voltil do que o lquido de origem do vapor (KISTER, 1992). Geankoplis

    (1998) afirma que o requisito bsico para a separao dos componentes que a composio

    do vapor seja diferente da composio do lquido com o qual est em equilbrio no ponto de

    ebulio.

    As operaes de separao ocorrem pela criao de duas ou mais zonas

    coexistentes que diferem em temperatura, presso, composio e/ou estado fsico. Cada uma

    das espcies moleculares da mistura a ser separada reage de uma nica forma para os

    diferentes ambientes oferecidos por estas zonas. Consequentemente, como o sistema move-se

    para o equilbrio, em cada zona cada espcie vai estabelecer uma concentrao diferente,

    resultando assim em uma separao das espcies (PERRY, 1999).

    A destilao ocorre em um equipamento chamado torre (ou coluna), cujo interior

    dotado por pratos (ou bandejas) ou recheios. (BRASIL, 2004). O material de alimentao,

    separado por fraes, deve ser introduzido em um ou mais pontos ao longo do casco da

    coluna. Devido diferena de gravidade entre as fases vapor e lquida, o lquido desce pela

    coluna, em cascata a partir de prato para prato, enquanto o vapor flui para cima da coluna,

    entrando em contato com o lquido contido em cada prato (PERRY, 1999). O vapor que vem

    do fundo da coluna gerado por um trocador de calor chamado refervedor, onde o fludo de

    maior energia (vapor dgua normalmente) fornece calor ao lquido que sai pelo fundo da

    torre, vaporizando-o total ou parcialmente. O lquido que entra no topo da coluna, chamado de

    refluxo, gerado por um trocador de calor chamado de condensador, que usa um fludo de

    resfriamento (gua ou ar) para a condensao do vapor efluente do topo da coluna. O

    condensado normalmente acumulado em um vaso ou tambor de topo, de onde uma parte

    retorna torre como refluxo e a outra removida como o destilado (BRASIL, 2004). A figura

    1 representa o esquema da torre de destilao.

  • Figura 1 Esquema de uma torre de destilao.

    Fonte: BRASIL (2004).

    Segundo Perry (1999), os componentes mais leves tendem a concentrar-se na fase

    vapor (menor ponto de ebulio), enquanto que os componentes mais pesados tendem a

    concentrar-se na fase lquida, que possui um maior ponto de ebulio. O resultado uma fase

    de vapor que se torna rica em componentes leves enquanto sobe pela coluna e uma fase

    lquida que se torna mais rica em componentes pesados enquanto desce em cascata para o

    fundo. A volatilidade relativa dos componentes, bem como o nmero de pratos e a razo de

    fluxo de fases fundamental para a separao total alcanada entre o destilado e o produto de

    fundo.

    A destilao pode ser realizada, na prtica, conforme dois mtodos principais,

    sendo estes realizados da forma contnua ou descontnua. O primeiro baseia-se na destilao

    sem refluxo, onde ocorre a produo de vapor por fervura da mistura lquida a ser separada e

    a condensao dos vapores, sem permitir que os lquidos retornem a caldeira. J o segundo

  • mtodo baseia-se no retorno do condensado para a coluna a condies tais que o lquido que

    retorna fique colocado em contato direto com os vapores que sobem at o condensador

    (McCABE, 1991).

    3.1 Princpios de clculo

    Segundo Gomide (1988) os clculos de destilao baseiam-se em balanos

    materiais, balanos de energia, relaes de equilbrio e equaes de velocidade.

    3.1.1 Balanos materiais

    As quantidades produzidas durante a operao so relacionadas com as

    quantidades alimentadas, conhecendo-se as composies. utilizado igualmente para

    relacionar as vazes das diversas correntes que circulam no interior do equipamento.

    3.1.2 Balanos de energia

    As cargas trmicas dos pr-aquecedores da alimentao, bem como os

    condensadores e ebulidores das instalaes de destilao, so calculados pelo balano de

    energia. Relaciona as quantidades das correntes lquidas e vaporizadas que participam da

    operao.

    3.1.3 Relaes de equilbrio

    As operaes de destilao so realizadas em estgios nos quais duas correntes,

    lquido e vapor, entram em contato a fim de produzir duas outras correntes com composies

    diferentes das originais. O vapor que sai de um estgio enriquecido no componente mais

    voltil e o lquido que sai possui uma menor quantidade de volteis, em relao ao lquido

    alimentado. Nas operaes ideais os diversos estgios so tericos ou de equilbrio as duas

    correntes de sada do estgio esto em equilbrio, portanto, as composies das correntes de

    sada do estgio relacionam-se atravs de uma relao de equilbrio fsico correspondente.

  • Diagramas a temperatura constante: As composies do lquido e do vapor em

    equilbrio so relacionadas com a presso total, conforme mostra a figura 2. Nas misturas

    binrias indica-se sempre as fraes molares do componente mais voltil no lquido (x) e no

    vapor (y). As fraes do menos voltil so obtidas por diferena.

    Figura 2 Diagrama de equilbrio para um sistema binrio a temperatura constante.

    Fonte: ROUSSEAU (1987)

    A lei de Raoult aplicada em caso particular de solues lquidas ideais. A

    presso exercida pelo componente mais voltil na soluo a temperatura T p1 < P10, onde P1

    0

    a presso de vapor do componente puro a mesma temperatura. A do componente menos

    voltil p2. Gomide (1988) afirma que possvel calcular p1 e p2 pela lei de Raoult.

    Equao 1

    ( ) Equao 2

    Se apenas houver os componentes 1 e 2 no sistema, e o vapor em equilbrio com a

    soluo for um gs ideal, p1 e p2 sero iguais as respectivas presses parciais dos

    componentes no vapor e a presso total poder ser calculada pela lei de Dalton.

    Equao 3

  • A composio do vapor em equilbrio (y) pode ser calculada dividindo a presso

    parcial pela presso total conforme equao 4.

