exercício resolvido

Enunciado: Numa coluna de destilação é separada uma mistura binária com 60% de A e 40% de B pretendendo recuperar 90% de A no produto destilado com uma pureza de 98% (todas as composições são frações molares). Resolva o problema de balanço material ao processo.

Resolução:
i) Representar o processo através de um diagrama processual (ou flowsheet)

O diagrama processual de uma coluna de destilação é apresentado na figura junta. É um processo de separação que foi brevemente descrito no capítulo I. Como se sabe, funciona fazendo contactar líquido e vapor que tem origem nas correntes de refluxo de topo (líquido, proveniente do condensador) e de cauda (vapor, proveniente do reebulidor).
Como em estado estacionário se considera que a quantidade de material que existe e circula no interior da coluna se mantém em quantidade e composição constante, para efeito de balanço material apenas interessam as correntes de alimentação à coluna e seus produtos, isto é, apenas as correntes que atravessam a fronteira indicada a tracejado. Portanto, o diagrama processual pode ser esquematizado como apresentado na base da figura, com uma corrente alimentada, F1, e dois produtos, F2 (o produto destilado) e F3 (o produto de cauda).

ii) Numeração de correntes e componentes (incluído na figura)

Iii) Análise geral de variáveis e equações.
Comecemos por determinar o número de variáveis: V = S (C + 1) + P = 3(2 + 1) + 0 = 9.
O número de equações, E = 2 + 3 + R, porque há duas equações de balanço material (o número de componentes é C = 2), 3 de soma de fracções (o número de correntes é S = 3). Falta o número de equações de restrição.
Olhando com atenção o enunciado do problema, verificamos que “ … se pretende uma recuperação de 90% de A no destilado.”. Que se deve interpretar como significando que o caudal de A no destilado deve ser 90% do que é alimentado do mesmo componente A. Ou seja F2x12 / F1x11 = 0.9.