número de pratos teóricos

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  • 7/22/2019 Nmero de Pratos Tericos

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    15 Congresso de Iniciao Cientfica

    USO DA CALCULADORA HP PARA RESOLUO CLCULO DE PRATOS TERICOSDE COLUNA DE DESTILAO

    Autor(es)

    ADRIANO DI PIERO FILHO

    Orientador(es)

    Jean Pierre Lang

    1. Introduo

    A distilao uma das operaes unitrias da engenharia qumica (1). Colunas de destilao so

    amplamente conhecidas e utilizadas em indstrias de processos qumicos onde grandes quantidades delquidos precisam ser destilados (2), como em indstrias de processamento petrleo, produo petroqumica,separao de ar lquido entre outros. Destiladores industriais normalmente possuem formato cilndricos, comdimetros pequenos como 65 centmetros at enormes como 6 metros, e podendo ter alturas que variamdos 6 aos 60 metros ou mais, dependendo da dificuldade em se separar dois produtos e,consequentemente, do nmero de estgios (pratos) necessrios para se conseguir a concentrao desejadados produtos.O desenho e a operao de uma coluna de destilao dependem das composies dos componentes de

    entrada e das composies desejadas de sada. Um mtodo muito comum e simples que pode se utilizar omtodo de McCabe-Thiele, que requer poucas informaes e permite a obteno de um grfico simples que

    permite a determinao do nmero de pratos tericos de uma coluna de destilao.

    A calculadora HP uma ferramenta completa, capaz de efetuar operaes avanadas de clculosnumricos e tambm possue grande programabilidade, com uma linguagem simples e acessvel. Destemodo, escolheu-se desenvolver um programa para o clculo do nmero de pratos tericos de uma coluna dedestilao, capaz de ser utilizado de maneira didtica em aulas de Operaes Unitrias.

    2. Objetivos

    Desenvolver uma aplicao para a calculadora HP capaz de permitir o clculo do nmero de pratos tericos

    de uma coluna de destilao.

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    3. Desenvolvimento

    Uma coluna de destilao composta de duas regies - uma superior, na qual o componente voltil enriquecido (zona de retificao) e outra inferior, na qual o componente voltil extrado (zona deesgotamento). Compondo a zona de esgotamento encontra-se um ebulidor (reboiler), que fornece a energianecessria para o sistema operar, enquanto na regio superior encontra-se um condensador, necessriopara se efetuar o refluxo do destilado ao sistema. A figura 1 exibe uma coluna de destilao, com todos osfluxos mais importantes do sistema.

    Para se desenhar o diagrama de McCabe-Thiele, necessrio conhecer-se diversos parmetros daoperao. Entre eles, requer-se a vazo de entrada (F), a concentrao de entrada de um dos componentes(XF) e as concentraes de sada na corrente superior (XD) e inferior (XB). De posse deste dados, necessrio realizar o balano de massa do sistema, conforme equaes 1 e 2.Aps realizar o balano de massa global do sistema, temos de balancear as correntes de retorno, pois estasiro ser utilizadas para a construo das curvas de operao da coluna de destilao, e portanto faro partedo diagrama. As equaes 3 e 4 demonstram o balano de massa destas correntes. Entretanto, percebe-seque no possvel balancear o sistema se no levarmos em considerao informaes adicionais. Para sebalancear o sistema, necessrio conhecer a razo de refluxo do mesmo (RR, eq. 5), alm da condio

    trmica de alimentao (phi, eq. 5). Sabendo-se que a condio trmica de alimentao determina a fraode vapor (seja ele superaquecido ou saturado) ou frao lquida do sistema (seja ele subresfriado ou no),podemos deduzir a equao 7, que correlaciona o valor de phi com a quantidade de vapor no sistema,possibilitando realizar o balano de massa.

    Alm dos parmetros de operao da coluna, obtidos atravs do balano de massa do sistema, necessrio obter-se a curva de equilbrio lquido-vapor dos componentes da mistura a ser separada. Istopode ser feito de diversas maneiras, mas para o mtodo proposto, escolheu-se a abordagem de Raoult eDalton, que utiliza apenas a volatilidade relativa (alfa) dos compostos para a definio desta. Com todosestes dados, possvel plotar o diagrama McCabe-Thiele, utilizando-se as equaes da figura 2, quetambm demonstra como determinar o nmero de pratos tericos atravs do uso do diagrama. Uma vez emposse de todas as equaes necessrias para o desenvolvimento do programa, as equaes foramconvertidas para uso na calculadora HP.

    4. Resultados

    Foram plotados manualmente 15 grficos de McCabe-Thiele, com auxlio apenas do software MicrosoftExcel para a obteno das curvas de equilbrio. partir destas curvas, determinou-se manualmente onmero de pratos necessrios para a operao da coluna nas condies desejadas. As condiesescolhidas foram: XF = 0,5; XB = 0,1; XD = 0,9; RR = 0,5, 1, 5; phi = -1, 1, 0, 0,5 e 5. Observou-se que emduas situaes as colunas foram impossveis de serem construdas. Utilizando os mesmos dados, foram

    plotados diagramas com o uso do software desenvolvido neste projeto. Os resultados, em relao aonmero de pratos e a no existncia das colunas concordou com os resultados obtidos manualmente emtodos os casos, demonstrando uma boa funcionalidade do software, com adicional vantagem da velocidadede execuo e facilidade de operao.

    5. Consideraes Finais

    Com as equaes de balano de massa, foi possvel obter-se todos os parmetros requeridos para aplotagem das curvas utilizadas no diagrama McCabe-Thiele. O software foi ento testado com diversasvariaes das condies de entrada, e os resultados obtidos foram comparados com aqueles obtidos na

    plotagem manual do grfico. Resultados muito prximos foram encontrados em todos os casos, o quepermite concluir que o uso da calculadora HP vlido como ferramenta didtica na determinao de pratostericos pelo mtodo McCabe-Thiele.

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    Referncias Bibliogrficas

    1.Editores: Jacqueline I. Kroschwitz e Arza Seidel. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 5thEdition, Hoboken, NJ: Wiley-Interscience, 2004.2. McCabe, W., Smith, J. and Harriott, P. Unit Operations of Chemical Engineering, 7th Edition, McGraw Hill,

    2004.

    Anexos

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