    Equao 4

    Diagramas a presso constante: Se o lquido e o vapor apresentarem

    comportamento ideal as curvas calculadas com as leis de Raoult e Dalton coincidem com as

    experimentais. Abaixo da curva do lquido o sistema lquido frio ou comprimido. Sobre a

    curva do vapor o sistema vapor saturado e acima vapor superaquecido. Na regio entre as

    curvas mistura de lquido saturado (composio x) e vapor saturado (composio y)

    (GOMIDE, 1988).

    Figura 3 Diagrama de equilbrio para um sistema binrio a presso constante.

    Fonte: ROUSSEAU (1987)

    Curvas de equilbrio: Os clculos de destilao ficam mais simples quando os

    dados de equilbrio so colocados em uma curva y vs x. A figura 4 apresenta curvas de

    equilbrio.

  • Figura 4 Diagrama de equilbrio para o sistema benzeno(A)-tolueno(B), a presso de 1 atm.

    Fonte: GEANKOPLIS (1998)

    Volatilidade relativa: Mede sua facilidade de evaporao e pode ser constante,

    onde a curva de equilbrio ser simtrica em relao a perpendicular no meio diagonal, ou

    variar com a composio do sistema.

    A volatilidade relativa do componente 1 em relao ao componente 2 de uma

    mistura a relao abaixo:

    Equao 5

    Para mistura binria:

    ( )

    ( )

    Equao 6

    Para misturas ideais, a relao entre as presses de vapor dos dois

    componentes puros temperatura considerada:

    Equao 7

    Para estimativas pode-se calcular um valor aproximado de atravs da expresso:

  • Equao 8

    Onde:

    diferena entre os pontos de ebulio normais dos componentes (C);

    temperatura de operao (K).

    3.1.4 Equaes de velocidade

    De acordo com Gomide (1988), os dados de velocidade servem para calcular o

    equipamento necessrio para realizar uma dada operao. Obtm-se na destilao o nmero

    de estgios reais a partir do nmero de estgios tericos. Em uma coluna de placas ou

    bandejas isto significa o nmero de placas reais e em uma coluna de enchimento a altura do

    recheio.

    3.2 Operaes de destilao

    Segundo Gomide (1988), a destilao pode ser conduzida de diversos modos,

    podendo apresentar vantagens e desvantagens em uma determinada situao particular. Esses

    diversos modos so modificaes de mtodos que podem ser considerados fundamentais,

    como a destilao diferencial, destilao de equilbrio, destilao por arraste e destilao o

    tipo de equipamento, porm todos so baseados no mesmo princpio de que o vapor

    produzido por uma mistura lquida geralmente est mais concentrado no componente mais

    voltil do que no lquido.

    3.2.1 Destilao diferencial

    Tambm conhecida como destilao de Raleigh ou destilao simples, a

    destilao diferencial descontnua. O carregamento lquido colocado em um fervedor e

    aquecido at o lquido entrar em ebulio. O vapor formado enviado a um condensador onde

    o condensado coletado imediatamente (GEANKOPLIS, 1998). Tanto o vapor que se

    encontra enriquecido no componente mais voltil, como o lquido residual do fervedor podem

    ser produto da operao (GOMIDE, 1988).

  • A figura 5 apresenta um esquema de destilao diferencial.

    Figura 5 Destilao diferencial

    Fonte: Gomide (1988)

    Segundo Gomide (1988), em escala de laboratrio, a destilao diferencial

    realizada em um balo de vidro de pescoo curto adaptado a um condensador.

    Os clculos relativos a este tipo de operao visam relacionar a quantidade de

    lquido que se encontra no fervedor num dado instante com sua composio. O regime

    transiente, pois a operao realizada em batelada. O balano material do componente mais

    voltil dado pela equao 9.

    ( ) ( ) Equao 9

    Onde:

    frao de vapor;

    vapor produzido (kmol);

    frao de lquido;

    lquido contido no fervedor (kmol).

    A relao mostrada na equao 10 deve-se pelo fato da produo de vapor ser

    igual a diminuio da quantidade de lquido no fervedor.

    Equao 10

    Substituindo a equao 9 na equao 10, tem-se a equao 11.

  • ( ) Equao 11

    A equao de Rayleigh, apresentada na equao 12, obtida pelo mtodo das

    variveis separveis e integrando desde o momento inicial at o instante genrico.

    Equao 12

    Onde:

    quantidade de lquido no fervedor no instante inicial;

    composio do lquido no instante inicial.

    A integral da Equao 12 pode ser resolvida analiticamente ou por mtodo

    grfico. Para tanto, deve-se ter uma relao de equilbrio ( ) conhecida na forma de uma

    relao algbrica. Para uma curva de equilbrio do tipo no intervalo de

    concentrao considerado, tem-se a Equao 13.

    (

    )

    Equao 13

    Sendo que a volatilidade relativa constante no intervalo considerado, tem-

    se a Equao 14.

    ( )

    ( )

    Equao 14

    3.2.2 Destilao de equilbrio

    A destilao de equilbrio, tambm conhecida como destilao flash, pode ser

    operada em batelada ou em operao contnua, sendo a operao contnua usada com maior

    frequncia (GOMIDE, 1988). Segundo McCabe (1991), a destilao de flash envolve

    vaporizar uma frao definida de lquido, de uma maneira tal que o vapor formado esteja em

    equilbrio com o lquido residual.

  • A alimentao de lquido pr-aquecida alimentada em um tanque de expanso,

    onde parte do liquido vaporizar. O vapor produzido e o lquido no vaporizado so retirados

    continuamente do tanque logo que se formam (GOMIDE, 1988).

    A figura 6 apresenta o esquema utilizado em um processo contnuo de destilao

    de equilbrio

    Figura 6 Esquema de um processo contnuo de destilao de equilbrio.

    Fonte: McCABE (1991)

    Na figura 6, em (a) realizada a alimentao por uma bomba, que passa por um

    aquecedor (b) e reduz-se a presso na vlvula (c). No separador (d) entra uma mistura de

    lquido e vapor que fica tempo suficiente para as correntes de lquido e vapor se separarem.

