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Instituto Superior de Engenharia de Coimbra
DESTILAÇÃO DE UMA MISTURA BINÁRIA AZEOTRÓPICA
M.N. Coelho Pinheiro, B.P.M. Duarte, M.J. Moura, L.M.T. Santos
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TRABALHO: Destilação de uma mistura binária azeotrópica
UNIDADE CURRICULAR: Laboratório de Engenharia Química II
4º Ano / 2º Semestre
CURSO BIETÁPICO: Licenciatura em Engenharia Química
CARGA HORÁRIA: 4h/Semana
INTEGRAÇÃO DE MATÉRIAS:Operações Unitárias II e IV (3º e 4º Ano)
Termodinâmica Química II (2º Ano)
Termodinâmica Aplicada (4º Ano)
OUTROS TRABALHOS: Evaporação, Humidificação e Extracção sólido-líquido
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OBJECTIVOS
• Previsão do equilíbrio líquido-vapor para o sistema anilina / água, à pressãoatmosférica
• Destilação de uma mistura binária de anilina / água (2,0 – 2,5 %, em peso, emanilina) numa coluna com 30 pratos, 1 condensador total e 1 reebulidor parcial
• Determinação do número de andares de equilíbrio necessários para a separaçãoobtida experimentalmente
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PLANIFICAÇÃO DO TRABALHO
• Revisão de conceitos• Previsão do equilíbrio
líquido-vapor:
1ª AULA(4h)
2ª AULA(4h)
3ª AULA(4h)
• Realizaçãoexperimental
• Ficha de avaliação• Apresentação do relatório• Discussão
UNIFACUNIQUACVan LaarMargules (3 sufixos)
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PARTICULARIDADES DO SISTEMA ANILINA / ÁGUA (P=1atm)
• Mistura não ideal
• Formação de um azeótropo, heterogéneo, de mínimo
(T = 99 ºC; X água = 0,964) [4]
• Miscibilidade parcial da anilina na água
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PREVISÃO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR (P=1 atm)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00
Fracção molar da água
Tem
pera
tura
(ºC)
vapor
líquido + vapor
duas fases líquidas
fase orgânica
fase aquosa
ponto azeotrópicoheterogéneo
Linha de solubilidade da anilina na água [4]
Linha de solubilidade da água na anilina [4]
Dados bibliográficos [4]
Van Laar
Margules (3 sufixos)
UNIQUAC
UNIFAC
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PONTO AZEOTRÓPICO
T (ºC)
X água
UNIFAC UNIQUAC VAN LAAR MARGULES(3 sufixos)
BIBLIOGRAFIA [4]
99 99,0 99,1 99,1 99,4
0,964 0,956 0,957 0,957 0,966
PREVISÃO
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FUNCIONAMENTO DA VÁLVULA DE SOLENÓIDE
válvula fechada
válvula aberta
para reservatório de
destilado
haste de vidro
do condensador
do condensador
para coluna
Refluxo total Refluxo nulo
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aquecedor daalimentação
sensor de temperatura
reservatório doproduto de cauda
linha do produto de cauda
unidadede
controlo
reebulidor
reservatóriodo
destilado
linhado
destilado
válvula desolenóide
condensadores
linha daalimentação
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Caudal(kg/h)
2,068
0,403
2,471
X anilina
1,56E-6
0,0363
5,27E-3
W anilina
8,09E-6
0,163
0,0266
X água
≈1
0,964
0,995Alimentação, F
Destilado, D
Produto de cauda, B
Verificação do balanço mássico à anilina:
F × W anilina,F = B × W anilina,B + D × W anilina,D
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Nº ANDARES DE EQUILÍBRIO E ANDAR ÓPTIMO DA ALIMENTAÇÃO
andarda
alimentação
zonade
empobrecimento
zonade
enriquecimento
McCabe-Thiele 3 - 4 3º, 4º7 - 9
11 19 + 1 11ºColuna de destilação
4 11 -Aspen versão 12.2
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CONCLUSÕES
• Os métodos de contribuição de grupo, em geral, permitem uma melhor previsão
do equilíbrio líquido-vapor para o sistema anilina / água, à pressão atmosférica
• Obtenção da mistura azeotrópica como destilado e água, quase pura, como
produto de cauda
• Coluna de destilação sobredimensionada para a separação pretendida
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TRABALHO A DESENVOLVER …
• Para o mesmo sistema, operar com a coluna a pressão reduzida
• Utilizar o mesmo sistema mas partindo de uma mistura de água em anilina
• Introduzir sensores de temperatura nos vários andares de equilíbrio, para
determinação dos perfis de temperatura (com aquisição de dados)
• Destilação de outras misturas
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BIBLIOGRAFIA
[1] Kyle, B.G., “Chemical and Process Thermodynamics”, 3ª ed., 1999, New Jersey, Prentice Hall
[2] Gomes de Azevedo, E., “Termodinâmica Aplicada”, 2ª ed., 2000, Escolar Editora
[3] Smith, J.M., van Ness, H.C., Abbott, M.M., “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, 6ª ed., 2001, McGraw-Hill
[4] Coulson, J.M., Richardson, J.F., “Tecnologia Química”, vol. II e VI, Fundação CalousteGulbenkian
[5] Treybal, R.E., “Mass Transfer Operations”, 3ª ed., 1980, McGraw-Hill
[6] McCabe, W.L., Smith, J.C., Harriot, P., “Unit Operations of Chemical Engineering”, 6ª ed., 2001, McGraw-Hill
[7] Reid, R.C., Prausnitz, J.M., Poling, B.E., “The properties of gases and liquids”, 5ª ed., 2000, New York, McGraw-Hill
[8] Aspen Engineering Suite, Version 12.2
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Linha de solubilidade da anilina na água [4]
Dados bibliográficos [4]
Van Laar
Margules (3 sufixos)
UNIQUAC
UNIFAC
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
0,80 0,85 0,90 0,95 1,00
Fracção molar da água
Tem
pera
tura
(ºC
)
alimentação, xágua=0,995
vapor
líquido + vapor
duas fases líquidas
fase aquosa
ponto azeotrópicoheterogéneo