aula 09 - destilação mccabe (parte 3)
TRANSCRIPT
Aula 13: McCabe-Theile 1
McCabe-Thiele Parte Dois
Hoje nós discutiremos: 1) Construção gráfica de McCabe-Thiele2) Refluxo sub-resfriado 3) Múltiplas alimentações4) Retiradas laterais de produtos 5) Vapor direto 6) Destilação Não ideal: Eficiência de Murphree
Aula 13: McCabe-Theile 2
Construção de retas para o Método McCabe-Thiele
curva de equilíbrio
45° line
x=zFxB
y
yB
yN
Seção de Stripping: Reta de OperaçãoInclinação =L/V=(VB+1) /VB
xD
Seção de Retificação: Reta de OperaçãoInclinação=L/V=R/(R+1)<1
q-reta
y LVx
DVxD
y LVx
BVxB
y q
q 1
x zF
q 1
q=1 q>1
0<q<1
q<0
q=0
x=zF
x=y
V*
V
L+VL L*
q L LF
Condensador total
Alimentação
Overhead vapor
BoilupN
21
Destilação
f
Tambor de refluxo
estágios da seção de retificação
estágios da seção de stripping
Estágio de alimentação
Fundos
Refervedor Parcial
Refluxo Destilado
y R
R1x
1R 1
xD
Aula 13: McCabe-Theile 3
Método de McCabe-Thiele: Refluxo Subresfriado
Condensador total
Alimentação
Overhead vapor
Boilup
Coluna de Destilação(refluxo sub-resfriado)
Tambor de refluxo
Fundos
Refervedor parcial
Refluxo Destilado
Se o refluxo líquido estiver mais frio que a temperatura de ponto de bolha, então condensará um pouco de vapor no estágio de topo. Isto muda a relação de refluxo interno.
Aula 13: McCabe-Theile 4
Método de McCabe-Thiele: Refluxo Subresfriado
Condensador total
Alimentação
Overhead vapor
Boilup
Tambor de refluxo
Fundos
Refervedor parcial
Refluxo Destilado
A quantidade de refluxo extra que é produzido depende da capacidade calorífica do líquido, e o calor de vaporização do vapor.
R' H vap RCPLTsub
A quantidade total de refluxo, chamada de refluxo interno, é a soma da razão de refluxo e o vapor condensada pelo refluxo subresfriado:
Rint R R'
Rint R(1CP
LTsubH vap )
T
0 XB 1
V
L
XD(L)X1(V)
Linha de Ponto de Bolha
H
TTm Tb
P1
P2
Pcr
VL
HV
dH CPdT V 1 T dP
Aula 13: McCabe-Theile 5
Método de McCabe-Thiele : Condensador Parcial
Condensador parcial
Alimentação
Overhead vapor
Boilup
Coluna de Destilação(Condensador parcial)
Fundos
Refervedor parcial
Refluxo
Destilado vapor
Se o líquido de refluxo é obtido de um condensador parcial, então o refluxo é produzido é o líquido em equilíbrio com o destilado vapor no condensador.
Aula 13: McCabe-Theile 6
Método de McCabe-Thiele : Condensador Parcial
Condensador parcial
Alimentação
Overhead vapor
Boilup
Fundos
Refervedor parcial
Refluxo
Destilado Vapor
Curva de equilíbrio
45° line
x=zFxB
yB
yN q-line
y q
q 1
x
zFq 1
yD
Através da composição de vapor destilado determina-se então o yD e os estágios estão passando fora da interseção de yD com a curva de equilíbrio.
Aula 13: McCabe-Theile 7
Método de McCabe-Thiele : Múltiplas Alimentações
Condensador total
Alimentação 1
Overhead vapor
Boilup
Coluna de destilação(Múltiplas alimentações)
Tambor de refluxo
Fundos
Refervedor parcial
Refluxo Destilado
Alimentação 2
O método de McCabe-Thiele para cascatas pode ser aplicado a sistemas com mais de duas seções. Aqui, nós mostramos uma cascata com 2 alimentações: Uma cascata de 3 seções.
Aula 13: McCabe-Theile 8
Método de McCabe-Thiele : Múltiplas Alimentações
Primeiro, note que cada fluxo de alimentação muda a inclinação da reta de operação de seção para seção
Alimentação 1
Boilup
Fundos
Refluxo Destilado
Alimentação 2
O fluxo de alimentação muda o fluxo taxa nos estágios acima e debaixo dele. Por conseguinte, muda os balanços de massa e as inclinações das retas operação.
Alimentação 1
Boilup
Fundos
Refluxo Destilado
Alimentação 2
Aula 13: McCabe-Theile 9
Método de McCabe-Thiele : Múltiplas Alimentações
A taxa da Alimentação 1 é constante devido a transbordamento molar constante (CMO). A alimentação muda a inclinação dependendo da condição de alimentação. Taxas de fluxo na seção intermediária são constantes, mas mudam quando Alimentação 2 é introduzida.