    O balano material permite calcular a quantidade V que ser vaporizada,

    considerando uma operao em regime permanente. Essa relao dada pela Equao 15.

    ( ) Equao 15

    Isolando o V, obtm a Equao 16.

    (

    ) Equao 16

    Onde:

  • a alimentao (kmol/h ou kg/h);

    a frao molar ou em peso do mais voltil na alimentao;

    o lquido produzido (composio x);

    o vapor produzido (composio y).

    3.2.3 Destilao por arraste

    Segundo Gomide (1988) a destilao por arraste, tambm conhecida como

    destilao com vapor, um mtodo muito comum e similar a destilao simples, porm h

    uma injeo de vapor vivo no aquecedor em vez de realizar um aquecimento atravs do

    trocador de calor. Utiliza-se a destilao por arraste quando a mistura desfavorvel a

    transferncia de calor ou quando o lquido se decompe conforme for submetido s condies

    de operao da destilao. De acordo com Geankoplis (1998), no se pode purificar por

    destilao, presso atmosfrica, os lquidos com um alto ponto de ebulio, pois os

    componentes da mistura lquida podem decompor-se a elevadas temperaturas necessrias.

    Em Gomide (1988) diz que na destilao por arraste pode ocorrer dois casos:

    - o vapor dissolve-se no lquido que est sendo destilado;

    - o vapor imiscvel com o lquido.

    No primeiro caso, calcula-se a relao entre os nmeros de mol de lquido e de

    gua no vapor, em funo das presses parciais e da presso total, utilizando o ndice a para

    identificar a gua, conforme a Equao 17.

    Equao 17

    Onde:

    quantidade de matria;

    frao no vapor;

    presso parcial;

    presso total do sistema.

  • No segundo caso, quando o vapor imiscvel com o lquido, um componente no

    ir interferir com o outro e a presso parcial do lquido poder ser substituda pela presso de

    vapor do componente orgnico puro ( ). A Equao 18 apresenta tal relao, mostrando que

    quanto menor for a presso total do sistema, maior ser a relao .

    Equao 18

    H uma diminuio do consumo de vapor dgua medida que a presso de

    operao se reduz, tornando vantajoso realizar a operao a vcuo.

    3.2.4 Destilao fracionada

    A destilao fracionada realizada por um processo que ocorre em vrias etapas

    de modo que os produtos lquidos e de vapor fluam em contracorrente entre si. O lquido

    alimentado e flui para um estgio abaixo enquanto que o vapor flui para um estgio superior

    (GEANKOPLIS, 1998).

    De acordo com Gomide (1988), a destilao fracionada acontece com

    vaporizaes e condensaes sucessivas em um equipamento conhecido como coluna de

    fracionamento, sendo essas de pratos e de enchimentos.

    - Coluna de fracionamento de pratos

    A coluna de fracionamento tem um casco cilndrico, vertical e alongado, contendo

    em seu interior certo nmero de pratos ou bandejas horizontais. A alimentao realizada em

    uma zona intermediria da coluna, podendo haver outras alimentaes ao longo da coluna. O

    lquido percorre a coluna, descendo de prato em prato. O vapor sobe pela coluna borbulhando

    atravs do lquido que vai de um lado a outro nas bandejas (GOMIDE, 1988).

    A figura 7 apresenta a esquematizao de um estgio da coluna de destilao

    fracionada com prato perfurado onde o lquido e o vapor circulam em contracorrente.

  • Figura 7 Estgio da coluna de destilao fracionada com prato perfurado.

    Fonte: http://dc356.4shared.com

    Um exemplo de prato perfurado pode ser visto na figura 8.

    Figura 8 Prato perfurado

    Fonte: abvirtual.eq.uc.pt

    - Coluna de fracionamento de enchimento

    O lquido e o vapor percorrem a coluna passando por um enchimento inerte, como

    anis de Raschig, selas de Berl, anis de Pall, selas Intalox ou recheios estruturados, que

    visam promover o contato entre as duas fases (GOMIDE, 1988). As figuras apresentadas

    abaixo mostram tipos destes enchimentos.

  • Figura 9 Anis de Raschig

    Fonte: www.celene.com.br

    Figura 10 Selas de Berl

    Fonte: porcelanarex.com.br

    Figura 11 Anis de Pall

    Fonte: porcelanarex.com.br

    A coluna de fracionamento, alm do casaco composto por pratos ou recheio, deve

    conter um refervedor na base e um condensador no topo. A figura 12 mostra uma coluna de

    destilao fracionada.

  • Figura 12 Coluna de destilao fracionada.

    Fonte: labvirtual.eq.uc.pt

    O refervedor produz o vapor que ir subir pela coluna. O lquido retirado do

    refervedor considerado produto pesado, de cauda ou de fundo. O condensador condensa os

    vapores e o condensado vai para o acumulador, onde parte retorna ao topo da coluna como

    refluxo e o restante o produto leve, de topo ou destilado. O refluxo origina a corrente lquida

    que desce de prato em prato da coluna (GOMIDE, 1988).

    Ao longo da coluna, a concentrao do componente mais voltil enriquecida

    pelo vapor a partir de uma fase para a outra mais elevada, ou seja, a medida que ele sobe pela

    coluna, e empobrecida pelo lquido a partir de uma fase para a outra inferior, ou seja,

    conforme desce da coluna (GEANKOPLIS, 1998). Com isso, uma coluna de destilao

    fracionada pode ser dividida em duas sees. A seo superior alimentao chamada de

    zona de enriquecimento ou absoro, pois enriquece o vapor. A seo abaixo da zona de

    alimentao a zona de stripping, esgotamento ou empobrecimento, pelo fato de empobrecer

    as partes volteis do lquido (GOMIDE, 1988).

    A Equao 19 mostra uma relao entre o condensado e o produto, pois a coluna

    deve ter um nmero suficiente de placas para que o vapor chegue ao topo com uma

    composio adequada para produzir o destilado especfico, depois do condensado.

  • Equao 19

    Onde:

    razo de refluxo;

    condensado que retorna coluna refluxo;

    produto de topo ou destilado.

