Instituto Superior de Engenharia de Coimbra DESTILAÇÃO DE UMA MISTURA BINÁRIA AZEOTRÓPICA M.N. Coelho Pinheiro, B.P.M. Duarte, M.J. Moura, L.M.T. Santos 1
TRABALHO: Destilação de uma mistura binária azeotrópica UNIDADE CURRICULAR: Laboratório de Engenharia Química II 4º Ano / 2º Semestre CURSO BIETÁPICO: Licenciatura em Engenharia Química CARGA HORÁRIA: 4h/Semana INTEGRAÇÃO DE MATÉRIAS: Operações Unitárias II e IV (3º e 4º Ano) Termodinâmica Química II (2º Ano) Termodinâmica Aplicada (4º Ano) OUTROS TRABALHOS: Evaporação, Humidificação e Extracção sólido-líquido 2
OBJECTIVOS Previsão do equilíbrio líquido-vapor para o sistema anilina / água, à pressão atmosférica Destilação de uma mistura binária de anilina / água (2,0 2,5 %, em peso, em anilina) numa coluna com 30 pratos, 1 condensador total e 1 reebulidor parcial Determinação do número de andares de equilíbrio necessários para a separação obtida experimentalmente 3
PLANIFICAÇÃO DO TRABALHO 1ª AULA (4h) 2ª AULA (4h) 3ª AULA (4h) Revisão de conceitos Previsão do equilíbrio líquido-vapor: UNIFAC UNIQUAC Van Laar Margules (3 sufixos) Realização experimental Ficha de avaliação Apresentação do relatório Discussão 4
PARTICULARIDADES DO SISTEMA ANILINA / ÁGUA (P=1atm) Mistura não ideal Formação de um azeótropo, heterogéneo, de mínimo (T = 99 ºC; X água = 0,964) [4] Miscibilidade parcial da anilina na água 5
PREVISÃO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR (P=1 atm) 200 180 160 vapor Temperatura (ºC) 140 120 100 80 60 40 fase orgânica líquido + vapor duas fases líquidas ponto azeotrópico heterogéneo fase aquosa 20 0 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Fracção molar da água Dados bibliográficos [4] Linha de solubilidade da água na anilina [4] Linha de solubilidade da anilina na água [4] UNIFAC UNIQUAC Van Laar Margules (3 sufixos) 6
PONTO AZEOTRÓPICO BIBLIOGRAFIA [4] PREVISÃO UNIFAC UNIQUAC VAN LAAR MARGULES (3 sufixos) T (ºC) 99 99,0 99,1 99,1 99,4 X água 0,964 0,956 0,957 0,957 0,966 7
FUNCIONAMENTO DA VÁLVULA DE SOLENÓIDE válvula fechada válvula aberta do condensador do condensador haste de vidro para coluna para reservatório de destilado Refluxo total Refluxo nulo 8
condensadores linha da alimentação sensor de temperatura aquecedor da alimentação válvula de solenóide linha do destilado reservatório do produto de cauda reservatório do destilado unidade de controlo linha do produto de cauda reebulidor 9
RESULTADOS EXPERIMENTAIS Caudal (kg/h) X anilina X água W anilina Alimentação, F 2,471 5,27E-3 0,995 0,0266 Destilado, D 0,403 0,0363 0,964 0,163 Produto de cauda, B 2,068 1,56E-6 1 8,09E-6 Verificação do balanço mássico à anilina: F W anilina,f = B W anilina,b + D W anilina,d 10
Nº ANDARES DE EQUILÍBRIO E ANDAR ÓPTIMO DA ALIMENTAÇÃO zona de enriquecimento zona de empobrecimento andar da alimentação McCabe-Thiele 3-4 7-9 3º, 4º Coluna de destilação Aspen versão 12.2 11 19 + 1 11º 4 11-11
CONCLUSÕES Os métodos de contribuição de grupo, em geral, permitem uma melhor previsão do equilíbrio líquido-vapor para o sistema anilina / água, à pressão atmosférica Obtenção da mistura azeotrópica como destilado e água, quase pura, como produto de cauda Coluna de destilação sobredimensionada para a separação pretendida 12
TRABALHO A DESENVOLVER Para o mesmo sistema, operar com a coluna a pressão reduzida Utilizar o mesmo sistema mas partindo de uma mistura de água em anilina Introduzir sensores de temperatura nos vários andares de equilíbrio, para determinação dos perfis de temperatura (com aquisição de dados) Destilação de outras misturas 13
BIBLIOGRAFIA [1] Kyle, B.G., Chemical and Process Thermodynamics, 3ª ed., 1999, New Jersey, Prentice Hall [2] Gomes de Azevedo, E., Termodinâmica Aplicada, 2ª ed., 2000, Escolar Editora [3] Smith, J.M., van Ness, H.C., Abbott, M.M., Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 6ª ed., 2001, McGraw-Hill [4] Coulson, J.M., Richardson, J.F., Tecnologia Química, vol. II e VI, Fundação Calouste Gulbenkian [5] Treybal, R.E., Mass Transfer Operations, 3ª ed., 1980, McGraw-Hill [6] McCabe, W.L., Smith, J.C., Harriot, P., Unit Operations of Chemical Engineering, 6ª ed., 2001, McGraw-Hill [7] Reid, R.C., Prausnitz, J.M., Poling, B.E., The properties of gases and liquids, 5ª ed., 2000, New York, McGraw-Hill [8] Aspen Engineering Suite, Version 12.2 14
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105 104 Temperatura (ºC) 103 102 101 100 99 98 97 líquido + vapor duas fases líquidas ponto azeotrópico heterogéneo vapor fase aquosa 96 95 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 Fracção molar da água alimentação, x água =0,995 Dados bibliográficos [4] Linha de solubilidade da anilina na água [4] UNIFAC UNIQUAC Van Laar Margules (3 sufixos) 16