Destilação Multicomponente por Estágios

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1 Destilação Multicomponente por Estágios Prof. Universidade Federal do Pampa BA310 Curso de Engenharia Química Campus Bagé 23 de agosto de 2016 Destilação Multicomponente por Estágios 1 / 17

2 Destilação Multicomponente por Estágios Figura 1: Esquema de destilação de uma mistura ternária (A, B e C). Nesta mistura, A é o componente mais leve e C é o mais pesado. A separação de uma mistura de C componentes requer C 1 colunas. Fonte: Azevedo & Alves (2013). Destilação Multicomponente por Estágios 2 / 17

3 Componentes-Chave Destilação Multicomponente por Estágios 3 / 17

4 Componentes-Chave Dois componentes são especificados no topo e no fundo da coluna: Componente-chave leve (light key, LK): mais volátil; Componente-chave pesado (heavy key, HK): menos volátil. Os componentes restantes são designados por componentes não-chaves: Componente não-chave leve (light non-key, LNK): mais volátil que LK; Componente não-chave pesado (heavy non-key, HNK): menos volátil que HK; Destilação Multicomponente por Estágios 4 / 17

5 Componentes-Chave Geralmente LK é especificado no topo e HK; no fundo da coluna. Assume ainda: Não há componentes de volatilidade intermediária entre os componentes-chave; Deseja-se uma boa separação entre os componentes-chave. Somente os componentes-chave se distribuem entre o topo e o fundo da coluna. Destilação Multicomponente por Estágios 5 / 17

6 Destilação Multicomponente por Estágios 6 / 17

7 Método de Fenske-Underwood-Gilliland é um método aproximado; É de utilização simples e muito usado para um projeto preliminar de colunas; Determinação aproximada de: 1 N o de estágios ideais; 2 Razão de refluxo; 3 Localização do estágio da alimentação; 4 Distribuição dos componentes entre produtos de topo e de fundo. Baseia-se nas hipóteses de que: As vazões molares são constantes de prato para prato; As volatilidades relativas entre componentes, α AB, são constantes. Destilação Multicomponente por Estágios 7 / 17

8 Tabela 1: Esquema de utilização do método F.U.G. Passo Equação Condição Para calcular: 1 o Fenske Refluxo total N min 2 o Underwood N R min 3 o Refluxo real R = f(r min ) R = 1, 2 R min 4 o Gilliland Refluxo finito N 5 o Kirkbride Refluxo finito N F Fonte: adaptado de Azevedo & Alves (2013). Destilação Multicomponente por Estágios 8 / 17

9 N o mínimo de estágios, N min Equação de Fenske: [ ] (xi,d /x j,d ) log (x i,w /x j,w ) N min = log (α i,j ) (1) onde α i,j pode ser aproximada por: α i,j (α 1 α R ) 1/2 (2) Destilação Multicomponente por Estágios 9 / 17

10 N o mínimo de estágios, N min Fração de recuperação (ou recuperada): FR i = Moles de i em D ou W Moles de i na alimentação (3) sendo: FR i,d = D x D,i F z i FR i,w = W x W,i F z i FR i,w = 1 FR i,d (4) (5) (6) Destilação Multicomponente por Estágios 10 / 17

11 N o mínimo de estágios, N min Expressões alternativas: [ ] FR i,d FR j,w log (1 FR i,d )(1 FR j,w ) N min = log (α i,j ) (7) sendo: FR k,d = α N min k,j FR j,w + α N min 1 FR k,j j,w (8) onde k é um componente não-chave (NK). Destilação Multicomponente por Estágios 11 / 17

12 Razão de refluxo mínima, R min Equações de Underwood: 1 q = R min + 1 = C ( ) αi,hk z i α i,hk θ C ( ) αi,hk x D,i α i,hk θ i=1 i=1 (9) (10) com 1 < θ < α LK,HK. Destilação Multicomponente por Estágios 12 / 17

13 N o de estágios ideais, N Correlação de Gilliland: Y = 0,75 0,75X 0,5668 (11) onde Y = N N min N + 1 e X = R R min R + 1. Destilação Multicomponente por Estágios 13 / 17

14 Figura 2: Correlação empírica de Gilliland. Fonte: Azevedo & Alves (2013). Destilação Multicomponente por Estágios 14 / 17

15 Estágio ótimo para carga, N F Equação empírica de Kirkbride: N F 1 = N retif = (12) N N F N esgot ( )( ) 2 ( ) 0,206 zhk xlk,w W = D z LK x HK,D Destilação Multicomponente por Estágios 15 / 17

16 Estágio ótimo para carga, N F A partir de Fenske: [ ] (xlk,d /x HK,D ) log (z LK /z HK ) N F,min = log (α LK,HK ) N F,min N min = N F N (13) (14) Destilação Multicomponente por Estágios 16 / 17

17 Passo-a-passo: 1 Identificar os componentes LK e HK; 2 Obter α LK,HK ; 3 Obter N min pela equação de Fenske; 4 Calcular a distribuição dos componentes NK; 5 Determinar R min pelas equações de Underwood; 6 Especificar R (geralmente a partir de R min ); 7 Calcular N pela correlação de Gilliland; 8 Determinar N F através de Kirkbride ou Fenske. Destilação Multicomponente por Estágios 17 / 17