    3.3 Clculos relativos s colunas de placas.

    Para desenvolver um projeto completo de uma coluna de destilao de placas,

    deve-se considerar diversas etapas, que podem ser caracterizadas como clculos das

    condies terminais clculo do nmero de placas tericas, clculo do nmero de placas reais,

    determinao da altura e dimetro da coluna, projeto dos trocadores de calor, projeto e

    detalhamento das placas ou bandejas.

    Devem-se especificar as variveis de alimentao e as composies de destilado e

    produto de fundo. Primeiramente, calculam-se as quantidades de produtos obtidos, e ento as

    condies terminais de operao estaro conhecidas. Os clculos das condies terminais so

    feitos por balanos materiais. Considerando uma mistura binria, deve-se fazer apenas o

    balano total e o balano do componente mais voltil em torno da coluna funcionando em

    regime permanente, conforme equaes abaixo.

    Equao 20

    Equao 21

    Onde:

    corrente de alimentao;

    corrente de destilado;

    corrente de produto de cauda.

  • 3.3.1 Clculo do numero de placas tericas

    A qualquer placa de uma coluna esto associadas quatro correntes, duas que

    chegam (um lquido que vem da placa de cima e um vapor que vem da placa de baixo) e duas

    que saem (um lquido e um vapor). A funo da placa promover o contato entre as fases de

    modo a tornar possvel a transferncia de massa.

    3.3.1.1 Mtodo de Lewis - Sorel

    Sorel desenvolveu o mtodo inicialmente, sendo mais tarde simplificado

    consideravelmente por Lewis. Com o uso de balanos materiais e de energia, considerando

    que o equilbrio atingido em todas as placas, Sorel calculou o enriquecimento do vapor, ou

    seja, a composio do vapor de uma placa para outra (GOMIDE, 1988).

    Segundo Coulson e Richardson (1981), destilando-se uma alimentao binria F

    para dar um produto destilado D e um fundo W, o vapor Vt procedente do prato superior

    condensado, e uma parte retorna coluna na forma lquida, como refluxo, retirando-se o resto

    como produto, conforme a figura 13.

    Figura 13 Balanos materiais para o topo e fundo da coluna.

    Fonte: COULSON & RICHARDSON (1981).

    Balano para o prato n:

    Equao 22

    Para o composto mais voltil:

  • Equao 23

    Onde:

    = vapor precedente do prato superior;

    = destilado;

    = condensado;

    = frao de lquido para o componente mais voltil que retorna coluna;

    = frao de lquido para o componente mais voltil do destilado;

    = frao de vapor do mais voltil no prato superior.

    Considerando o fluxo de lquido constante, . Combinando-se as

    Equaes 22 e 23, encontra-se a Equao 24.

    Equao 24

    Posteriormente, de forma semelhante, faz-se um balano material para o

    componente mais voltil na base da coluna at o prato m.

    Equao 25

    Equao 26

    Sendo , ento:

    Equao 27

    Onde:

    = produto de fundo;

    = frao de lquido para o componente mais voltil na corrente de fundo.

    Com a Equao 24 calcula-se a variao da componente de um prato at o prato

    seguinte, e com a Equao 27 calcula-se para as sees abaixo do ponto de alimentao.

    As simplificaes propostas por Lewis que estabelecem as vazes do lquido e

    vapor, constantes, de uma placa para a seguinte desde que no haja alimentao ou retirada do

    material, so propostas na Equaes 28 e 29.

  • Equao 28

    Equao 29

    3.3.1.2 Mtodo de McCabe Thiele

    McCabe e Thiele desenvolveram um mtodo matemtico grfico para determinar

    o nmero de pratos tericos ou fases necessrias para a separao de uma mistura binria de

    A e B (GEANKOPLIS, 1998).

    Um derramamento equimolar atravs da torre entre a entrada de alimentao e a

    placa superior, e a entrada da alimentao e a placa inferior a principal questo deste

    mtodo, conforme figura 14.

    Figura 14 Fluxos de vapor e lquido que entram e saem de um prato.

    Fonte: GEANKOPLIS (1998).

    Um balano molar total da matria proporciona a Equao 30.

    Equao 30

    Em um balano de componentes para a espcie A, conforme Equao 31.

    Equao 31

  • Onde:

    - mol/h do vapor no prato ;

    - mol/h do lquido no prato ;

    - a frao molar de A em .

    A figura 15 apresenta uma coluna de alimentao de destilao contnua onde em

    um ponto intermedirio introduzido do mesmo em um produto destilado que sai do topo e

    de um produto lquido que retirado pela parte inferior. A parte superior da torre, acima da

    entrada de alimentao, chamada de seo de enriquecimento, porque a potncia de entrada

    da mistura binria de componentes A e B enriquecida nesta seco, de modo que o destilado

    mais rico em A do que na alimentao. A torre de funcionamento opera no estado

    estacionrio.

    Figura 15 Coluna de destilao onde encontra-se os balanos da matria pelo mtodo

    McCabe Thiele.

    Fonte: GEANKOPLIS (1988).

  • A equao 32 apresenta um balano molar:

    Equao 32

    Com respeito ao componente A, apresenta-se a equao 33:

    Equao 33

    Onde:

    a alimentao de entrada;

    o destilado;

    os resduos.

    Seo de enriquecimento do lquido

    Ao realizar um balano material total da figura 16, encontra-se:

    Equao 34

    Para o componente A tem-se a equao 35:

    Equao 35

    Tornando-se:

    Equao 36

  • Figura 16 - Balano de material e linha de operao a seo de enriquecimento. (a) Esquema

    da torre e (b) linhas de operao.

    Fonte: GEANKOPLIS (1998).

    Seo de empobrecimento

    Ao realizar um balano material total da figura 17, encontra-se:

    Equao 37

    Para o componente A tem-se a equao 38:

    Equao 38

    Tornando-se:

    Equao 39

  • Figura 17 Balano de material e linha de operao a seo de empobrecimento. (a)

    Esquema da torre e (b) linhas de operao.

