Destilação Batelada Simples Destilação Batelada por Estágios Destilação Binária em Batelada Prof. Rodolfo Rodrigues Universidade Federal do Pampa BA310 – Operações Unitárias II Curso de Engenharia Química Campus Bagé 29 de agosto de 2017 Rodolfo Rodrigues Operações Unitárias II Destilação Binária em Batelada 1 / 24
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Destilação Batelada Simples Destilação Batelada por Estágios
Destilação Binária em Batelada
Prof. Rodolfo RodriguesUniversidade Federal do Pampa
BA310 – Operações Unitárias IICurso de Engenharia Química
Campus Bagé
29 de agosto de 2017
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Destilação Batelada Simples Destilação Batelada por Estágios
Destilação Batelada
São de 2 tipos:
1 Destilação batelada em um único estágio ou destilaçãobatelada simples ou destilação diferencial;
2 Destilação batelada em múltiplos estágios.
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Destilação Batelada
Utiliza-se a destilação batelada quando se pretende:
• Produzir poucas quantidades ou composições variáveis dedestilado;• Destilar esporadicamente, p. ex., quando a mistura aseparar é produzida sazonalmente;• Usar o mesmo equipamento para destilar diferentesprodutos.
A destilação batelada pode ser realizada com 2 objetivos:
• Obter um determinado grau de pureza no destilado ou noresíduo.• Destilar uma determinada quantidade da mistura inicial.
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Destilação Batelada Simples
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Destilação Batelada Simples
Destilação Batelada Simples ou Diferencial
1 A carga, F, é introduzida no refervedor onde é aquecida evaporizada;
2 O vapor formado (rico no mais volátil) é condensado erecolhido — o destilado, D;
3 O líquido que permanece no refervedor, rico no menos volátil,é o resíduo, W.
Obs.: Por ser um processo em batelada (descontínuo), F, We D representam quantidades (mol ou kg) e não vazões.
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Destilação Batelada Simples
Figura 1: Destilação diferencial ou em batelada com um único estágio.Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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Destilação Batelada Simples
Tabela 1: Dinâmica da destilação binária em batelada com um único estágio.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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Destilação Batelada Simples
Em um problema típico de destilação batelada, sabe-se:
A quantidade e a composição da carga inicial.
e deseja-se determinar:
1 A quantidade e a composição do destilado.
2 A quantidade e a composição do resíduo.
3 A energia que é necessária fornecer ao refervedor.
4 O tempo que demora a destilação.
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Destilação Batelada Simples
Equação de Rayleigh
lnWf
F=
∫ xWf
xF
dxW
yD − xW(1)
O tempo está presente implicitamente pois tanto Wf como xW
são dependentes do tempo.Para integrar a equação é necessário conhecer a relaçãoentre yD e a variável de integração, xW , através ELV:
1 Sob a forma gráfica ou em tabelas;2 Expressões analíticas.
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Destilação Batelada Simples
Passo-a-passo: Dados em Gráfico ou Tabela
1 Para valores de x, obter 1/(y − x), usando valores de x entrexF e um chute para xWf ;
2 Determinar a área sob a curva desde x = xF até x = xWf ,p. ex., pela regra de Simpson simples:∫ xWf
xF
f(x)dx =xWf − xF
6· (2)[
f(xWf ) + 4·f(xWf + xF
2
)+ f(xF)
]
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Figura 2: Representação da integração gráfica para destilação batelada simples. Exemplo9-1 de Wankat (2012).
Fonte: Wankat (2012).
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Destilação Batelada Simples
Passo-a-passo: Dados em Gráfico ou Tabela
3 Com a equação de Rayleigh, dados F e Wf (ou Df = F −Wf )tem-se:
lnWf
F=
[área sob a curva
entre xF e xWf
](3)
4 Comparar o valor calculado (lado direito da eq. 3) com o valorpretendido (lado esquerdo da eq. 3). Se for diferente, repetiros passos para um novo xWf .
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Destilação Batelada Simples
Passo-a-passo: Dados em Gráfico ou Tabela
5 Obter a quantidade total de destilado produzida:
Dtotal = Df = F −Wf (4)
6 Determinar a composição média do destilado a partir de umbalanço por componente:
xDf =xFF − xWf Wf
F −Wf(5)
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Destilação Batelada Simples
Passo-a-passo: Expressões Analíticas
1 Dado α (constante), ELV pode ser expresso por:
yD = xD =α·xW
1 + (α − 1)xW(6)
Assim, a eq. de Rayleigh tem solução analítica:
lnxWf Wf
xFF=α ln
[(1 − xWf )Wf
(1 − xF)F
](7)
lnWf
F=
11 − α
ln
[xWf (1 − xF)
xF(1 − xWf )
]+ ln
(1 − xF
1 − xWf
)(8)
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Destilação Batelada Simples
Passo-a-passo: Expressões Analíticas
2 Dado K (independente da composição), ELV pode serexpresso por:
yD = xD = K ·xW (9)
Assim, a eq. de Rayleigh tem solução analítica:
lnWf
F=
1K − 1
lnxWf
xF(10)
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Figura 3: Dinâmica das composições de produtos de topo e de fundo em uma destilaçãobinária em batelada.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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Destilação Batelada por Estágios
Quando a destilação simples não permite atingir acomposição de destilado desejada, é colocada sobre orefervedor uma coluna de destilação com vários estágios.
Nesta operação, parte da corrente de destilado retorna àcoluna para retificação.
Ao contrário da destilação contínua, não há uma seção deesgotamento.
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Destilação Batelada por Estágios
Figura 4: Destilação batelada por N estágios. Neste caso, L/V ou xD (ou ambos) variamdurante a destilação.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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(a) R constante (b) xD constante
Figura 5: Opções de destilação batelada por estágios: (a) razão de refluxo constante (xDvaria); (b) composição de topo xD constante (R varia).
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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Figura 6: Representação de destilação batelada por estágios com R constante pelométodo de McCabe-Thiele.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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Figura 7: Representação de destilação batelada por estágios com xD constante pelométodo de McCabe-Thiele.
Fonte: Azevedo & Alves (2013).
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Referências
AZEVEDO, E. G.; ALVES, A. M. Destilação Descontínua. In:________. (Org.). Engenharia de Processos de Separação.2. ed. Lisboa: IST Press, 2013, p. 259-297.
DUTTA, B. K. Batch Distillation. In: ________. (Org.).Principles of Mass Transfer and Separation Process. NewDelhi: Prentice Hall of India, 2007, p. 353-359.
GEANKOPLIS, C. J. Simple Batch or DifferentialDistillation. In: ________. (Org.). Transport Processes andSeparation Process Principles (Includes Unit Operations).4. ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2003, p. 702-704.
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Referências
HENLEY, E. J.; SEADER, J. D.; ROPER, D. K. BatchDistillation. In: ________. (Org.). Separation ProcessPrinciples. 3. ed. Hoboken: John Wiley & Sons, 2011,p. 514-519.
McCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOTT, P. BatchDistillation. In: ________. (Org.). Unit Operations ofChemical Engineering. 7. ed. Boston: McGraw-Hill, 2005,p. 724-727.
WANKAT, P. C. Batch Distillation. In: ________. (Org.).Separation Process Engineering Includes Mass TransferAnalysis. 3. ed. Upper Saddle River: Pearson, 2012,p. 327-354.