Uma corrente de 100 kmol / h com 97 % molar de tetracloreto de carbono (CCl4) e 3 % de dissulfeto de carbono (CS2) deve ser recuperada do fundo de uma coluna de destilação. A alimentação da coluna tem 16 % molar de CS2 e 84 % de CCl4 e 2 % do CCl4 entrando na coluna está contido na corrente deixando o topo da coluna.
a) Desenhe e rotule um fluxograma do processo e faça a análise de graus de liberdade. R: resposta por conta do (a) discente.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre uma corrente de 100 kmol/h que contém 97% de tetracloreto de carbono (CCl₄) e 3% de dissulfeto de carbono (CS₂) que precisa ser recuperada do fundo de uma coluna de destilação. A alimentação da coluna tem 16% de CS₂ e 84% de CCl₄, e 2% do CCl₄ que entra na coluna sai na parte de cima. O conteúdo da matéria envolve balanços de matéria em processos de destilação, e vamos precisar analisar os graus de liberdade para entender quantas variáveis podemos definir livremente no sistema.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é um fluxograma de processo. É um diagrama que mostra as etapas principais de um processo químico, incluindo correntes de entrada e saída, equipamentos como a coluna de destilação, e os componentes envolvidos. Isso ajuda a visualizar como as substâncias estão circulando e se transformando no processo.

Passo 3

Agora, sobre a análise de graus de liberdade. Em engenharia química, os graus de liberdade indicam quantas variáveis podemos escolher livremente antes de outros parâmetros serem determinados. Para calcular isso, usamos a fórmula:
G = C - B + 2
Onde:
  • = graus de liberdade
  • = número de componentes
  • = número de balanços materiais independentes

Passo 4

No nosso caso, temos dois componentes: CCl₄ e CS₂. Então, .
Vamos identificar os balanços materiais. Temos balanço total de matéria e balanços para cada componente. Mas como estamos lidando com uma coluna de destilação, podemos considerar os balanços para um estágio de equilíbrio. Assim, temos dois balanços de componentes e um balanço total, totalizando três balanços. Portanto, .

Passo 5

Aplicando a fórmula dos graus de liberdade:
G = C - B + 2 = 2 - 3 + 2 = 1
Isso significa que temos um grau de liberdade no sistema. Ou seja, podemos definir uma variável livremente, e as demais serão determinadas pelos balanços que fizemos.

Resposta

Portanto, após desenhar e rotular o fluxograma do processo, a análise de graus de liberdade nos mostra que o sistema possui 1 grau de liberdade.

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