    Fonte: GEANKOPLIS (1998).

    3.3.1.3 Mtodo de Ponchon-Savarit

    Neste mtodo, calcula-se o nmero de placas tericas que prescinde as hipteses

    simplificadoras usuais. um mtodo que facilita a obteno das cargas trmicas do

    condensador e fervedor. O diagrama entalpia-concentrao utilizado para a construo

    grfica, os quais so raros, sendo esta a maior limitao do mtodo. Este diagrama uma

    representao das entalpias das misturas lquidas ou vaporizadas do sistema considerado, em

    funo de sua composio. A figura 18 apresenta um diagrama entalpia-concentrao.

  • Figura 18 Clculo de pratos tericos utilizando mtodo de Ponchon-Savarit: (a) diagrama

    entalpia versus concentrao; (b) pratos.

    Fonte: DUTTA (2007).

    A curva superior apresenta as entalpias H de vapores saturados, em funo de sua

    composio y, enquanto a inferior corresponde ao lquido saturado. As retas entre as duas

    curvas so as retas de equilbrio ou conjugao. O sistema vapor superaquecido acima da

    linha do vapor e lquido frio ou comprimido abaixo da linha do lquido saturado.

    3.3.1.4 Mtodo de Fenske

    Utilizado para calcular o nmero mnimo de placas tericas, isto , para colunas

    operando com refluxo total. Com o refluxo total no obtm-se destilado, porm possvel

    operar com refluxo muito grande, retirando desta maneira uma pequena quantidade de

    destilado, comparado com a quantidade de refluxo. Com isso, esse mtodo til para

    estimativas rpidas do nmero mnimo de placas necessrias para efetuar a separao

    especificada. A Equao 40 apresenta o clculo do nmero de placas ( ), levando em

    considerao a frao lquida do componente mais voltil no fundo ( ), a frao lquida do

    componente mais destilado no destilado ( ) e a volatilidade ( ) (GOMIDE, 1988).

  • (

    ( )

    ( )

    )

    Equao 40

    Se um condensador parcial for utilizado, deve-se subtrair 2 ao invs de 1 no

    segundo membro.

    3.4 Projeto de colunas de bandejas

    3.4.1 Clculo de nmeros de placas reais

    De acordo com Gomide (1988), diversos fatores associados com o sistema

    processado, a operao, o equipamento e o projeto so importantes para analisar a eficincia

    de um equipamento de transferncia de massa. Todos os fatores apresentam itens importantes.

    Os fatores associados com o sistema processado analisa a natureza das fases, as

    consideraes cinticas, as propriedades das fases (viscosidade, tenso superficial e

    interfacial, solubilidade e a densidade relativa), relao de equilbrio e tendncia a formao

    de espumas.

    J os fatores de operao engloba agitao, estabilidade da marcha prevista,

    manuteno da capacidade de projeto, constncia das composies, temperatura e vazes,

    controle de processo e condies de operao, como a presso e a temperatura.

    Em relao aos fatores associados com o equipamento cita-se o tipo, tamanho,

    perda de carga, caractersticas do escoamento das fases, acessrios do equipamento principal,

    construo mecnica, modificaes e adaptaes e os defeitos detectados.

    Nos fatores associados com o projeto importante frisar o grau de conhecimento

    do engenheiro, a concepo bsica adequada, as previses realistas de desempenho, o

    refinamento do modelo adotado, a previso dos clculos, a disponibilidade de dados cinticos,

    a experincia prvia de terceiros, a estabilidade do projeto e a flexibilidade desejada.

    As eficincias mais utilizadas so a eficincia global da coluna, eficincia de

    ponto e eficincia de placa, ambas de Murphree.

  • 3.4.1.1 Eficincia global da coluna (E)

    A relao NPT= E(NPR) define a eficincia global da coluna e permite calcular

    diretamente o nmero de placas reais necessrias a partir do numero de placas tericas,

    conforme Equao 41.

    Equao 41

    Tem-se como objetivo final a obteno do valor de E, que deve ser determinado

    experimentalmente com uma coluna operando em condies to prximas quanto possvel das

    condies de projeto da nova coluna, seja em operaes de larga escala, como em ensaios de

    usina piloto conduzidos cuidadosamente.

    As hipteses citadas abaixo so encontradas pelo mtodo semi-terico

    desenvolvido por Bakowski.

    A taxa de transferncia de massa de um componente que se transfere para a

    fase vapor proporcional concentrao desse componente no lquido e sua presso de

    vapor;

    A rea interfacial proporcional profundidade de lquido sobre a placa;

    A velocidade de renovao da rea de transferncia de massa proporcional

    velocidade do gs.

    A equao 42 define a expresso geral obrida para a destilao de dois

    componentes.

    Equao 42

    Onde:

    = constante de equilbrio vapor-lquido;

    = massa molecular;

    = densidade do lquido (g/cm);

    = temperatura (K);

    = profundidade efetiva do lquido (cm), selo esttico para bandejas de

    campnulas ou altura do vertedor de sada para bandejas perfuradas e valvuladas;

  • A fim de prever valores confiveis de eficincia de colunas de destilao, os

    mtodos tericos desenvolvidos baseiam-se em estudos de transferncia de massa entre as

    fases que entram em contato sobre as bandejas. O melhor estudo apresentado pelo American

    Institute of Chemical Engineers, onde calculado inicialmente a eficincia de ponto, com a

    qual obtm-se a eficincia de placa e finalmente a eficincia global (GOMIDE, 1988).

    3.4.1.2 Eficincia de ponto (ou local) de Murphree para o vapor

    A Equao 43 define cada ponto da placa genrica .

    (

    )

    Equao 43

    Gomide (1988) diz que o enriquecimento real do vapor no ponto considerado o

    numerador, sendo o denominador considerado como o enriquecimento terico, ou seja, o

    representa a composio do vapor em equilbrio com o lquido de composio naquele

    ponto da placa. O valor no pode ser maior do que 1, isto , esta eficincia no pode ser

    superior a 100%. Se houver gradiente de concentrao de lquido atravs da placa, o valor de

    variar de um ponto a outro na placa. Define-se uma eficincia anloga com as

    concentraes do lquido, conforme Equao 44.