Condensador total
Alimentação 1
Overhead vapor
Boilup
Tambor de refluxo
Fundos
Refervedor parcial
Refluxo Destilado
Alimentação 2
Curva de equilíbrio
xB
y
yB
yN
Seção de Stripping: Reta de OperaçãoInclinação Constante (CMO)
xD
Seção de Retificação: Reta de OperaçãoInclinação Constante (CMO)
Seção Intermediária: Reta de OperaçãoInclinação Constante (CMO)Alimentação 2
introduzida
Aliementação 1 introduzida
Aula 13: McCabe-Theile 10
Método de McCabe-Thiele : Múltiplas Alimentações
Curva de Equilíbrio
x=zF1xB
y
yB
yN
Seção de Stripping: Reta de Operação: Inclinação=L/V=(VB+1) /VB
xD
Seção de Retificação: Reta de Operação Inclinação=L/V=R/(R+1)<1
q=1 q>1
0<q<1
q<0
q=0
x=zF
x=y
V*
V
L+VL L*
q L LF
Seção Intermediária: Reta de Operação Inclinação=L’/V’
x=zF2
Líquido Saturado
Vapor Saturado
Exemplo: Alimentação 1 vapor saturado de composição zF1,e Alimentação 2 líquido saturado de composição zF2
Aula 13: McCabe-Theile 11
Método de McCabe-Thiele : Corrente Lateral
Alimentação
Boilup
Fundos
Refluxo Destilado
Ls
Alimentação
Boilup
Fundos
Refluxo Destilado
Ls
Ocasionalmente uma cascata é configurada tal que uma corrente lateral de composição intermediária é removida da coluna.
Como nós analisamos esta configuração?
Vn1yn1 Lnxn DxD
O qual nós podemos rearranjar para achar:
Se nós executamos um balanço material na chave leve ao redor dos estágios sobre o fluxo lateral, inclusive o condensador:
yn1 LnVn1
xn DVn1
xD
Para L e V constante de estágio pra estágio, então:
y LVx
DV
xD Reta de operação acima do fluxo lateral
Aula 13: McCabe-Theile 12
Método de McCabe-Thiele: Corrente Lateral
Alimentação
Boilup
Fundos
Refluxo Destilado
Ls
Vn 1yn 1 Lnxn Lsxs DxD
O qual nós podemos rearranjar para achar:
Se nós executarmos um balanço material na chave leve ao redor dos estágios sobre o fluxo lateral, incluindo o fluxo lateral e o condensador:
yn1 LnVn1
xn Lsxs DxD
Vn1
Para L e V constante de estágio para estágio, então:
y L'Vx
Lsx Dx
V
As duas retas de operação se cruzam em:
reta operacionala abaixo do fluxo lateral
x xs
Aula 13: McCabe-Theile 13
Método de McCabe-Thiele : Corrente Lateral
Curva de Equilíbrio
x=xsxB
y
yB
yN
Seção de Stripping: Reta de OperaçãoInclinação =L/V=(VB+1) /VB
xD
Seção de Retificação: Reta de OperaçãoInclinação=L/V=R/(R+1)<1
Condensador total
Alimentação
Overhead vapor
BoilupN
21
DestilaçãoTambor de refluxo
Estágios da seção de retificação
Estágios da seção de stripping
Fundos
Refervedor parcial
Refluxo Destilado
Seção Intermediária: Reta de OperaçãoInclinação=L’/V
x=zF
Alimentação de líquidosaturado
Corrente lateral:Retirada de líquido
Retirada lateral xs
Aula 13: McCabe-Theile 14
Método de McCabe-Thiele : Vapor Direto (aberto)
Condensador total
Alimentação
Overhead vapor
Vapor ou gás inerte quente (y=0)
N
21
Destilação
Estágios da seção de retificação
Estágios da seção de stripping
Estágio de alimentação
Fundos
Refluxo Destilado
Considere a cascata mostrada a esquerda:
Neste exemplo, o refervedor é substituído por uma fonte de vapor ou um gás inerte quente . Neste caso, o vapor que entra no estágio do fundo da coluna não tem nenhum componente leve e assim yB é zero, embora xB é diferente de zero.
Faz a inclinação da reta de operação da seção de retificação aumanetar ou diminuir?
