Operações Unitárias em Química

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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ</p><p>CENTRO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA</p><p>DEPARTAMENTO0 DE QUÍMICA</p><p>DISCIPLINA: Operações Unitárias II</p><p>Lista de Exercícios – Destilação</p><p>1) Calcule as composições de vapor e de líquido em equilíbrio a 95 ºC (368,2 K) para Benzeno-Tolueno, usando as pressões de vapor da tabela dada à 101,32 kPa.</p><p>2) Um vapor no seu ponto de orvalho e pressão 101,32 kPa, que contém uma fração molar de 0,40 de benzeno (A) e 0,60 de tolueno (B) em um total de 100 Kg mol-1, se põe em contato com 110 kg mol-1 de um líquido em seu ponto de ebulição que contém uma fração molar de 0,30 de benzeno e 0,70 de tolueno. As duas correntes entram em contato em uma etapa única, e as correntes de saída estão em equilíbrio entre si. Suponha um derrame molar constante. Calcule as quantidades e as composições das correntes de saída.</p><p>3) Com os dados da tabela (ver questão 1) calcule a volatilidade relativa do sistema benzeno-tolueno a 85ºC (358,2 k) e 105 ºC (378,2 K).</p><p>4) Uma mistura de 100 mols que contem 50% de n-pentano e 50% de n-heptano se destila em condições diferenciais a 103,3 KPa até obter 40 mols. Qual e a composição média do total de vapor destilado e a do líquido restante? Os dados de equilíbrio são (x e y são frações de n-pentano):</p><p>5) Uma mistura de 50% de benzeno e 50% de tolueno passa por uma destilação flash operando com uma pressão no separador de 1 atm. Nas figuras, apresentam-se a curva de equilíbrio líquido-vapor e o diagrama de ponto de ebulição. Represente na fracção seguinte em função de f, quantidades de vaporização: (a) a temperatura no separador, (b) a composição do líquido que sai do separador e (c) a composição do vapor que sai do separador.</p><p>Figura 01: Curva de equilíbrio para o sistema Benz-Tolueno</p><p>Figura 02: Diagrama de pontos para o sistema Benz-Tolueno</p><p>6) A pressão de vapor do n-heptano e do tolueno a 373 K é 106 e 73.7 kN/m2 respectivamente. Quais são as frações molares do n-hepatano nas fases vapor e líquida a 373 k se a pressão total é de 101,3 kN/m2?</p><p>7) Uma mistura equimolecular de benzeno e tolueno é sujeita a uma destilação flash a 100 kN/m2 em uma coluna de destilação. Usando os dados de equilíbrio mostrados na figura A, determine a composição das fases vapor e liquida que deixam o destilador quando uma alimentação de 25% (moles) são vaporizados. Para este condição o diagrama do ponto de ebulição Figura B, pode ser usado para determinar a temperatura da corrente de saída.</p><p>Figura A</p><p>Figura B</p><p>8) Uma mistura de benzeno (40%, moles) e tolueno (60%, moles) é separada para dar um produto contendo, 90%(moles) de benzeno na corrente de cabeça e 10%(moles) na corrente de fundo. A alimentação entra na coluna em seu ponto de ebulição, e o vapor que deixa a coluna, o qual é condensado, mas, não é resfriado, fornece um refluxo e um produto. A taxa de refluxo é de 3 kmol/kmol de produto. Calcule o número de pratos teóricos e a posição da entrada da alimentação. O diagrama de equilíbrio a 100 kN/m2 é mostrado na figura abaixo. As composições são: alimentação (XF = 0,4), destilado (XD = 0,9) e XB = 0,1). A taxa de Refluxo RD = 3.</p><p>9) Uma coluna de destilação será projetada para separar uma mistura consistindo de 40% de benzeno em massa e 60% de tolueno tendo como taxa de alimentação 4 kg/s. Essa coluna separará um produto de cabeça contendo 97% de benzeno e um produto de fundo contendo 98% de tolueno. Calcule:</p><p>a) A massa da corrente de topo (destilado) e da corrente de fundo por hora.</p><p>b) A quantidade de pratos requeridos nessa coluna e indique o nº do prato que entrará a alimentação sabendo-se que a taxa de refluxo é de 3,5 e que a alimentação está no seu ponto de ebulição.</p><p>c) A quantidade de pratos requeridos nessa coluna e indique o nº do prato que entrará a alimentação sabendo-se que a mesma consiste de 1/3 de vapor e 2/3 de líquido.</p><p>d) Plote o gráfico, as linhas de alimentação, retificação e esgotamento.</p><p>Fração Molar do Benzeno</p><p>Fração Molar do Tolueno</p><p>0,00</p><p>0,00</p><p>0,10</p><p>0,22</p><p>0,20</p><p>0,38</p><p>0,30</p><p>0,51</p><p>0,40</p><p>0,63</p><p>0,50</p><p>0,70</p><p>0,60</p><p>0,78</p><p>0,70</p><p>0,85</p><p>0,80</p><p>0,91</p><p>0,90</p><p>0,96</p><p>1,00</p><p>1,00</p><p>10) Uma coluna de destilação será projetada para separar uma mistura consistindo de 25% em massa de benzeno e 75% de tolueno. A taxa de alimentação é de 1500 kg/h. A coluna deverá retirar um produto de cabeça contendo 90% de benzeno e o produto de fundo deverá ser de 96% de tolueno. A taxa de refluxo é de 3.0 e a alimentação entrará na coluna em seu ponto de ebulição. Calcule:</p><p>a) Calcule o número de moles do produto de cabeça e de fundo.