Alua Mistura Multicomponentes OPIII 2019

Professor: Antonio André Chivanga Barros
Destilação de Misturas Multicompostas

A fracionamento de misturas multicomponentes numa coluna de destilação permite
apenas o corte entre dois componentes.
Exemplo: Uma mistura formada pelos componentes A, B, C, D, etc.,
A coluna de destilação separa os componentes
AeB
Componentes
ou chave
CeD
Composições no destilado e no resíduo são

Especificam-se um máximo de duas
especificadas. O mais importante em termos
composições correspondentes a dois
de destilação é o desejo de separar estes dois
dos n componentes da mistura
dos demais constituintes da mistura
multicomponente.
Componentes chaves
O mais volátil O menos volátil
Chave leve (light key, LK) Chave pesada (heavy key, HK),
Mais volátil, presente em menores Mais pesado presente em

Proporções na base da coluna menores proporções no topo
da coluna
Componentes não-chaves
Leves (LNK) Pesados (HNK)
Mais voláteis que o chave leve Menos voláteis que o chave pesada
Componentes chaves
Aparecem em quantidade significativa nas correntes dos produtos no topo (LK) e
na base da coluna (HK)
São especificados
Componentes não chaves

Não chave leves (LNK): saem exclusivamente no destilado.
Não chave pesados (HNK): saem apenas no resíduo.
As suas composições no topo e no fundo da coluna

resultam das relações entre as variáveis envolvidas
nos balanços de massa e resultantes das condições
de equilíbrio líquido-vapor e não são especificadas.
Requer a resolução iterativa das equações.

Para evitar esta resolução iterativa, pode-se simplificar os cálculos nas situações em
que ocorrem simultaneamente:
•Não há componentes de volatilidade intermédia entre os componentes chave

•Pretende-se uma boa separação entre os componentes chave
Todos os componentes mais voláteis que o chave leve aparecem unicamente no

destilado (isto é, a sua concentração no resíduo é zero) pois só os componentes chave
se distribuem entre o topo e o fundo da coluna, existindo separação apenas entre os
dois componentes chaves.
Já existem equações suficientes para determinar as composições do destilado e do

resíduo e podem ser efetuado os cálculos estágio a estágio
Além destes métodos rigorosos, que envolvem a resolução das equações dos
balanços mássicos e energéticos e das equações de equilíbrio, existem métodos
aproximados para o cálculo de colunas de destilação de misturas multicompostas.
Exemplo
Uma mistura multicomponente cuja composição está indicada na tabela abaixo é destilada
numa coluna de pratos para se obter um destilado e um resíduo com as composições
apresentadas na tabela em uma primeira estimativa. Identifique os componentes desta
mistura relacionados a:
Componente % Molar
a) Componente chave leve. Alimentação Destilado Resíduo
b) Componente chave pesado. Metano 26 43,5
c) Componentes não chave leve. Etano 9 15,0
d) Componente não chave pesada. Propano 25 41,0 1,0
n-Butano 17 0,5 41,7
n-Pentano 11 27,4
n-Hexano 12 29,9
Resolução:
a) Os componentes chaves: componentes da mistura da alimentação sobre os
quais especifica-se a separação.
Propano (LK)
n-Butano (HK)
c) Por exemplo, o metano (ou o etano) não é um chave leve pois a sua composição (e
quantidade) é especificada apenas em uma das correntes (destilado).
•Os não chaves que são mais voláteis que o chave leve são denominados não chaves
leves, LNK (light non-key).
•Os não chaves que são menos voláteis que o chave pesada são denominados não
chaves leves, HNK (heavy non-key).
Metano e o etano: não chaves leves

Pentano e o hexano: não chaves pesadas
Componente % Molar
Alimentação Destilado Resíduo
Metano 26 43,5
Etano 9 15,0
LK Propano 25 41,0 1,0
n-Butano 17 0,5 41,7
n-Pentano 11 27,4
HK n-Hexano 12 29,9
MÉTODO FENSKE – UNDERWOOD – GILLILAND (FUG)
•Método aproximado
•Permite obter o número de estágios ideais necessários para separar os componentes de
uma mistura multicomponentes e que obedece uma seqüência de passos.
Baseia-se nas seguintes hipóteses:

i. Só os componentes chaves se distribuem em quantidades significativas pelas correntes
que saem da coluna (topo e fundo) ( Primeira Estimativa);
ii. As vazões molares são constantes de estágio a estágio;
iii. As volatilidades relativas entre os componentes, variam de acordo com o perfil de
temperatura estabelecido, a partir do perfil linear de pressão.
Os componentes chaves: saem em quantidade significativa nas correntes do topo e da

base da coluna.
Não-chaves leves saem só no destilado; e os não-chave pesados só no resíduo.
Refluxo Total
R  N Nmin
Misturas Binárias
Refluxo Total
R  N Nmin
Refluxo Mínimo
R Rmin N 
Método FUG
Passo Equação Condição Calcula

1 Fenske Refluxo Total Nmin
R  (Número Mínimo de
estágios)
2 Underwood Infinitos Estágios Rmin
N  (Refluxo Mínimo)
3 Refluxo Operacional Rop=f(Rmin) Rop=(1,2 – 1,5)Rmin
4 Gilliland Refluxo operacional Estágios Teóricos
5 Kirkbride Refluxo operacional Localização ótima do

prato de alimentação
Fenske
(Nmin)
Taxa de recuperação (em vez da fração molar do componente i no destilado ou no resíduo):
Taxa de recuperação de i =moles de i na corrente/ moles de i na alimentação

