A destilação flash é um processo de separação amplamente empregado na indústria química e petroquímica, caracterizado por ocorrer em um único estágio, no qual uma mistura é parcialmente vaporizada após uma redução de pressão ou adição de energia térmica. O processo é realizado em vasos separadores que podem operar em regime bifásico ou trifásico, promovendo a separação das fases líquido e vapor com base no equilíbrio termodinâmico. Do ponto de vista da disciplina de Balanço de Massa e Energia, a destilação flash constitui uma aplicação clássica dos princípios de conservação, permitindo a formulação de balanços globais e por componente para determinar vazões e composições das correntes de topo e fundo. Além disso, o processo possibilita a análise do balanço de energia, considerando o aquecimento da alimentação, a expansão na válvula e as trocas térmicas envolvidas. Dessa forma, o estudo da destilação flash, mostrado na figura 2 abaixo, integra conceitos fundamentais de termodinâmica, operações unitárias e conservação de massa e energia, sendo um exemplo didático e representativo de processos industriais reais. Você é um engenheiro químico e foi contratado para operar a destilação flash descrita exatamente no enunciado da questão 1. Dados os seguintes parâmetros abaixo que complementam o enunciado da questão 1, associados às correntes da figura 2, faça o que se pede: Dados fornecidos - Vazão total de alimentação (1): 1000 kg h⁻¹ - Fração mássica de benzeno na alimentação: 0,60 - Pressão de operação: 0,8 atm - Regime de operação: estacionário - Equipamento: separador flash - Vazão de benzeno na corrente de topo (2): 450 kg h⁻¹ - Vazão de tolueno na corrente de fundo (3): 300 kg h⁻¹ a) Calcule o valor da vazão mássica do componente benzeno na corrente 1. b) Calcule o valor da vazão mássica do componente benzeno na corrente 3. c) Calcule o valor da vazão total na corrente 3. d) Calcule o valor da vazão total na corrente 2. e) Calcule a vazão mássica do componente tolueno na corrente 1. f) Calcule a vazão mássica do componente tolueno na corrente 2. g) Monte uma tabela mostrando os valores da vazão de tolueno, benzeno e total para cada corrente.

Questão

A destilação flash é um processo de separação amplamente empregado na indústria química e petroquímica, caracterizado por ocorrer em um único estágio, no qual uma mistura é parcialmente vaporizada após uma redução de pressão ou adição de energia térmica. O processo é realizado em vasos separadores que podem operar em regime bifásico ou trifásico, promovendo a separação das fases líquido e vapor com base no equilíbrio termodinâmico.

Do ponto de vista da disciplina de Balanço de Massa e Energia, a destilação flash constitui uma aplicação clássica dos princípios de conservação, permitindo a formulação de balanços globais e por componente para determinar vazões e composições das correntes de topo e fundo. Além disso, o processo possibilita a análise do balanço de energia, considerando o aquecimento da alimentação, a expansão na válvula e as trocas térmicas envolvidas.

Dessa forma, o estudo da destilação flash, mostrado na figura 2 abaixo, integra conceitos fundamentais de termodinâmica, operações unitárias e conservação de massa e energia, sendo um exemplo didático e representativo de processos industriais reais.

Você é um engenheiro químico e foi contratado para operar a destilação flash descrita exatamente no enunciado da questão 1.

Dados os seguintes parâmetros abaixo que complementam o enunciado da questão 1, associados às correntes da figura 2, faça o que se pede:

Dados fornecidos

  • Vazão total de alimentação (1): 1000 kg h⁻¹
  • Fração mássica de benzeno na alimentação: 0,60
  • Pressão de operação: 0,8 atm
  • Regime de operação: estacionário
  • Equipamento: separador flash
  • Vazão de benzeno na corrente de topo (2): 450 kg h⁻¹
  • Vazão de tolueno na corrente de fundo (3): 300 kg h⁻¹

a) Calcule o valor da vazão mássica do componente benzeno na corrente 1.

b) Calcule o valor da vazão mássica do componente benzeno na corrente 3.

c) Calcule o valor da vazão total na corrente 3.

d) Calcule o valor da vazão total na corrente 2.

e) Calcule a vazão mássica do componente tolueno na corrente 1.

f) Calcule a vazão mássica do componente tolueno na corrente 2.

g) Monte uma tabela mostrando os valores da vazão de tolueno, benzeno e total para cada corrente.

