No exame, sobre o significado do refluxo no ponto de ebulição nos cálculos de destilação

Parece que o refluxo no ponto de ebulição é a base da suposição de fluxo estequiométrico nos princípios da química industrial. Se não houver refluxo no ponto de ebulição, não se pode considerar que o fluxo da fase líquida dentro da coluna seja igual ao fluxo de refluxo. Parece ser assim, não é?

A definição de ponto de ebulição é o equilíbrio entre uma bolha de ar e a fase líquida, ou seja, o retorno total da fase líquida! O ponto de orvalho é o ponto em que se estabelece um equilíbrio entre as gotas líquidas e a fase gasosa.

Para as fábricas, isso significa que alguns equipamentos correspondem a fornecedores diferentes. Por exemplo, se as condições de projeto do seu sistema de destilação forem baseadas em um feed no ponto de ebulição, então, para materiais em condições normais de temperatura e pressão (1 atm, 25°C), será necessário aquecer (ou resfriar) e aumentar (ou diminuir) a pressão até atingir a temperatura e pressão de ebulição desejadas. Os equipamentos adicionais necessários para isso não serão levados em consideração pelos fabricantes de sistemas de destilação. Por outro lado, quem projeta o sistema de destilação precisa levar isso em consideração. Além disso, os dispositivos de aumento (redução) da pressão e de elevação (redução) da temperatura também precisam ser calculados e projetados, e há um custo associado ao serviço de projeto. Se se trata apenas do projeto de um trabalho acadêmico, então isso pode significar que não é necessário considerar a escolha dos equipamentos para aumento (redução) da temperatura ou pressão, nem o cálculo dos parâmetros relacionados a eles. Em outras palavras, há menos elementos a serem considerados no projeto, e, consequentemente, os custos de desenvolvimento também são menores. Por isso, muitas fabricantes, para economizar custos, preferem decidir, de forma arbitrária, quais detalhes consideram simples e que não precisam de cálculos de projeto, a fim de reduzir os custos de desenvolvimento

Se não houvesse refluxo, a suposição de fluxo molar constante deixaria de ser válida, não é?

As condições sob as quais a hipótese de fluxo molar constante é aproximadamente válida são: 1. A entalpia de vaporização molar de cada componente é igual； 2. O calor sensível trocado durante o contato entre gás e líquido, devido às diferenças de temperatura, pode ser ignorado ； 3. A isolação térmica é boa; as perdas de calor da torre podem ser consideradas insignificantes. A condição 2 se refere ao refluxo no ponto de ebulição, exigindo que o líquido retorne em estado saturado. Nesse estado, a energia de condensação de 1 mol de vapor é suficiente para vaporizar aproximadamente 1 mol de líquido. Só nesse momento o fluxo de fase gasosa e líquida satisfaz a hipótese de fluxo de molaridade constante.

Este tópico foi editado pela última vez por Higee em 5/6/2017, às 16:16. Na verdade, a existência de um ponto de refluxo não tem necessariamente relação com a suposição de fluxo de molaridade constante. Uma condição prévia para que a hipótese de fluxo constante em termos de moles seja válida é que o calor latente de vaporização dos componentes leves e pesados seja aproximadamente igual, independentemente da presença ou não de refluxo no ponto de ebulição. Isso pode ser compreendido ao se consultar livros sobre princípios de engenharia química. Então, qual é a diferença entre refluxo em ponto de ebulição e refluxo fora do ponto de ebulição, ou seja, refluxo sub-resfriado? O principal fator é se a quantidade de líquido que retorna para fora da coluna é igual à quantidade de líquido que desce pela seção de destilação dentro da coluna. Ou seja, a diferença entre as quantidades de líquido dentro e fora da coluna corresponde à relação de refluxo entre eles. No entanto, o que realmente determina a separação dentro da coluna é a relação de refluxo interna. Quando há refluxo fora do ponto de ebulição, a razão de refluxo utilizada no cálculo não é igual à quantidade de líquido em refluxo fora da coluna dividida pela quantidade de vapor que sobe até o topo da coluna.

@ifgotmoney, parece que sua interpretação não está correta. No caso de refluxo em ponto de ebulição, a quantidade de líquido que desce na primeira placa da seção de destilação, L1, é igual à quantidade de líquido que retorna do exterior da coluna, L. Já no caso de refluxo fora do ponto de ebulição, a quantidade de líquido que desce na primeira placa da seção de destilação, L1, não é igual a L. O conceito de fluxo de mola constante significa que a quantidade de líquido que desce em cada placa da seção de destilação é igual, ou seja, L1 = L2 = ..., e isso não tem nada a ver com o fato de L1 ser igual ou não a L

A hipótese do fluxo molar constante na versão completa é a seguinte: 1. Evaporação molar constante: nas seções de destilação ou de extração, a quantidade de moles de vapor que sobe em cada camada da coluna é igual； V1=V2=V3=...=V=valor constante. 2. Transbordamento molar constante: no trecho de destilação ou de extração, a vazão molar do líquido que transborda em cada prato da coluna é sempre a mesma ； L1=L2=L3=...=L=valor constante. O escoamento de molaridade constante e a vaporização de molaridade constante são, em conjunto, denominados hipótese de fluxo de molaridade constante. (Atenção: L = L1.) O ponto principal é o seguinte: o princípio fundamental da hipótese de fluxo constante em termos de moles é o de que, quando ocorre o contato entre a fase gasosa e a fase líquida, o calor liberado pela condensação de 1 mol de vapor é exatamente suficiente para vaporizar 1 mol de líquido. Esse tipo de fluxo de vapor e líquido é que está de acordo com a hipótese de fluxo de molaridade constante. Como as fases gasosa e líquida que saem de cada placa teórica estão em estado saturado, se o refluxo no condensador no topo da coluna não estiver em estado saturado, então ele certamente não poderá atender ao requisito fundamental de que “o calor liberado pela condensação de 1 mol de vapor seja suficiente para vaporizar 1 mol de líquido”. Assim, não se enquadra na suposição de fluxo de molaridade constante.

@ifgotmoney, você está certo quanto à parte em vermelho. No entanto, é preciso notar que se trata de um fluxo de molaridade constante ou não só poderá ser determinado após a torre atingir um estado estacionário. Após a operação estável da coluna de destilação, a diferença de calor entre o refluxo frio e o refluxo no ponto de espuma é fornecida pelo reator de ebulição localizado na parte inferior da coluna. Claro, esse calor é transmitido através do vapor que sobe pelas diferentes camadas das placas da coluna, sem afetar a suposição de composição molar constante. Em outras palavras, como se calcula o processo de destilação por refluxo a frio, que não é um refluxo em ponto de ebulição? Basta substituir a razão de refluxo externo pela razão de refluxo interno, escrever a equação da linha de operação e resolver por meio do método de placa a placa ou de forma gráfica. A premissa para resolver dessa maneira é, claro, um fluxo molar constante; se for um fluxo molar variável, a linha de operação não será reta.