Uma coluna de destilação separa 10000 kg / h de uma mistura contendo 50 % de benzeno (B) e 50 % de tolueno (T). A corrente de vapor (V) que entra no condensador do topo é de 8000 kg / h. Uma parte do produto do condensador (D) retorna à coluna como refluxo e o restante é retirado como produto. O produto (D) recuperado do condensador no topo da coluna contém 95 % de benzeno e o fundo da coluna (W) contém 96 % de tolueno. Assuma que as composições da corrente do topo (V), da retirada do produto (D) e do refluxo ® são idênticas, pois toda a corrente de vapor (V) é condensada completamente. (a) Represente o fluxograma completo; (b) Analise o ngg; © Mostre os volumes de controle (VC) e determine a razão entre a vazão de refluxo ® e o produto (D).

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que a questão pede. Temos uma coluna de destilação que separa uma mistura de benzeno (B) e tolueno (T). A mistura entra na coluna a uma vazão de 10.000 kg/h com 50% de cada componente. No topo, temos vapor que vai para o condensador e, parte desse condensado retorna como refluxo enquanto o restante é retirado como produto puro. O produto no topo tem 95% de benzeno e o fundo da coluna tem 96% de tolueno. Vamos precisar usar balanço de massa e entender como funcionam os controles de fluxo na coluna para resolver as partes (a), (b) e ©.

Passo 2

Primeiro, para a parte (a), que pede o fluxograma completo, a gente precisa desenhar todas as correntes envolvidas na coluna de destilação. Isso inclui a corrente de alimentação, a corrente de vapor que sai para o condensador, o produto retirado do topo, o refluxo que retorna à coluna, e o produto retirado do fundo.

Passo 3

Agora, vamos para a parte (b), que é analisar o balanço de massa geral (ng_g). Vamos fazer um balanço de massa para todo o sistema. A entrada é 10.000 kg/h de mistura (50% B e 50% T). As saídas são o produto no topo (D), o refluxo ® e o produto no fundo (W).

Passo 4

Vamos estabelecer as equações de balanço de massa. Primeiro, para a massa total:
Entrada = Saídas í
10.000 = D + W

Passo 5

Agora, fazemos o balanço para cada componente. Para o benzeno (B):
10.000 times 0,50 = D times 0,95 + W times (1 - 0,96)
5.000 = 0,95D + 0,04W
Para o tolueno (T):
10.000 times 0,50 = D times (1 - 0,95) + W times 0,96
5.000 = 0,05D + 0,96W

Passo 6

Agora, temos um sistema de equações:
  1. $ 10.000 = D + W $
  2. $ 5.000 = 0,95D + 0,04W $
  3. $ 5.000 = 0,05D + 0,96W $
Vamos resolver esse sistema para encontrar D e W.

Passo 7

Da primeira equação, podemos expressar W em termos de D:
W = 10.000 - D
Substituímos W na segunda equação:
5.000 = 0,95D + 0,04(10.000 - D)
5.000 = 0,95D + 400 - 0,04D
5.000 - 400 = 0,91D
4.600 = 0,91D
D = 4.6000,91
D approx 5.054 kg/h

Passo 8

Agora, encontramos W usando a relação da primeira equação:
W = 10.000 - 5.054
W approx 4.946 kg/h

Passo 9

Para verificar, podemos substituir D e W na terceira equação:
5.000 = 0,05(5.054) + 0,96(4.946)
5.000 approx 252,7 + 4.747,2
5.000 approx 4.999,9
Está praticamente correto, considerando arredondamentos.

Passo 10

Agora, vamos para a parte ©, que pede para mostrar os volumes de controle (VC) e determinar a razão entre a vazão de refluxo ® e o produto D.

Passo 11

Os volumes de controle geralmente envolvem separar o sistema em partes específicas para analisar os fluxos. No caso da coluna de destilação, podemos considerar dois volumes de controle principais: um para a parte superior (onde ocorre a condensação e o refluxo) e outro para a parte inferior (onde ocorre a retirada do produto).

