SIMULAÇÃO E MODELAGEM DE UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO BINÁRIA

SIMULAÇÃO E MODELAGEM DE UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO BINÁRIA

Cláudia Destro dos Santos1, Jhessica Ketlyn Hanauer 2, Samara Silva de Souza3

PALAVRAS-CHAVE: modelagem; destilação binária; scilab.

1. INTRODUÇÃO

A coluna de destilação é um dos equipamentos de separação mais empregados na indústria química e petroquímica. A operação de uma coluna ocorre inicialmente com a entrada da alimentação no meio da coluna. Os componentes de menor e maior temperatura de ebulição são chamados respectivamente, destilado e resíduo ou produto de fundo. O projeto e controle da destilação são importantes para produzir produtos de requerida pureza (BEQUETTE, 1998).

Será apresentado o modelo dinâmico e estacionário de uma coluna de destilação binária proposto no módulo 10 do livro “Process Dynamics - modeling, analysis and simulation , B. Wayne Bequette. A partir deste, informar as hipóteses fundamentais e considerações, identificar as variáveis de entrada, de estado e os parâmetros, especificar as condições iniciais, informar valores numéricos aos parâmetros e variáveis, realizar a adimensionalização e obter a equação final.

A ferramenta utilizada é o programa matemático Scilab, que possibilita, através da inserção de dados de parâmetros iniciais, a simulação gráfica de todo o processo.

2. METODOLOGIA

Na destilação, o fluxo de vapor sobe a cada estágio, enquanto o fluxo líquido desce. O vapor do topo da coluna é condensado a líquido, parte retorna ao processo (refluxo) e o resto é a corrente do produto (destilado). O líquido no fundo da coluna é retirado como produto de fundo, enquanto o resto é vaporizado a um refervedor e retornado a coluna, conforme Fig. 1:

[pic]

Figura 1 – Diagrama esquemático para uma coluna de destilação (BEQUETTE,1998).

As correntes dos fluxos molares de vapor e líquido, respectivamente [pic]e [pic]em cada estágio pode ser visualizada na Figura 2.

[pic]

Figura 2 – Correntes de vapor e líquido e suas respectivas frações molares (BEQUETTE,1998).

2.1 BALANÇO DINÂMICO

O balanço molar do componente da fase líquida em todos os estágios, exceto alimentação, condensador e refervedor é dado como:

Forma qualitativa: [pic] Forma quantitativa:

[pic]

Hipóteses:

• Assume-se fluxo equimolar, neste caso exceto no estágio da alimentação, a taxa de fluxo molar de vapor e de líquido de um estágio é igual ao próximo estágio;

[pic]

Fluxo equimolar indica que a vazão de vapor através de cada seção é constante, elimina-se a necessidade do balanço de energia.

• A condição térmica da alimentação é dada por [pic]. Quando líquido saturado ([pic]) e