    (

    )

    Equao 44

    3.4.1.3 Eficincia de placa de Murphree

    A Equao 45 apresenta a eficincia da placa .

    (

    )

    Equao 45

    A composio mdia do vapor que chega placa o , e o a

    composio mdia do vapor que sai dessa placa e

    a composio de equilbrio com o

    lquido de composio que deixa a placa. Essa eficincia pode resultar num valor maior do

  • que 100%, pois existe uma eficincia de um gradiente de concentrao do lquido ao longo da

    placa (GOMIDE, 1988).

    3.5 Destilao Multicomponente

    So aquelas misturas que apresentam dois ou mais componentes. A destilao

    dessas misturas pode ser feita pelos mesmos mtodos e com os mesmos equipamentos

    descritos para a separao de misturas binrias.

    O mtodo de Lewis e Matheson o mais prtico, onde o clculo do nmero de

    placas tericas feito com base no mtodo de Sorel, com as hipteses simplificadoras usuais

    de Lewis. Basicamente, calcula-se sucessivamente as composies de todas as correntes

    internas pela aplicao alternada das relaes de equilbrio (RE) e balanos materiais (BM), a

    partir de uma extremidade da coluna (GOMIDE, 1988).

    3.6 Destilao Extrativa

    Muito utilizada para separar componentes com volatilidades muito prximas, o

    que pelos mtodos convencionais requer estgios e razes de refluxo elevadas. Este mtodo

    requer menos energia e muitas vezes o que se economiza paga o equipamento de recuperao

    do solvente.

    Basicamente consiste em adicionar outro solvente ao sistema, sendo a sua escolha

    de extrema importncia, aumentando desta forma a volatilidade relativa dos componentes a

    separar. Uma segunda coluna de destilao requerida para este mtodo a fim de recuperar o

    solvente utilizado. Apenas pequenas quantidades de solventes so perdidas na operao

    (GOMIDE, 1988).

    3.7 Destilao Azeotrpica

    Segundo Gomide (1988), a separao dos componentes de uma mistura

    azeotrpica impossvel de ser realizada por destilao fracionada. Por isso, a maneira mais

    prtica de separar essa mistura por destilao azeotrpica, onde se acrescentar outro

    componente mistura que vai ser separada. A diferena reside na volatilidade do componente

    acrescentado, sendo a mesma dos componentes a separar, enquanto na destilao extrativa o

    solvente era praticamente no-voltil comparado do sistema. Assim, o componente

  • acrescentado forma um azeotropo com um ou mais dos componentes a separar, devido a

    diferenas de polaridade.

    O agente de separao alimentado prximo ao topo da coluna, assim a maior

    parte sai no vapor de topo. Na destilao extrativa o solvente menos voltil do que os

    componentes a separar, sua concentrao relativamente constante em todas as placas e ele

    quase todo retirado pelo refervedor. Na poro superior da coluna encontra-se o agente

    acrescentado e a sua concentrao na direo do fervedor.

    3.8 Equacionamento dos Mtodos Utilizados

    3.8.1 Mdia das temperaturas

    Atravs das temperaturas experimentais, calcula-se as mdias das temperaturas do

    topo e fundo. Posteriormente, encontra-se as fraes molares do lquido e do vapor no topo e

    no fundo por meio de um diagrama de equilbrio de fases. Para o clculo das mdias de

    temperaturas foram usadas as equaes citadas abaixo.

    Equao 46

    Equao 47

    Onde:

    nmero de amostragem.

    3.8.2 Mdia das fraes molares

    Atravs das temperaturas lidas para cada intervalo de tempo, encontra-se as

    composies do lquido de do vapor pelo diagrama de fases. Realiza-se as mdias das fraes

    de topo e de fundo para o lquido e o vapor e aps analisa o valor da temperatura

    correspondente em um diagrama de equilbrio. Abaixo as equaes utilizadas:

    Equao 48

  • ( ) Equao 49

    Equao 50

    ( ) Equao 51

    3.8.3 Picnometria

    As composies do produto de topo e da mistura remanescente do balo, tanto

    para o benzeno como para o tolueno, pode ser calculado pelo picnmetro. A calibrao do

    picnmetro realizada com gua, encontrando assim o volume. Aps, pesa-se as massas das

    misturas que se quer descobrir as composies, obtendo a relao de massa por volume

    conhecidos de cada mistura. As relaes das massas especficas esto dispostas abaixo:

    Equao 52

    Equao 53

    As composies so ento calculadas:

    *

    ( )+ *

    ( )+ Equao 54

    *

    ( )+ *

    ( )+ Equao 55

  • 3.9 Aplicaes industriais

    A nvel industrial, a destilao tem inmeras aplicaes dos processos qumicos

    em fase lquida onde for necessrio uma purificao. A mais conhecida na indstria

    Petroqumica, onde o petrleo separado do petrleo cru em frao de hidrocarbonetos com

    diferentes gamas de peso molecular. Este refino utilizado em grandes colunas de destilao,

    sendo que as fraes so processadas posteriormente para produtos acabados, e a destilao

    frequentemente utilizada nas etapas intermedirias da obteno destes produtos finais. A

    figura 19 apresenta um destilador usado em uma indstria petroqumica.

    Figura 19 Coluna de destilao para fracionamento de petrleo.

    Fonte : Labvirtual.eq.uc.pt

    Outra aplicao importante de destilao a produo de lcool e bebidas alcolicas. O

    oxignio puro, usado na fabricao de ao, nos foguetes e nas aplicaes mdicas, produzido pela

    destilao do ar que foi previamente liquefeito. Pode ser aplicada tambm nas indstrias alimentares,

    de produo de polmeros, indstrias farmacuticas, reciclagem de leos e na indstria de

    biocombustveis. As figuras abaixo mostram tipos de destilaes.

  • Figura 20 Coluna de destilao de metanol.

