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1. OPERAÇÕES UNITÁRIAS III
Aula 02
10/03/2015

2. Destilação Flash
Operação de destilação em um simples estágio em que uma alimentação é
parcialmente vaporizada, produzindo um vapor rico nos constituintes mais
voláteis ou parcialmente condensada produzindo um líquido rico nos
constituintes menos voláteis .
OBS: Em ambos os casos, é esperado que as correntes efluentes estejam em
equilíbrio.
OBS: Ao menos que a volatilidade relativa seja muito alta, o grau de separação
obtido é muito pobre.

3. Destilação Flash – Algumas aplicações
Em geral, a destilação flash é empregada como operação de
preparação/tratamento de correntes de processo.

4. Flash Isotérmico – Equações Fundamentais
iii LxVyFz 
F  V  L
1 ix 1 iy1 iz
i
i
i
x
y
K 
TL  TV PL  PV
lvf LhVhQFh 
Suposição dos equilíbrios térmicos e mecânicos:
Balanço de massa global:
Balanço de massa por componente:
Frações molares (para cada corrente):
Relações de equilíbrio (para cada componente):
Balanço de energia:

5. Destilação Flash – Método Gráfico para misturas Binárias
Para misturas binárias o percentual de vaporização ou condensação pode ser
convenientemente determinado a partir de métodos gráficos.
iii LxVyFz  F  V  L
f
z
x
f
f
y i
ii 


)1(
(linha de operação)
Onde:
f - fração vaporizada (V/F)
( I )
O método gráfico para se obter a composição das correntes de saída como função
de f consiste na determinação da interseção da linha de operação com a curva de
equilíbrio.

6. Destilação Flash – Método Gráfico para misturas Binárias

7. Questão 4: Uma mistura equimolar de benzeno e tolueno é submetida a uma
destilação flash em um separador a uma pressão de 1 atm. Determine para os
seguintes valores da fração de vaporização, 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 e 1:
a) A temperatura no separador
b) A composição do líquido e vapor na saída do separador
Diagrama xy Diagrama Txy
T (ºC)
x,y
y
x

8. Ex.: para f = 0,2
Qual o valor de x para y = 0 ?
Diagrama xy Diagrama Txy
T (ºC)
x,y
y
x0,45
0,67 93,7
625,0
)2,01(
5,0
)1(




 ii
i
i xx
f
z
x

9. Resposta/procedimento:
- Para cada valor de f obtemos uma linha de operação que corta a curva de equilíbrio
fornecendo os valores de xB e yB e consequentemente as composições do vapor e
líquido;
- A partir do diagrama Txy obtêm-se a temperatura no separador.
f -(1-f)/f xB yB Temperatura ºC
0 ∞ 0,5 0,71 92,2
0,2 -4 0,455 0,67 93,7
0,4 -1,5 0,41 0,63 95
0,6 -0,67 0,365 0,585 96,5
0,8 -0,25 0,325 0,54 97,7
1 0 0,29 0,50 99

10. Procedimento:
Partindo da equação do balanço de massa para um componente i e eliminando L,
podemos deduzir as equações para a determinação das concentrações no equilíbrio:
Flash Isotérmico Multicomponente – Método de Rachford and Rice
iii LxVyFz 
F  V  L
i
i
i
x
y
K 
iii xVFVyFz )(  iii x
F
V
y
F
V
z )1( 
F
V
f  iii xffyz )1( 
iiii xfxfKz )1( 
)1(1 

i
i
i
Kf
z
x
i
i
i
x
y
K 
)1(1 

i
ii
i
Kf
zK
y

11. Sabendo que, , podemos considerar que:
Flash Isotérmico Multicomponente – Método de Rachford and Rice
1 ix 1 iy
0)(1
   iii yxyx
Logo,
0
)1(1)1(11










c
i i
ii
i
i
Kf
zK
Kf
z
ou
0
)1(1
)1(
1









c
i i
ii
Kf
Kz Eq. de Rachford-Rice

12. Aplicação do Método de Newton na resolução da equação de Rachford-Rice:
Flash Isotérmico Multicomponente – Método de Rachford and Rice










c
i i
ii
Kf
Kz
F
1 )1(1
)1(
O método de Newton calcula a melhor raiz para a função usando a última estimativa
e a razão da função e sua derivada calculadas com a ultima estimativa:
 
 k
k
kk
fF
fF
ff
'
1











c
i i
ii
Kf
Kz
F
1
2
2
'
)]1(1[
)1(
OBS: O procedimento da forma apresentada neste texto, só deve ser empregado
para casos em que os coeficientes de distribuição (K) podem ser considerados
independentes da composição.