</p><p>b) O número de pratos requeridos para separar essa mistura, indicando qual será prato da alimentação se a alimentação é liquida e está a 50ºC e quantos pratos serão os da sessão de retificação e os da sessão de esgotamento.</p><p>c) Desenhe a linha de alimentação, a linha de retificação e a linha de esgotamento.</p><p>d) Se um vapor a 30 lbf/in2 is usado para aquecimento, quanto vapor é requerido por hora.</p><p>e) Se a água de resfriamento entra no condensador a 25ºC e deixa a 45ºC, quanto de água fria é requerida em m3/h?</p><p>PS: a temperatura de ebulição da mistura é 98 ºC, e o calor específico a 50 ºC. (1024 BTU/lb) 1BTU = 1,056 KJ 1 lb = 0.453 kg</p><p>Calor latente molar do benzeno: 7360 cal/g.mol e calor latente molar do toluene: 7960 cal/g.mol.</p><p>Fração Molar do benzeno</p><p>Fração Molar do tolueno</p><p>0,00</p><p>0,00</p><p>0,13</p><p>0,26</p><p>0,26</p><p>0,46</p><p>0,41</p><p>0,63</p><p>0,58</p><p>0,78</p><p>0,78</p><p>0,90</p><p>1,00</p><p>1,00</p><p>11) Uma mistura de 50% em mol de benzeno e tolueno deve ser separada por destilação à pressão atmosférica, em produtos com 98% de pureza utilizando a razão de refluxo 1,2 vezes o valor mínimo. A alimentação é um líquido em temperatura de ebulição. Usar balanços de entalpia (Tabela abaixo) para calcular os fluxos de vapor e líquido nas partes superiores, meio e parte inferior da coluna e compare esses valores com aqueles baseados no estouro molar constante. Estime a diferença no número de placas teóricas para os métodos.</p><p>Dados</p><p>Calor específico a pressão constante, cal/g mol ºC</p><p>Componente</p><p>Entalpia de Vaporização, cal/g mol</p><p>Líquido</p><p>Vapor</p><p>Temperatura de ebulição ºC</p><p>Benzeno</p><p>7390</p><p>33</p><p>23</p><p>80.1</p><p>Tolueno</p><p>7960</p><p>40</p><p>33</p><p>110.6</p><p>12) Um líquido contendo 25% em mol de tolueno, 40% em mol de etilbenzeno e 35% em mol mol de água é submetido a destilação contínua e instantânea a uma pressão total de 0,5 caixa eletrônico. Os dados para estas substâncias são apresentados na tabela 21.4. Supondo que as misturas de tolueno e etilbenzeno obedecem à lei de Raoult e que os hidrocarbonetos são completamente imiscível em água, calcule a temperatura e as composições das fases líquida e vapor a) no ponto de bolha, b) no ponto de orvalho e c) no ponto de 50% (metade dom a alimentação sai como vapor e a outra metade como líquido).</p><p>Tabela de Pressão de Vapor de etilbenzeno, tolueno e água</p><p>Pressão de vapor, mm Hg</p><p>Temperatura ºC</p><p>Etilbenzeno</p><p>Tolueno</p><p>Água</p><p>50</p><p>35.2</p><p>92.5</p><p>60</p><p>55.5</p><p>139.5</p><p>149.4</p><p>70</p><p>84.8</p><p>202.4</p><p>233.7</p><p>80</p><p>125.8</p><p>289.4</p><p>355.1</p><p>90</p><p>181.9</p><p>404.6</p><p>525.8</p><p>100</p><p>257.0</p><p>557.2</p><p>760.0</p><p>110</p><p>353.3</p><p>110.6</p><p>760.9</p><p>120</p><p>418.8</p><p>13) Os dados de temperatura de ebulição de equilíbrio para o sistema acetona-metanol a 760 mm Hg são apresentados na Tabela 21.6. Uma coluna deve ser projetada para separar um feed contendo 25% em mol de acetona e 75% em mol de metanol em um produto destilado com 78% em mol de acetona e um produto residual com 1,0% em mol de acetona. O feed entra como uma mistura de equilíbrio de 30% de líquido e 70% de vapor. Um relacionamento será usado refluxo para o dobro do valor mínimo. Será usada uma chaleira externa. O produto residual é removido da chaleira. O condensado (refluxo e produto destilado) sai do condensador a 25°C, e o refluxo entra na coluna a esta temperatura. O calor latente molar para ambos os componentes são 7.700 g cal/g mol. A eficiência Murphree dos pratos é de 70%. Calcule a) o número de pratos necessários para alimentação excessiva e insuficiente; b) o calor necessário na caldeira, em Btu por libra-mol de</p><p>produto destilado; c) o calor removido no condensador, em Btu por libra-mol de produto destilado.</p><p>image4.png</p><p>image5.png</p><p>image6.emf</p><p>image7.emf</p><p>image8.png</p><p>image9.wmf</p><p>0</p><p>20</p><p>40</p><p>60</p><p>80</p><p>100</p><p>0</p><p>20</p><p>40</p><p>60</p><p>80</p><p>100</p><p>Y</p><p>X</p><p>oleObject1.bin</p><p>image1.jpeg</p><p>image2.png</p><p>image3.png</p>