Aula 13: McCabe-Theile 15
Método de McCabe-Thiele : Vapor Direto (aberto)
Equilibriumcurve
xB
y
yB
yN
Seção de Stripping: Reta de OperaçãoInclinação =L/V
xD
Seção de Retificação: Reta de OperaçãoInclinação=L/V=R/(R+1)<1
Condensador total
Alimentação
Overhead vapor
Vapor ou gás inerte quente(y=0)
N
21
DestilaçãoTambor de refluxo
Estágios da seção de retificação
Estágios da seção de stripping
Estágio de alimentação
Fundos
Refluxo Destilado
x=zF
Alimentação de líquidosaturado
Aula 13: McCabe-Theile 16
Não-equilíbrio McCabe-Thiele: Eficiência de Murphree
Curva de Equilíbrio
x=zFxB
y
yB
yN
xD
2
4
A distribuição dos componentes obtida é menor que o limite teórico descrito pelo equilíbrio
Separação atual atingida
EMV yn yn1
yn* yn1
ABEB
A Eficiência do Prato de Murphree nos fornece a relação da diferença de composição atual do líquido ou vapor entre dois pratos seqüenciais.
E 3
B
Eficiência para o líquido:
EML xn xn1
xn* xn1
A' B'E' B'
E’ A’ B’
A
Eficiência para o vapor:
O numerador representa o enriquecimento real do vapor, sendo o denominador o enriquecimento teórico
Aula 13: McCabe-Theile 17
McCabe-Thiele Método Algébrico
Curva de Equilíbrio
45° line
x=zFxB
y
yB
yN
Seção de Stripping: Reta de OperaçãoInclinação =L/V=(VB+1) /VB
xD
Seção de Retificação: Reta de OperaçãoInclinação=L/V=R/(R+1)<1
Reta-q
y R
R 1x
1R 1
xD
y LVx
BVxB
y q
q 1
x
zFq 1
Nós já desenvolvemos o Método de McCabe-Thiele Gráfico para cascatas. Podem ser usadas as mesmas equações que nós usamos para as retas de operação, reta-q e curva de equilíbrio para calcular as composições em cada estágio algebricamente.
y x
1 x 1
Aula 13: McCabe-Theile 18
McCabe-Thiele: Refluxo Mínimo
45° line
x=zFxB
y
yB
yD
xD
y q
q 1
x
zFq 1
Para levar a cabo o método algébrico nós precisamos determinar as inclinações das Retas de operação algebricamente. Isto pode ser feito achado as interseções entre a reta-q e a curva de equilíbrio, e a reta-q e a reta de operação da seção de retificação.
y x
1 x 1
y q
q 1
x
zFq 1
x1 x 1
Aula 13: McCabe-Theile 19
McCabe-Thiele: Reta de Operação da Seção de Retificação
45° line
x=zFxB
y
yB
yD
xD
A inclinação da reta de operação para a seção retificadora com refluxo mínimo pode ser determinada traçando uma reta de XD até Xq. Nós podemos achar então também o refluxo mínimo deste inclinação.
y q
q 1
x
zFq 1
x1 x 1
yq
xq
yD yqxD xq
Rmin
Rmin 1
Do refluxo mínimo, e R/Rmin nós podemos determinar o refluxo R.
Nós determinamos a inclinação reta de operação da seção de retificação de:
1R
Rinclinação
Aula 13: McCabe-Theile 20
McCabe-Thiele: Reta de Operação da Seção de Retificação
45° line
x=zFxB
y
yB
yD
xD
Nós podemos achar a interseção da reta de operação e a reta-q para determinar reta de operação da seção de stripping :
y q
q 1
x
zFq 1
RR 1
x 1
R 1xD
yQR
xQR
inclinaçãoxx
yy
BQR
BQR
Do refluxo mínimo, e R/Rmin nós podemos determinar o refluxo R.
Nós determinamos a inclinação reta de operação da seção de stripping de:
1R
Rinclinação
Aula 13: McCabe-Theile 21
McCabe-Thiele: Método Algébrico
Curva de equilíbrio
x=zFxB
y
yB
yN
xD
1
2
3
4
1. No condensador total y1=x0
2. x1 é determinado pela curva de equilibro:
y1 x1
1 x1 1
3. y2 é determinado pela reta de operação paraa seção de retificação:
y2 R
R 1x1
1R 1
xD
4.Repita os passos 2 e 3 até que Xn seja menor que XQR (você está à em um ponto da curva de equilíbrio a esquerda da interseção do RO e a reta-q).
xQR
6. x3 é determinado pela curva de equilibro :
y3 x3
1 x3 1
5. y3 é determinado pela reta de operação paraa seção de stripping:
7. Repita os passos 5 e 5 até que Xn seja menor que xB
y3 LVx2
BVxB
Aula 13: McCabe-Theile 22
Método Algébrico McCabe-Thiele : Exemplos
Curva de equilíbrio
x=zFxB
y
yB
yN
xD
1
2
3
4
1. Alpha = 4, R=Rmin
2. Alpha=4 R=2Rmin
3. Alpha=4 R=4Rmin
4. Alpha=4 R=20Rmin 5. Alpha=1.1 R=3Rmin
xQR
xD=0.9, xB=0.1, zF=0.5, q=0.8
Aula 13: McCabe-Theile 23
Na próxima aula nós teremos:
Primeira Avaliação