Refluxo Mínimo (Underwood)
Estima a razão de refluxo mínima de uma destilação binária pela equação de Underwood (alimentação como líquido saturado), Rmin = [xD/xF − α·(1−xD)/(1−xF)]/(α − 1), a partir da volatilidade relativa (α) e das frações molares do componente leve no destilado (xD) e na alimentação (xF). No refluxo mínimo, a coluna precisaria de infinitos pratos; o refluxo de operação é um múltiplo dele (1,1–1,5×). É um número-chave no projeto de colunas. Informe α, xD e xF.
Resultado
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Refluxo mínimo (Underwood)
Toda coluna de destilação recircula parte do produto de topo de volta para a coluna — o refluxo — para melhorar a separação. Há um limite inferior: o refluxo mínimo (Rmin), abaixo do qual a separação desejada é impossível, nem com infinitos pratos. A equação de Underwood (aqui na forma para alimentação líquida saturada e mistura binária) estima esse mínimo a partir da volatilidade relativa α (o quão diferentes são as volatilidades dos dois componentes) e das frações molares do componente leve no destilado (xD, alta pureza desejada) e na alimentação (xF). No refluxo mínimo, formam-se zonas de composição constante (pinch) que exigem pratos infinitos. O refluxo de operação é sempre um múltiplo do mínimo (tipicamente 1,1 a 1,5·Rmin), num compromisso entre número de pratos e gasto de energia. Junto com o número mínimo de pratos (de Fenske), o Rmin de Underwood é a base do método Fenske-Underwood-Gilliland de projeto de colunas. Informe α, xD e xF.
Ferramentas Relacionadas
Eficiência Global de Pratos (Correlação de O'Connell)
Estima a eficiência global dos pratos de uma coluna de destilação pela correlação de O'Connell, o passo que converte estágios teóricos em pratos reais no projeto preliminar. A correlação usa uma única variável combinada, o produto da viscosidade do líquido pela volatilidade relativa média, e vale eficiência = 0,492 × (viscosidade × volatilidade relativa) elevado a −0,245, com a viscosidade em centipoise. Quem manda é o produto μ·α: líquido pouco viscoso com volatilidade relativa perto de 1 fica na faixa de 70 a 80%, e a eficiência cai para 40% ou menos quando o líquido é viscoso ou a volatilidade relativa é alta. Repare que separação difícil, com α próximo de 1, dá a maior eficiência por prato — a coluna dessa separação fica alta pela contagem de estágios teóricos, não pela eficiência, que ali até atenua a altura. Foi adotado o ajuste analítico 0,492 × (μ·α)^−0,245, a forma usual para cálculo manual; o polinômio de Kessler e Wankat sobre o log do produto dá alguns pontos percentuais de diferença nos extremos da faixa. Informe a viscosidade do líquido na temperatura média da coluna e a volatilidade relativa média.
Razão de Refluxo Ótima
Calcula a razão de refluxo de operação de uma coluna de destilação, R = fator · Rmin, multiplicando o refluxo mínimo por um fator (tipicamente 1,1 a 1,5). Há um compromisso econômico clássico: refluxo baixo (perto do mínimo) exige muitos pratos (mais investimento na coluna); refluxo alto exige menos pratos mas muito mais energia no refervedor e condensador (mais custo operacional). O ótimo equilibra os dois. Informe o refluxo mínimo e o fator.
Número de Estágios pela Correlação de Gilliland
Estima o número de estágios teóricos de uma coluna de destilação pela correlação de Gilliland, que liga o excesso de refluxo ao excesso de estágios: com X = (R − R_min)/(R + 1) e Y = (N − N_min)/(N + 1), obtém-se N = (Y + N_min)/(1 − Y). É o terceiro passo do método curto FUG, depois de N_min pela equação de Fenske e R_min pela de Underwood, e resolve em uma linha o dimensionamento preliminar que de outro modo exigiria um McCabe-Thiele ou um simulador. Adotado o ajuste analítico de Eduljee, Y = 0,75·(1 − X^0,5668), que é a forma usual para cálculo manual; a correlação de Molokanov é mais precisa nos extremos e dá resultado alguns por cento diferente. Informe a razão de refluxo de operação, a razão de refluxo mínima e o número mínimo de estágios.
Número de Pratos Reais (Eficiência)
Calcula o número de pratos reais de uma coluna de destilação, N_real = N_teórico / (eficiência/100), a partir do número de pratos teóricos (de equilíbrio) e da eficiência global da coluna (%). Como nenhum prato real atinge o equilíbrio perfeito, são necessários mais pratos reais que teóricos: uma eficiência de 50% dobra o número de pratos. É o passo que traduz o projeto teórico na coluna física. Informe os pratos teóricos e a eficiência global.
Número de Unidades de Transferência (NTU)
Calcula o número de unidades de transferência (NTU) de uma coluna de absorção ou stripping (caso diluído), NTU = ln(C_entrada/C_saída), a partir das concentrações de entrada e saída. O NTU mede a 'dificuldade' da separação: quanto maior a remoção desejada, mais unidades de transferência são necessárias. Junto com a altura de uma unidade (HTU), define a altura total do recheio. Informe as concentrações de entrada e de saída.
Altura de Recheio (HTU·NTU)
Calcula a altura de recheio de uma coluna de absorção ou destilação, Z = HTU·NTU, multiplicando a altura de uma unidade de transferência (HTU, que depende da hidrodinâmica e do tipo de recheio) pelo número de unidades de transferência (NTU, que depende da separação desejada). É o método HTU-NTU de dimensionamento de colunas recheadas — separa a parte 'cinética' (HTU) da 'termodinâmica' (NTU). Informe a HTU e o NTU.
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