13. Dados de K para hidrocarbonetos leves:
Diagramas de Depriester

14. Questão 5: 100 kmol/h de uma alimentação consistindo de 10, 20, 30 e 40 % (molar)
de propano (1), n-butano (2), n-pentano (3) e hexano (4), respectivamente, entram em
tanque flash a 698,5 kPa e 93,35 ºC. Assumindo a condição de equilíbrio, qual a
fração da alimentação que entra como líquido e quais são as composições das
correntes líquido e vapor.
T = 93,35 ºC
P = 698,5 kPa
Alimentação
Vapor
Líquido4
3
2
1
z
z
z
z = 0,1
= 0,2
= 0,3
= 0,4
4
3
2
1
x
x
x
x = ?
= ?
= ?
= ?
4
3
2
1
y
y
y
y = ?
= ?
= ?
= ?
F = 100 kMol/h
V = ?
L = ?

15. Do diagrama de Depriester:
4
3
2
1
K
K
K
K (propano) = 4,2
(butano) = 1,75
(pentano) = 0,74
(hexano) = 0,34
   
 
 
 
 
 
 
 134,01
34,014,0
174,01
74,013,0
175,11
75,112,0
12,41
2,411,0












ffff
fF
Equação de Rachford-Rice:
0
)1(1
)1(
1








 
c
i i
ii
Kf
Kz
F
Primeira iteração: estimativa inicial de f = 0,5.
   
 
 
 
 
 
 
 
2515,0
134,05,01
34,014,0
174,05,01
74,013,0
175,15,01
75,112,0
12,45,01
2,411,0












fF

16.    
 
 
 
 
 
 
  2
2
2
2
2
2
2
2
'
]134,01[
34,014,0
]174,01[
74,013,0
]175,11[
75,112,0
]12,41[
2,411,0












ffff
fF
Método de Newton para estimativa do novo valor de f .
 
 k
k
kk
fF
fF
ff
'
1











c
i i
ii
Kf
Kz
F
1
2
2
'
)]1(1[
)1(
   
 
 
 
 
 
 
 
6259,0
]134,05,01[
34,014,0
]174,05,01[
74,013,0
]175.15,01[
75,112,0
]12,45,01[
2,411,0
5,0 2
2
2
2
2
2
2
2
'












F
0982,0
6259,0
2515,0
5,01
k
f

17. Logo, V/F = 0,1211
Como F = 100 Kmol/h  V = 12,11 Kmol/h e L = 87,89 Kmol/h
k F( ) F’( )
1 0,5000 0,2515 0,6259 0,0982
2 0,0982 -0,0209 0,9111 0,1211
3 0,1211 -0,0007
1k
fk
f k
f k
f
)1(1 

i
i
i
Kf
z
x
)1(1 

i
ii
i
Kf
zK
y
A composição das fases liquido e vapor é determinada pelas relações abaixo:

18. Composição das fases L e V
x y
Propano 0,0719 0,3021
n-butano 0,1833 0,3207
n-pentano 0,3098 0,2293
N-hexano 0,4350 0,1479
1,0000 1,0000

19. Operações em multiestágios
Um enriquecimento do vapor em constituintes voláteis poderia, a princípio, ser
obtido por uma série de destilações flash, onde o vapor formado em cada estágio é
condensado e “reflasheado” nos estágios subseqüentes.
Recuperação de hexano de uma mistura equimolar hexano/octano
Na prática, a recuperação é muito pequena, as necessidades energéticas são
elevadas (aquecimento e resfriamento) e grandes quantidades de líquidos são
produzidas.

20. Efetuando o reciclo das correntes intermédiárias de líquido, podemos aumentar a
recuperação de hexano.
Recuperação de hexano de uma mistura equimolar hexano/octano
Um olhar mais detalhado revela que o uso do reciclo aumenta em cerca de 28% as
necessidades energéticas do processo (aquecimento e resfriamento).
Observa-se também que, em ambos os casos, o uso de flash sucessivos necessita
de um considerável número de trocadores de calor e bombas (caso com reciclo).
Operações em multiestágios

21. Uma simplificação do processo anterior poderia ser feita conforme a figura abaixo,
com apenas dois trocadores de calor, um para promover o aquecimento da
alimentação e um outro para condensar os vapores que deixam a unidade.
-Parte do destilado retorna a coluna
como refluxo, entrando em contato
em contracorrente com o vapor
ascendente.
-Organizados verticalmente, os
estágios eliminam a necessidade do
uso de bombas para promover o
fluxo das correntes.
-Todos os estágios podem ser
combinados em um único
equipamento.
Seção de Retificação
Operações em multiestágios

22. De forma análoga, poderíamos pensar em uma configuração que concentre os
componentes pesados na corrente de fundo.
Seção de Esgotamento
Operações em multiestágios

23. Coluna de destilação
Combinando as idéias anteriores.....
Uma coluna de destilação é dividida
em duas seções:
Retificação (acima do prato de
alimentação)
Esgotamento (abaixo do prato de
alimentação)
OBS: Os estágios localizados na seção de retificação aumentam a pureza do
produto de topo. Os estágios localizados na seção de esgotamento aumentam a
recuperação das frações leves no destilado.