Uma coluna de destilação alimentada com duas correntes de benzeno e tolueno nas seguintes condições:
A composição do produto de topo é para benzeno e do produto de fundo é de , a volatilidade relativa é de . É utilizado um condensador parcial. A Razão de refluxo operacional é duas vezes a Razão de Refluxo Mínima. A pressão de operação é de . Calcule a Razão de Refluxo Mínima e Razão de Refluxo Operacional para as duas cargas e determine qual seria a Razão de Refluxo Operacional realmente adotada pela coluna em questão.
Passo 1
Para fazer essa questão, precisamos relembrar a definição de Razão de Refluxo mínima.
Onde é a composição do produto de topo e e são as composições de vapor e líquido da carga. Lembrando que para cargas bifásicas, a relação das composições fica:
Passo 2
Vamos começar avaliando a carga 1. A carga 1 é bifásica , ou seja, da carga é vaporizada. E a composição que foi dada dessa carga equivale ao e não ao e , que precisam ser aplicados na fórmula de Razão de Refluxo Mínima.
Se pensarmos no balanço de massa, podemos escrever essas duas equações que relacionam essas variáveis.
Além disso, vamos precisar também dessa equação de relação entre e , que estamos usando desde o princípio das operações unitárias!!
Podemos combinar essas equações, fazendo a substituição do , pois aí conseguiremos uma única equação com apenas uma variável.
Resolvendo essa equação de segundo grau, vamos achar duas raízes para . No entanto, vamos descartar a raiz negativa e considerar que . Com esse novo valor de , podemos calcular o .
Agora, que já conhecemos todos os valores, conseguimos calcular a Razão de Refluxo Mínima e operacional para a carga 1. Lembrando que a Razão de Refluxo Operacional é o dobro da Razão de Refluxo mínima!
Passo 3
Agora vamos avaliar a carga 2. A carga 2 possui , ou seja, da carga é vaporizada, indicando que ela é líquida saturada. Então, nesse caso, . Portanto, podemos partir direto para o cálculo do em equilíbrio com o .
Assim, aplicando o mesmo procedimento do Passo 2, conseguimos realizar os cálculos da Razão de Refluxo mínima e operacional.
Passo 4
Da mesma forma como vimos no método Mc-Cabe Thiele gráfico, quando temos uma coluna com duas cargas, a Razão de Refluxo irá valer será a maior Razão de Refluxo encontrada entre as duas. Portanto, nesse caso, a nossa será 4.