    Fonte: www.mecatronicaatual.com.br

    Figura 21 - Torres de destilao.

    Fonte: Wikipdia

  • Figura 22 Torres de destilao fracionadas

    Fonte: Wikipdia.

  • 4. MATERIAIS E MTODOS

    4.1 Materiais

    Balo de fundo redondo;

    Coluna de destilao;

    Condensador;

    Reagente P.A. Benzeno;

    Reagente P.A. Tolueno;

    Manta para aquecimento;

    Termopar;

    Termmetro graduado;

    Recheio da coluna: anis de rashing;

    Cronmetro;

    Vlvula de controle.

    4.2 Metodologia

    Preparou-se uma mistura binria equimolar contendo 91 mL de benzeno e 109 mL

    de tolueno, resultando em um volume total de 200 mL. Colocou-se a mistura no balo de

    destilao, inseriram-se as pedras de porcelana para evitar ebulio violenta e acoplou-se o

    conjunto na coluna de destilao fracionada. Ligou-se a manta eltrica e esperou-se at que o

    sistema entrasse em estado estacionrio. Durante a destilao manteve-se uma razo de

    reciclo de 3:1 (a cada uma gota recolhida de destilado, 3 voltam a coluna de destilao) e esta

    razo era controlada atravs de uma vlvula de controle. Com o auxlio de termmetros de

    mercrio, leu-se as temperaturas de topo e de fundo da coluna de destilao, em intervalos de

    5 minutos durante 40 minutos.

    Coletou-se o destilado e realizou-se o ensaio de picnometria com o lquido no

    destilado, o picnmetro havia sido previamente calibrado com gua destilada, tal ensaio foi

    realizado com o intuito de calcular a massa especifica do destilado e do resduo para posterior

    clculo das fraes de lquido e de vapor do benzeno e do tolueno.

  • Figura 23 - Esquema da prtica de destilao

    Fonte: Wikipdia.

  • 5. RESULTADOS E DISCUSSO

    Atravs das medidas experimentais de temperatura no topo e fundo da coluna de

    destilao, com o intervalo de 5 min, foi possvel a construo da Tabela 1.

    Tabela 1 - Dados de temperatura na destilao de benzeno tolueno.

    Tempo (min) Ttopo (C) Tfundo (C)

    0 80 97

    5 84 99

    10 86 101

    15 87 103

    20 89 104,5

    25 90 106

    30 92 107,5

    35 97 109

    40 100 110

    45 104 110

    Fonte: aula prtica.

    A Figura 24, mostrada abaixo, apresenta o grfico da variao das temperaturas

    com o tempo durante o processo de destilao.

    Figura 24 - Grfico das temperaturas de topo e fundo em funo do tempo.

    Analisando o grfico da Figura 24 possvel perceber que conforme o processo

    de destilao ambas as temperaturas, de fundo e de topo, aumentam. O benzeno, por ser o

    60

    70

    80

    90

    100

    110

    120

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

    Tem

    per

    atu

    ra (

    C)

    Tempo (min)

    Temp. fundo

    Temp. topo

  • componente mais voltil, vaporiza-se em maior quantidade do que o tolueno, desta forma, o

    vapor gerado ser mais rico em benzeno do que o lquido original, consequentemente, o

    lquido residual ser mais rico em tolueno.

    Para determinar estas fraes molares no topo e fundo da coluna de destilao

    foram empregadas trs metodologias diferentes, uma indireta (picnometria) e duas diretas

    (mdia das fraes e mdia das temperaturas).

    5.1 Metodologia Direta

    5.1.1 Mdia das fraes

    Utilizando os dados experimentais da Tabela 1 e o diagrama de Equilbrio

    Liquido Vapor (ELV) da mistura benzeno e tolueno, apresentado na Figura 25, possvel

    determinar as fraes molares no topo e fundo da destilao (Tabela 2).

    Figura 25 Diagrama de Equilbrio Liquido-Vapor da mistura benzeno-tolueno a presso

    constante de 1 atm.

    Fonte: Portal Laboratrio virtual de processos qumicos.

    Com os dados das fraes obtidos calculou-se a mdia das fraes atravs da

    Equao 50, onde x a frao e n o numero de dados - de vapor no topo e de lquido no fundo

    da coluna de destilao. Os valores encontrados tambm esto na Tabela 2.

  • Tabela 2 Fraes molares do benzeno e tolueno na fase lquida e vapor

    Tfundo (C) XFUNDO,B XFUNDO,T Ttopo (C) YTOPO,B YTOPO,T

    97 0,35 0,65 80 0,99 0,01

    99 0,30 0,70 84 0,92 0,08

    101 0,24 0,76 86 0,89 0,11

    103 0,19 0,81 87 0,85 0,15

    104 0,17 0,83 89 0,80 0,20

    106 0,10 0,90 90 0,78 0,22

    107 0,09 0,91 92 0,71 0,29

    109 0,05 0,95 97 0,56 0,44

    110 0,03 0,97 100 0,46 0,54

    110 0,03 0,97 104 0,30 0,70

    xmdio 0,16 0,84 ymdio 0,73 0,27

    Fonte: Dados experimentais

    Como pode-se observar na tabela 2, a mdia para a frao do Benzeno no

    fundo foi de 15,5% e, consequentemente, de 84,5% para o Tolueno. J para o topo da coluna

    obtemos a mdia de fraes para o Benzeno de 72,6% e 27,4% para o Tolueno, analogamente.

    Resultado que coincide com o esperado, em que destilado deve ser rico em benzeno e o

    resduo em tolueno.

    5.1.2 Mdia das temperaturas

    Para o clculo das fraes de Benzeno e Tolueno por este mtodo, foi obtido a

    mdia das temperaturas- pelas equaes 46 e 47 de topo e fundo e aps utilizado o diagrama

    da Figura 24 para encontrar a respectiva frao para a temperatura mdia. O resultado se

    encontra na Tabela 3.

