A unidade de separação foi projetada para separar, a 1 atm, uma solução aquosa de etanol com de etanol. A vazão de carga é de , líquida subresfriada condensando um mol de vapor para cada quatro moles no prato de alimentação. Esta coluna está equipada com condensador parcial e usa vapor de arraste. O produto de topo deve ter de etanol e o produto de fundo . Deve-se assumir vazões molares constantes e considerar a Razão de Refluxo Operacional igual a 3. O vapor é vapor d’água puro saturado. Determine:
- A localização do estágio ótimo de carga.
Dado o diagrama de equilíbrio:
Passo 1
Essa questão pede para calcularmos o prato ótimo de carga. Para isso, vamos mostrar uma representação esquemática da coluna. Depois vamos precisar marcar os pontos no gráfico e traçar os estágios, assim nós iremos descobrir qual prato corta a reta da alimentação.
Passo 2
Vamos determinar nossa reta !! A equação dessa reta é dada por:
Onde
Portanto, podemos calcular e a inclinação sabendo que:
Substituindo nas fórmulas, temos que:
Com essa inclinação devemos traçar um gráfico partindo do ponto de carga e traçar a reta de operação, partindo de para determinar a interseção com o eixo Lembrando que .
Passo 3
A próxima etapa é calcular a interseção da Reta de Operação da Seção de Absorção como o gráfico, sabendo que a Razão de Refluxo é .
Portanto, podemos traçar a reta de até a interseção.
Como identificamos a interseção da Reta de Operação da Seção de Absorção (ROSA) com a reta , podemos traçar a reta de esgotamento, indo de até a interseção.
Passo 4
A questão pede para identificarmos o local do prato ótimo de carga. Para isso, precisaremos traçar os estágios.
Traçando, observamos que temos 5 estágios e o quarto estágio é o estágio ótimo de carga. Como essa coluna possui condensador parcial, o quarto estágio equivale ao terceiro prato.
Resposta
Quarto estágio é o estágio de carga.