Taxa de recuperação de A no destilado:
(FrA)dest + (FrA)res = 1
UNDERWOOD
Rmin  variável auxiliar
Volatilidade de cada componente

em relação ao componente de
referência (chave pesado HK)
Rmin
Equação de grau c : Das c raízes escolhe-se o valor de  que obedece a relação:
Refluxo Operacional (1,2 a 1,5) Rmin

Gilliland:relações empíricas entre o número de estágios de equilíbrio
(N) e a razão de refluxo conhecidos Nmin ,Rmin e R
Fenske
Underwood
Alternativa:
Localização ótima do estágio de alimentação:
Usar equação de Fenske para estimar a localização do prato da alimentação, quando o

refluxo for total
Determinação do número de estágios necessários para as composições das espécies chaves

na alimentação até as composições do destilado.
Admitindo constante a localização da alimentação, quando se altera o refluxo total para um

valor finito, a localização real da alimentação é :
Alternativa:
Equação de Kirkbride
FUG
Etapas de cálculo:
•Identificar os compostos chave-leve e o chave-pesado;
•Estimar as distribuições dos componentes não-chaves e calcular as composições

do destilado e do resíduo;
•Obter αLk,Hk;
•Obter Nmin a partir da equação de Fenske;
•Calcular a distribuição dos componentes não chaves;
•Calcular Rmin= (L/D)min usando as equações de Underwood;
•Especificar a razão de refluxo operacional, Rop, que se pretende utilizar;
•Calcular o número de estágios de equilíbrio através da correlação de Gilliland;
•Determinar a localização ótima do estágio de alimentação.

Cálculo da Razão de Refluxo Minimo
Exemplo 1:
Uma mistura com 33% de n-hexano, 37% de n-heptano e 30% de n-octano deve ser
destilada para se obter um destilado com uma fração molar de 0,01 de n-heptano e
os produtos da base com uma fração molar de 0,01 de n-hexano. A coluna opera a
uma pressão de 1,2 atm com 60% de alimentação vaporizada. Calcule as vazões dos
produtos e as respectivas frações de cada componente e o numero de estágios
minimos para uma razaõ de refluxo tendendo para infinito. Calcule o NPT usando o
método de Gilliland.
Componentes Feed Destilado Bottom K at 105ºC, 1,2 atm
Moles x Moles x Moles x
n-Hexane 33 0,33 0,010 2,23
n-Heptane 37 0,37 0,01 1,01
n-Octane 30 0,30 0,462
TOTAL 100 1,0
Exemplo 2:
Uma mistura com 4% de n-pentano, 40% de n-hexano, 50% de n-heptano e 6% de
n-octano deve ser destilada a pressão atmosférica, para se obter um destilado com
98% de n-hexano e 1% de n-heptano. Determine a razão de refluxo minimo Quais as
temperaturas, vazões e as composições em todas as correntes dos produtos?
Componentes Feed Destilado Bottom K at 80ºC, 1,0 atm

Moles x Moles x Moles x
n-pentano 0,04 3,62
n-hexano 0,40 0,98 1,39
n-heptano 0,50 0,01 0,56
n-octano 0,06 0,23
TOTAL 1 1,0 1,0

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Destilação de Misturas Multicompostas

Exemplo: Uma mistura formada pelos componentes A, B, C, D, etc.,

A coluna de destilação separa os componentes

Composições no destilado e no resíduo são

Mais volátil, presente em menores Mais pesado presente em

Leves (LNK) Pesados (HNK)

Componentes não chaves

Não chave pesados (HNK): saem apenas no resíduo.

As suas composições no topo e no fundo da coluna

Requer a resolução iterativa das equações.

•Não há componentes de volatilidade intermédia entre os componentes chave

Todos os componentes mais voláteis que o chave leve aparecem unicamente no

Já existem equações suficientes para determinar as composições do destilado e do

Metano e o etano: não chaves leves

Baseia-se nas seguintes hipóteses:

Os componentes chaves: saem em quantidade significativa nas correntes do topo e da

Passo Equação Condição Calcula

4 Gilliland Refluxo operacional Estágios Teóricos

5 Kirkbride Refluxo operacional Localização ótima do

Taxa de recuperação (em vez da fração molar do componente i no destilado ou no resíduo):

Taxa de recuperação de i =moles de i na corrente/ moles de i na alimentação

Volatilidade de cada componente

Equação de grau c : Das c raízes escolhe-se o valor de  que obedece a relação:

Refluxo Operacional (1,2 a 1,5) Rmin

Usar equação de Fenske para estimar a localização do prato da alimentação, quando o

Determinação do número de estágios necessários para as composições das espécies chaves

Admitindo constante a localização da alimentação, quando se altera o refluxo total para um

•Estimar as distribuições dos componentes não-chaves e calcular as composições

•Obter Nmin a partir da equação de Fenske;

•Calcular a distribuição dos componentes não chaves;

•Calcular Rmin= (L/D)min usando as equações de Underwood;

•Especificar a razão de refluxo operacional, Rop, que se pretende utilizar;

•Calcular o número de estágios de equilíbrio através da correlação de Gilliland;

•Determinar a localização ótima do estágio de alimentação.

Componentes Feed Destilado Bottom K at 80ºC, 1,0 atm

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