Passo 12

Sabemos que toda a corrente de vapor (V) é condensada completamente, ou seja, não sobra vapor. Portanto, a vazão que entra no condensador (8000 kg/h) se divide entre o refluxo ® e o produto retirado (D):
V = R + D
8.000 = R + 5.054
R = 8.000 - 5.054
R approx 2.946 kg/h

Passo 13

Agora, para encontrar a razão entre refluxo ® e produto D:
RD = 2.9465.054
RD approx 0,58

Resposta

A razão entre a vazão de refluxo ® e o produto D é aproximadamente 0,58.

Exercícios relacionados

Ar úmido contendo 4,00 % molar de vapor de água deve ser resfriado e desumidificado até um teor de água de 1,70% molar de água. Uma corrente de ar úmido é combinada com uma corrente de reciclo de ar previamente desumidificado e passada através do resfriador. A corrente combinada que entra na unidade contém 2,30% molar de H2 O. No condicionador de ar, parte da água na corrente de alimentação é condensada e removida como líquido. Uma fração do ar desumidificado que sai do resfriador é reciclado e o restante é usado para resfriar um cômodo.
a) Represente o fluxograma completo do processo;
b) Analise o processo de acordo com a entrada e saída de matéria, de acordo com a dependência dos parâmetros com o tempo e represente a equação de balanço que descreve o processo, que tipo de balanço é: diferencial ou integral?
c) Faça a análise do numero de graus de liberdade, diga se é possível calcular as incógnitas (justifique);
d) Calcule (i) os mols de ar úmido, (ii) os mols de água condensada e (iii) os mols de ar desumidificado reciclados.
O nível de água em um reservatório municipal decresce constantemente durante um periodo de seca acreditando-se que este pode continuar operando por mais 60 dias. Os técnicos estimam que a taxa de consumo na unidade seja de aproximadamente 10^7 L / dia. O serviço de meteorologia estima também que as chuvas, a captação de água dos riachos e a evaporação da água do reservatório resultem (em conjunto) em um acréscimo liquido de água a uma taxa de 10^6 exp (-t / 100) litros por dia, onde t é o tempo em dias contados a partir do início do período, quando o tanque continha em torno de 10^9 L de água. Represente o fluxograma e calcule o volume de água do reservatório ao final de 2 meses de seca contínua.
Água do mar pode ser dessalinizada usando uma célula de osmose reversa. O processo consiste em alimentar 1000 lbm / h de água do mar contendo 3,1 % de sal (em massa), essa corrente é misturada com uma corrente de reciclo oriunda da corrente de rejeito da salmoura, que contém 5,25 % de sal. A corrente de alimentação da célula apresenta 4,0 % de sal e produz água potável (água dessalinizada) com 500 ppm de sal.
(a) Desenhe e rotule o fluxograma do processo;
(b) Faça a análise dos graus de liberdade para os diferentes volumes de controle (VC);
© A partir da EGB faça a análise do processo e represente as equações de balanços com unidades e,
(d) Calcule (i) a taxa de remoção da salmoura residual, (ii) a taxa de produção de água potável e (iii) a fração de salmoura que deixa a célula e é reciclada.
Uma planta de bancada, para pesquisa da taxa de incrustação, apresenta um trocador de calor, por cujos tubos circulam, internamente, água com dureza de 100 ppm de CaCO3 e, externamente, um fluido quente; a temperatura do teste é controlada e registrada. Para preparar, é necessário colocar no reservatório da planta, 100 litros de água com aquela dureza; para tanto, dispõe-se de dois tanques com água: o T1, com dureza de 50 ppm e o T 2 com dureza de 200 ppm . (i) Represente o fluxograma completo, (ii) faça a análise do ng, (iii) analise o processo baseado na EGB e (iv) determine as variáveis desconhecidas.