Destilação – Método Gráfico de McCabe-Thiele

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

OPERAÇÕES UNITÁRIAS 2

Aluno: Diego Castro Squinello – 21000331

Destilação – Método Gráfico de McCabe-Thiele

O método gráfico de análise de colunas de destilação proposto por McCabe e Thiele (29125) considera que a referida coluna opera em estado estacionário a pressão constante e propões o entendimento do processo em estágios de equilíbrio, usualmente chamados de pratos ou estágios teóricos e permite definir as vazões de alimentação, refluxo, número de estágios necessários para obtenção do produto desejado, bem como a localização e condições da alimentação.

Segundo o método, a coluna divide-se em duas seções, a superior (de retificação) onde se deseja aumentar a concentração do componente mais volátil e a inferior (de esgotamento) onde se busca remover o máximo possível do componente mais volátil da corrente, baseando-se em balanços materiais para o componente mais volátil, considerando uma mistura binária, foram elaboradas equações para realizar a análise, abaixo apresentamos estas equações

1. Volatilidade relativa (α1,2)

                Onde:            e          [pic 1][pic 2][pic 3]

K1 e K2 são constantes que relacionamos as frações molares de cada componente no equilíbrio termodinâmico líquido-vapor e se relaciona diretamente com as pressões de vapor de cada componente. α1,2 permite definir se a separação é possível, pois se os componentes tiverem comportamentos muito semelhantes a separação será muito difícil.

2. Balanço material[pic 4]

Balanço geral:         [pic 5]

Balanço para o componente mais leve: [pic 6]

Onde:

F= Vazão molar de alimentação; ZF = fração molar do componente mais leve na corrente de alimentação

D = Vazão molar de destilado; xD = fração molar do componente mais leve na corrente de topo

B = Vazão molar de resíduo no fundo da coluna; xB = fração molar do componente mais leve na corrente de fundo

3. Linha de operação da seção de retificação

A partir do balanço de massa somente para os estágios de 1 até o estágio n+1, imediatamente antes do prato de alimentação (n) temos:

[pic 7]

[pic 8]

Que relaciona as correntes L, descendente e V, ascendente com suas composições, que não devem variar de estágio a estágio nesta seção, isto é, se a perda de calor for negligenciável na coluna, se a pressão for uniforme, se os calores latentes se mantiverem constantes, partindo destes pressupostos dizemos que os fluxos molares se mantem constantes, daí decorre que:  e reescrevemos a equação acima como:[pic 9]

[pic 10]

Que é a equação da linha de operação para a seção de retificação, onde:

Y= fração molar de vapor do componente mais leve

L= corrente líquida

V= corrente de vapor

D= corrente de destilado

xD= fração molar do componente mais leve no destilado

4. Linha de operação para a seção de esgotamento

Considerando a parte inferior da coluna, desde o prato abaixo da alimentação até o refervedor, temos o balanço material:

[pic 11]

[pic 12]

Ou

[pic 13]

Onde  e são os fluxos molares de líquido e vapor, respectivamente na seção de esgotamento e não necessariamente são iguais aos valores de L e V da seção de retificação por causa da adição da alimentação. Assume-se que o vapor deixando o refervedor esteja em equilíbrio com o produto dos estágios inferiores assim, considera-se também o refervedor como um estágio de equilíbrio e sua corrente de saída é B e xB é a fração do componente mais leve na corrente de saída.[pic 14][pic 15]