Imagem 1

Diagrama esquemático do separador flash mostrando: alimentação (1) passando por aquecedor e válvula para um vaso flash; do vaso saem corrente de topo (destilado, corrente 2), corrente de fundo (produto de fundo, corrente 3) e indicação dos componentes benzeno/tolueno nas correntes.

Resposta

98%

a) m˙B,1=600 kg h−1\dot m_{B,1}=600\ \text{kg h}^{-1}

b) m˙B,3=150 kg h−1\dot m_{B,3}=150\ \text{kg h}^{-1}

c) m˙3=450 kg h−1\dot m_{3}=450\ \text{kg h}^{-1}

d) m˙2=550 kg h−1\dot m_{2}=550\ \text{kg h}^{-1}

e) m˙T,1=400 kg h−1\dot m_{T,1}=400\ \text{kg h}^{-1}

f) m˙T,2=100 kg h−1\dot m_{T,2}=100\ \text{kg h}^{-1}

g) Tabela ao final.

Explicação

Interpretação (figura do flash): uma alimentação (corrente 1) contendo apenas benzeno (B) e tolueno (T) entra no vaso flash e se separa em topo (2) e fundo (3). Regime estacionário.

Dados:

  • m˙1=1000 kg h−1\dot m_1 = 1000\ \text{kg h}^{-1}
  • fração mássica de benzeno na alimentação: wB,1=0,60w_{B,1}=0{,}60
  • vazão de benzeno no topo: m˙B,2=450 kg h−1\dot m_{B,2}=450\ \text{kg h}^{-1}
  • vazão de tolueno no fundo: m˙T,3=300 kg h−1\dot m_{T,3}=300\ \text{kg h}^{-1}

Assumindo mistura binária (B + T), então para cada corrente: m˙i=m˙B,i+m˙T,i\dot m_i = \dot m_{B,i}+\dot m_{T,i}.

a) Vazão mássica de benzeno na corrente 1 [ \dot m_{B,1}=w_{B,1},\dot m_1=0{,}60\times 1000=600\ \text{kg h}^{-1}. ]

e) Vazão mássica de tolueno na corrente 1 Como só há B e T: [ \dot m_{T,1}=\dot m_1-\dot m_{B,1}=1000-600=400\ \text{kg h}^{-1}. ]

Agora aplicamos balanços de componente no flash (estacionário): [ \dot m_{B,1}=\dot m_{B,2}+\dot m_{B,3} ] [ \dot m_{T,1}=\dot m_{T,2}+\dot m_{T,3} ]

b) Vazão mássica de benzeno na corrente 3 [ \dot m_{B,3}=\dot m_{B,1}-\dot m_{B,2}=600-450=150\ \text{kg h}^{-1}. ]

f) Vazão mássica de tolueno na corrente 2 [ \dot m_{T,2}=\dot m_{T,1}-\dot m_{T,3}=400-300=100\ \text{kg h}^{-1}. ]

c) Vazão total na corrente 3 [ \dot m_3=\dot m_{B,3}+\dot m_{T,3}=150+300=450\ \text{kg h}^{-1}. ]

d) Vazão total na corrente 2 [ \dot m_2=\dot m_{B,2}+\dot m_{T,2}=450+100=550\ \text{kg h}^{-1}. ] (Conferência: m˙2+m˙3=550+450=1000=m˙1\dot m_2+\dot m_3=550+450=1000=\dot m_1.)

g) Tabela de vazões (kg h⁻¹)

CorrenteBenzeno m˙B\dot m_{B}Tolueno m˙T\dot m_{T}Total m˙\dot m
1 (alimentação)6004001000
2 (topo)450100550
3 (fundo)150300450

Alternativa correta: (não se aplica).

balanco-de-massadestilacao-flashengenharia-quimicaoperacoes-unitarias

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