O processo de produção de etanol anidro começa com uma corrente de alimentação fresca que contém de etanol e de água. Esta corrente é alimentada em uma coluna de destilação juntamente com outra contendo benzeno e uma pequena quantidade de etanol (esta corrente está sendo reciclado de outra parte do sistema). Esta coluna de destilação produz duas correntes de saída: o topo (todo vapor) é uma mistura de água, benzeno e etanol, e a base (líquido) é 100% etanol. A corrente de topo é condensada em uma corrente totalmente líquida. Esta corrente líquida é enviada para um decantador onde se separa em duas fases líquidas distintas. A fase superior do decantador consiste principalmente de benzeno com uma pequena quantidade de etanol e é enviada de volta para a primeira coluna de destilação para ser misturada com a corrente de etanol/água que está sendo alimentada ao sistema. A fase inferior do decantador contém etanol, água e benzeno. Esta corrente é alimentado a uma segunda torre de destilação. O topo desta segunda destilação também é toda de vapores e consiste em etanol, água e benzeno. Esta corrente de vapor é misturada com a corrente de vapor de topo da primeira torre de destilação para que ambas sejam condensadas antes do decantador. O fundo desta segunda coluna (novamente todo líquido) consiste em água e etanol. Esta corrente de fundo é alimentada em uma terceira coluna de destilação. O produto de topo desta terceira destilação é uma corrente de em massa de etanol/ de água que é enviada para o início de todo o processo para ser misturada com a alimentação de entrada de etanol e água. O fundo da terceira destilação é todo água.
Desenhe um diagrama de fluxo para o processo, rotulando claramente todos os equipamentos e correntes. Para cada corrente, você deve indicar o máximo de informações que conhecer a partir do processo descrito. Se tudo o que você conhece sobre um fluxo são seus componentes, indique-os.
Passo 1
Vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um processo de produção de etanol anidro que envolve várias etapas de destilação e circulação de correntes de materiais. Para resolver isso, vamos precisar entender de destilação, fluxo de massa e diagramas de fluxo de processo. Nosso objetivo é desenhar um diagrama que mostre todos os equipamentos e as correntes de material com suas composições.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os componentes principais do processo: etanol (C₂H₅OH), água (H₂O) e benzeno (C₆H₆). Esses são os ingredientes que estão circulando pelas diferentes partes do sistema.
Passo 3
Agora, vamos listar os equipamentos que estão no processo:
Três colunas de destilação: serão numeradas como Coluna 1, Coluna 2 e Coluna 3.
Condensadores: para condensar os vapores das colunas.
Decantador: para separar as fases líquidas após a condensação.
Correntes de alimentação e reciclo: que entram e saem das colunas.
Passo 4
Vamos começar pela Coluna 1. Ela recebe duas correntes de entrada:
Corrente de alimentação fresca: contém 96% de etanol e 4% de água.
Corrente reciclada: contém benzeno e uma pequena quantidade de etanol.
Dentro da Coluna 1, ocorre a destilação onde:
A saída superior (topo) é um vapor que contém água, benzeno e etanol.
A saída inferior (base) é um líquido 100% etanol.
Passo 5
O vapor do topo da Coluna 1 é então condensado em um condensador, transformando-se em uma corrente líquida. Essa corrente líquida vai para o decantador, onde ocorre a separação das duas fases:
Fase superior: rica em benzeno com um pouco de etanol. Essa fase é reciclada de volta para a Coluna 1.
Fase inferior: contém etanol, água e benzeno, e é enviada para a Coluna 2.
Passo 6
Na Coluna 2, a corrente que chega contém etanol, água e benzeno. A destilação nessa coluna produz:
Topo da Coluna 2: vapor de etanol, água e benzeno. Esse vapor é misturado com o vapor do topo da Coluna 1 antes de ser condensado novamente.
Base da Coluna 2: uma mistura líquida de água e etanol, que é enviada para a Coluna 3.
Passo 7
A Coluna 3 recebe a mistura de água e etanol da Coluna 2. Lá, ocorre a última etapa de destilação:
Topo da Coluna 3: produto final com 96% de etanol e 4% de água, que é retornado ao início do processo para ser misturado com a alimentação fresca.
Base da Coluna 3: é toda água, que é retirada do sistema.
Resposta
O diagrama de fluxo para o processo de produção de etanol anidro inclui três colunas de destilação claramente rotuladas como Coluna 1, Coluna 2 e Coluna 3.
Coluna 1 recebe duas correntes de entrada: uma de etanol/água (96%/4%) e outra de benzeno com etanol. O topo desta coluna, que é um vapor contendo água, benzeno e etanol, é condensado e direcionado para um decantador. No decantador, a fase superior rica em benzeno é reciclada de volta para a Coluna 1, enquanto a fase inferior segue para a Coluna 2.
Coluna 2 separa o vapor que se mistura com o vapor da Coluna 1 antes de ser condensado novamente. A base da Coluna 2 é uma mistura de água e etanol que é alimentada na Coluna 3.
Coluna 3 finaliza o processo produzindo o etanol anidro (96% Etanol, 4% Água) no topo, que é reciclado para o início do sistema, e água pura na base, que é removida do processo.
Todas as correntes são devidamente identificadas com suas composições conforme descrito, garantindo que o diagrama mostre claramente o fluxo e a separação dos componentes em cada etapa do processo.