Destilação
1. Deseja-se separar metanol (A) de água por destilação diferencial simples na pressão de 1 atm. A
carga contém 50 móis e a fração molar do metanol na mistura é igual a 80%. Determine:
a) a quantidade de líquido residual, a composição e a quantidade de destilado coletada, para a
composição de líquido residual igual a 70% em mol de metanol.
b) a quantidade de destilado coletada, a quantidade de líquido residual e sua composição para
que a composição média seja 89,2 % em mol de metanol.
Dados de equilíbrio para o sistema metanol-água a 1 atm
T, °C
xA
yA
T, °C
100
0
0
75,3
96,4
0,02
0,134
73,1
93,5
0,04
0,230
71,2
91,2
0,06
0,304
69,3
89,3
0,08
0,365
67,6
87,7
0,10
0,418
66,0
84,4
0,15
0,517
65,0
81,7
0,20
0,579
64,5
78,0
0,30
0,665
xA
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0,95
1,00
yA
0,729
0,779
0,825
0,870
0,915
0,958
0,979
1,00
2. Uma mistura que contém 50% em mol de benzeno e 50% em mol de tolueno é submetida à
destilação diferencial simples a 1 atm. Colocar em gráfico as quantidades em relação a f = mol
de destilado/mol inicial: a) temperatura no destilador; b) composição do líquido no destilador;
c) composição instantânea do vapor que deixa o destilador; d) composição média do
condensado acumulado. Considere a volatilidade relativa constante e igual a 2,42.
3. Uma mistura contém 100 kg de água e 100 kg de etilanilina (MM = 121, 1 kg/kgmol), que é
imiscível com a água. Uma quantidade muito pequena de impureza não-volátil está dissolvida
nesta massa de etilanilina. Para purificá-la, ela é destilada com vapor de água, borbulhando
vapor saturado na mistura na pressão total de 101,32 kPa (1 atm). Determine o ponto de
ebulição da mistura e a composição do vapor. As pressões de vapor dos compostos puros são:
Temperatura (°C)
80,60
96,0
99,15
113,2
PA (água), kPa
48,5
87,7
98,3
163,3
PB (etilanilina), kPa
1,33
2,67
3,04
5,33
4. Uma mistura que contém 50% em mol de benzeno e 50% em mol de tolueno é submetida à
destilação em equilíbrio (flash) a 1 atm. Colocar em gráfico as quantidades em relação a f = mol
de destilado/mol inicial: a) temperatura no separador; b) composição do líquido que sai do
separador; c) composição do vapor que deixa o separador. Ref.: diagrama do ponto de ebulição
para o sistema tolueno-benzeno.
5. Calcular a inclinação da linha de alimentação e fazer um esboço de sua representação gráfica
em cada um dos seguintes casos:
a) a alimentação é uma mistura que é parcialmente vaporizada (80%) nas condições de
operação da coluna;
b) a alimentação é vapor superaquecido, havendo vaporização de 1 mol de líquido para cada 9
móis de alimentação.
6. Uma carga líquida, no seu ponto de ebulição, contendo 70% em mol de benzeno e 30% em mol
de tolueno é alimentada a vazão de 400 kgmol/h em uma torre de esgotamento, que opera a
101,3 kPa. A vazão de produto de fundo, contendo 10% em mol de benzeno e o restante de
tolueno deve ser de 60 kgmol/h. Calcular a vazão de vapor em kgmol/h, sua composição e o
número de estágios teóricos necessários.
7. Uma torre de enriquecimento é alimentada com 100 kgmol/h de uma mistura no seu ponto de
orvalho, contendo 40% em mol de benzeno e 60% em mol de tolueno. A torre opera a 101,32
kPa. O destilado deve conter 90% em mol de benzeno e a razão de refluxo deve ser igual a 4.
Calcular vazão molar de destilado e de produto de fundo, bem como suas composições. Calcular
o número de estágios teóricos necessários, considerando que a torre tem um condensador total
e o refluxo é líquido saturado.
8. Uma coluna de fracionamento contínuo é utilizada para separar 30000 kg/h de uma mistura que
contém 40% em massa de CS2 (mais volátil) e 60% em massa de CCl 4, em um destilado contendo
97% em massa de CS2 e um produto de cauda contendo 98% em massa de CCl 4. Uma razão de
refluxo de 3,5 mol por mol de produto deve ser usada. Os calores latentes de vaporização do CS2
e do CCl4 podem ser tomados como iguais a 6200 cal/gmol.
a) Calcular a quantidade de destilado e de produto de cauda em kgmol/h.
b) Determinar o número de estágios ideais e a posição do ponto de alimentação utilizando o
método McCabe-Thiele nos seguintes casos:
b1) alimentação é líquida no seu ponto de ebulição
b2) alimentação é líquida a 20 °C (o calor específico médio é 0,3 cal/g.°C e o ponto de bolha
é 61 °C.
b3) a alimentação é uma mistura contendo 2/3 de vapor e 1/3 de líquido.
c) Calcule a quantidade necessária de vapor d’água por hora, se o vapor disponível estiver a 3
atm abs., em cada um dos casos, negligenciando as perdas de calor e considerando que o
refluxo é líquido saturado.
d) Calcule a quantidade necessária de água de resfriamento, se ela entrar no condensador a
25°C e sair a 65°C.
Obs.: os dados de equilíbrio encontram-se em anexo.
9. Uma alimentação na vazão de 100 kgmol/h, constituída de vapor no ponto de orvalho, que
contém 45% em mol de benzeno e 55% em mol de tolueno, deve ser destilada numa torre de
fracionamento a pressão atmosférica. O destilado deve conter 95% em mol de benzeno e o
produto de fundo deve conter 10% em mol de benzeno. Determinar a razão de refluxo mínimo
(Rmin) e o número mínimo de estágios.