    Tabela 3 Fraes molares de benzeno e tolueno no topo e fundo para cada

    temperatura mdia

    TFUNDO MDIA XFUNDO,B XFUNDO,T TTOPO MDIA YTOPO,B YTOPO,T

    105 C 0,15 0,85 91C 0,73 0,27

    Fonte: Dados experimentais

    Esta metodologia apresentou resultado pretendido, em que a corrente de topo

    apresenta maior frao de Benzeno e o contrario para a corrente de fundo, que apresenta

    maior frao de Tolueno.

  • 5.2 Metodologia Indireta

    5.2.1 Picnometria

    O ltimo mtodo realizado na prtica foi a Picnometria. Neste, o picnmetro foi

    calibrado com gua, pesando-se o picnmetro vazio e depois cheio de gua, a fim de

    encontrar o volume deste. A Tabela 4 apresenta os dados relativos a esta calibrao.

    Tabela 4 Valores obtidos da calibrao do picnmetro.

    Massa picnmetro (g) 14,15

    Massa picnmetro + gua (g) 25,29

    Massa de gua (g) 11,14

    Fonte: Aula prtica

    Considerando a massa especfica da gua 0,998 g/mL possvel calcular o

    volume de gua e, consequentemente, o volume do picnmetro. O volume do picnmetro

    calculado foi de 11,17 mL. Com o valor encontrado na calibrao e os dados experimentais

    de massa do picnmetro com destilado e resduo, encontra-se a massa especfica do destilado

    e do resduo, apresentados na Tabela 5.

    Tabela 5 Valores obtidos na Prtica de Picnometria.

    Destilado Resduo

    Volume do Picnmetro 11,17mL 11,17mL

    Massa do Picnmetro + Amostra 23,850g 23,849g

    Massa da Amostra 9,7g 9,68g

    Massa Especfica da Soluo 0,869g/mL 0,869g/mL

    Fonte: Aula prtica

    Com a massa especfica do destilado e do resduo, massa especfica do tolueno e

    benzeno (apresentada na Tabela 6), apresentados na Tabela 6, e utilizando a Equao 54,

    calcula-se as fraes molares de vapor do benzeno.

  • Tabela 6 Massa especfica dos componentes da mistura.

    Massa especfica do Benzeno 0,873g/mL

    Massa especfica do Tolueno 0,866g/mL

    Desta forma os valores de frao molar encontrados foram:

    Xbenzeno no destilado = 0,695

    Xbenzeno no resduo= 0,695

    Esta metodologia no apresentou um resultado coerente para a composio do

    resduo, a qual apresentou a mesma composio que o destilado, sendo que deveria ter valor

    bem inferior como encontramos com as outras duas metodologias. Esse erro,

    provavelmente, deve-se ao fato da massa de picnmetro com resduo ter sido pesada um dia

    aps a realizao da prtica (para que a temperatura da soluo no interferisse no resultado),

    podendo assim ter sido usado um picnmetro diferente; como no foi calibrado novamente o

    picnmetro no podemos concluir qual exatamente foi o erro. Por este motivo iremos

    descartar este mtodo e analisar apenas os outros dois.

    5.3 Comparao dos mtodos

    Na Tabela 7 encontramos os resultados para as duas metodologias diretas

    aplicadas para encontrar as fraes de topo e fundo nesta prtica relembrando que o mtodo

    indireto foi desconsiderado por erro de medio.

    Tabela 7 Resultados das fraes para os trs mtodos

    Destilado Residuo

    Benzeno Tolueno Benzeno Tolueno

    Mdia das fraes 73% 27% 16% 84%

    Mdia das temperaturas 73% 27% 15% 85%

    Fonte: Dados experimentais

    Comparando os dois mtodos realizados para esta operao, observa-se que o

    mtodo das temperaturas mdias e mtodo das fraes mdias apresentaram, resultados

    coerentes e estimados corrente de topo rica em Benzeno e corrente de fundo rica em

    Tolueno, o que indica que a separao dos lquidos foi realizada com xito.

  • Contudo, o segundo mtodo (da temperatura mdia) deve apresentar menor erro,

    pois este efetua apenas duas leituras no diagrama ao contrario do mtodo de mdia das

    fraes, onde se faz uma leitura para cada temperatura (aumentando o erro de paralaxe).

  • 6. CONCLUSO

    As metodologias das mdias das temperaturas e mdias das fraes apresentaram

    poucas diferenas, mostrando-se um mtodo eficaz e coerente. J a metodologia por

    picnometria, mostrou um resultado incoerente devido a m execuo da prtica.

    Pela metodologia da mdia das fraes, a mdia para a frao do Benzeno no

    fundo foi de 15,5% e do Tolueno, 84,5%. No topo da coluna, obteve-se 72,6% de Benzeno e

    27,4% de Tolueno.

    Pela metodologia da mdia das temperaturas, o destilado apresentou 73% de

    Benzeno e 27% de Tolueno. O resduo apresentou 15% de Benzeno e 85% de Tolueno.

    Pela metodologia da picnometria, obteve-se 69,5% de Benzeno no destilado e

    69,5% de Benzeno no resduo, resultado este, incoerente.

  • 7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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    Lisboa: IST Press. 2009. 878p.

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    Principios de operaciones unitarias. 2 ed. Mxico: Compaa Editorial Continental, 2006.

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    GEANKOPLIS, C. J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3 ed.

    Mxico: Compaa Editorial Continental, 1998. 1017p.

    FOX, R. W.; McDONALD, A. T. Introduo Mecnica dos Fluidos. 4 ed.

    Rio de Janeiro: LTC, 1998, 662p.

    BRASIL, N. I. Introduo Engenharia Qumica. 2 ed. Rio de Janeiro:

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    1988, 448p.

    McCABE, W.L. Operaciones unitarias en Ingenieria Quimica. 4 ed. Espanha:

    McGraw-Hill, 1991, 1112p.

    PERRY, R.H. Perrys Chemical Engineers Handbook. 7 ed. United States of

    America: McGraw-Hill, 1999.

    KISTER, H.Z. Distillation Design. 1 ed. United States of America: McGraw-

    Hill, 1992, 710p.