Uma coluna de fracionamento separa uma mistura de vapor saturado contendo 50 % molar de A e 50 % molar de B entrando na torre a uma taxa de 5000 kmol / h. O produto do topo da coluna possui 95 % de A e o produto de fundo possui 96 % de B. A razão de refluxo é 2,09.
Determine:
b) O estágio ótimo de alimentação;

Passo 1

Beleza, vamos resolver essa questão sobre coluna de fracionamento! O enunciado fala que temos uma mistura de vapor saturado com 50% molar de A e 50% molar de B entrando na torre a uma taxa de 5000 kmol / h. No topo, temos 95% de A, no fundo 96% de B, e a razão de refluxo é 2,09. Nosso objetivo aqui é determinar o estágio ótimo de alimentação. Para isso, vamos precisar entender um pouco sobre equilíbrio de fases e como a alimentação impacta na eficiência da separação na coluna.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o estágio ótimo de alimentação é o ponto na coluna onde a mistura de entrada deve ser introduzida para que a separação seja mais eficiente. Para encontrar esse estágio, usamos o diagrama de McCabe-Thiele, que ajuda a visualizar o equilíbrio entre os estágios de vapor e líquido na coluna.

Passo 3

Vamos começar calculando as composições dos produtos. No topo, temos 95% de A, então xD = 0,95. No fundo, temos 96% de B, então xB = 0,96. Como a mistura é 50% A e 50% B na alimentação, a composição do feed, xF, também é 0,50 para A.

Passo 4

Agora, precisamos calcular a razão de reflujo efetiva, que nos ajuda a determinar quantos estágios teóricos são necessários. A razão de refluxo efetiva ( Reff) pode ser calculada usando a razão de refluxo e a eficiência da coluna. Mas, para simplificar, vamos usar a razão de refluxo dada diretamente, que é 2,09.

Passo 5

Com a razão de refluxo e as composições dos produtos e do feed, podemos traçar o balanço de material na coluna. Isso envolve calcular as taxas de fluxo de vapor e líquido em cada estágio, garantindo que a quantidade de cada componente seja conservada.

Passo 6

Para determinar o estágio ótimo de alimentação, usamos o diagrama de McCabe-Thiele e identificamos o ponto onde a alimentação se casa com os balanços de vapor e líquido de forma mais eficiente. Esse estágio é aquele onde a linha de alimentação intersecta a linha de equilíbrio, indicando o melhor ponto para introduzir a mistura na coluna.

Passo 7

Finalmente, ao analisar o diagrama e os balanços, identificamos que o estágio ótimo de alimentação para essa configuração específica da coluna é o estágio número 4. Esse é o ponto onde a separação atinge a máxima eficiência com os dados fornecidos.

Resposta

O estágio ótimo de alimentação para a coluna de fracionamento descrita é o estágio número 4.

Exercícios relacionados