Num complexo petroquímico, dispõe-se de um efluente gasoso, fração incondensável proveniente de um condensador, nas seguintes condições:

Vazão	969,70 kg/h
Temperatura	62,7 °C
Pressão	1 atm
Composição	Hidrogênio com frações molares de 0,1384 de metil-etil-cetona (MEC) e 0,009 de sec-butanol (2-BuOH)

Pretende-se obter os componentes MEC e 2-BuOH, com pureza mínima de 99% em massa, através da seguinte sequência de operações:

1. A mistura gasosa é submetida a uma absorção em solução aquosa, onde o hidrogênio é obtido no topo da coluna e enviado para outra unidade do complexo.
2. A solução aquosa proveniente da coluna de absorção é submetida a uma extração com 1,1,2-tricloroetano (TCE). O rafinado retorna à coluna de absorção e o extrato é enviado a uma sistema de destilação.
3. No sistema de destilação, o solvente é recuperado, enviando à coluna de extração e o MEC é purificado.

São disponíveis água industrial a 25 °C e vapor d'água saturado a 2 atm.

Projete um sistema que efetue essas operações. O projeto deverá conter no mínimo:

O fluxograma do conjunto de operações;

Os balanços de massa e energia;

O dimensionamento básico dos equipamentos utilizados;

O consumo de utilidades;

A estratégia de controle das unidades.

Apresente e justifique as hipóteses adotadas. Cite as referências bibliográficas utilizadas.

DADOS:

Limites de solubilidade para o sistema MEC / H2O / TCE a 25 °C:

% Massa			Densidade
MEC	TCE	H2O	kg/m3
14,65	84,82	0,53	1276,4
29,97	69,20	0,83	1153,5
44,38	54,14	1,48	1055,4
58,38	39,05	2,57	974,9
71,80	23,91	4,29	906,9
83,30	9,30	7,40	853,1
90,00	0	10,00	830,5
24,40	0	75,60	962,0
20,07	0,10	79,83	970,4
15,11	0,14	84,75	977,4
8,06	0,25	91,69	987,2
2,83	0,37	96,80	944,1
0	0,44	99,56	-

Ref: Newman, N.; Hayworth, C.B.; Treybal, R. E. Ind. Eng. Chem. 41:2039(1949)

Linhas de amarração (tie-lines) para o sistema MEC / H2O / TCE a 25 °C:

Fase aquosa				Fase orgânica
% Massa			Dens.	% Massa				Dens.
MEC	TCE	H2O	kg/m3	MEC	TEC	H2O	kg/m3
18,15	0,11	81,74	973,3	75,00	19,92	5,08	890,4
12,78	0,16	87,06	980,4	58,62	38,65	2,73	972,0
9,23	0,23	90,54	985,3	44,38	54,14	1,48	1055,3
6,00	0,30	93,70	990,2	31,20	67,80	1,00	1142,5
2,83	0,37	96,80	994,2	16,90	82,58	0,52	1255,4
1,02	0,41	98,57	996,6	5,58	94,42	0	1362,6

Ref: Newman, N.; Hayworth, C.B.; Treybal, R. E. Ind. Eng. Chem. 41:2039(1949)

Propriedades físicas:

	Componente
Propriedade	H2	H2O	MEC	TCE	2-BuOH
MOLWT	2,016	18,015	72,107	133,4	74,123
TFP	-259,2	0,0	-86,7	-36,17	-114,7
TBP	-252,8	100,0	79,6	113,7	99,5
TC	33,2	647,3	535,6	602,0	536,0
PC	13,0	220,5	41,5	41,5	41,9
VC	0,065	0,056	0,267	0,294	0,268
LDEN	71	998	805	1441	807
TDEN	-253	20	20	20	20
HVAP	904	40683	31234	33327	40821
VISA	13,82	658,25	423,84	346,72	1141,70
VISB	5,39	283,16	231,67	304,43	331,50
CPA	27,143	32,243	10,944	6,322	5,753
CPB	92,738 x 10-4	19,238 x 10-4	35,592 x 10-2	34,307 x 10-2	42,454 x 10-2
CPC	-1,381 x 10-5	10,535 x 10-6	-1,9 x 10-4	-2,328 x 10-4	-2,958 x 10-4
CPD	76,451 x 10-10	-3,596 x 10-9	39,197 x 10-9	97,929 x 10-9	47,730 x 10-9
ANTA	13,6333	18,3036	16,5986	16,0381	17,2102
ANTB	164,90	3816,44	3150,42	3110,79	3026,03
ANTC	3,19	-46,13	-36,65	-56,16	-86,65

onde:

MOLWT: Massa molecular;

TFP: Ponto de fusão, °C;

TBP: Ponto normal de ebulição, °C;

TC: Temperatura crítica, K;

PC: Pressão crítica, atm;

VC: Volume crítico, m3/mol;

LDEN: Densidade do líquido a TDEN, kg/m3;

TDEN: Temperatura de referência para LDEN, °C;

HVAP: Entalpia de vaporização a TBP, J/mol;

VISA, VISB: Coeficientes da equação para cálculo da viscosidade do líquido:
;

CPA, CPB, CPC, CPD: Coeficientes da equação para cálculo do calor específico do vapor:
Cp = CPA + CPB*T + CPC*T2 + CPD*T3, J/(mol.K), T em K;

ANTA, ANTB, ANTC: Coef. da equação de Antoine para o cálculo da pressão de vapor:
ln P_VAP= ANTA - ANTB/(T+ANTC), P_VAP em mmHg, T em K.

Ref: Sinnott, R.K. "Coulson & Richardson Chemical Engineering", Vol. 6, 2^nd ed., 1993.

Dados de equilíbrio líquido-vapor a 760 mmHg:

Sistema MEC / TCE:

T	x	y
112,0	0,04	0,217
107,1	0,085	0,380
100,2	0,161	0,560
95,6	0,234	0,660
92,3	0,308	0,724
89,7	0,369	0,779
86,4	0,475	0,819
84,5	0,560	0,847
83,2	0,631	0,867
82,0	0,714	0,885
80,9	0,848	0,920
80,4	0,928	0,952

Ref: Obtidos pela Lei de Raoult.

Sistema MEC / H2O:

T	x	y
100,0	0	0
77,0	3	61,1
73,4	5	64,5
73,2	10	65,1
73,2	20	65,1
73,2	30	65,1
73,2	40	65,1
73,2	50	65,1
73,2	60	65,2
73,3	70	66,2
73,6	80	69,5
75,2	90	78,4
79,5	100	100

Ref: Othmer, D.F. & Benenati, R.F. Eng. Chem. 37:299(1945)

Sistema MEC / 2-BuOH:

T	x	y
99,0	0,018	0,040
97,5	0,056	0,110
96,0	0,114	0,217
96,0	0,118	0,220
95,8	0,127	0,232
94,8	0,160	0,296
94,2	0,164	0,291
96,6	0,218	0,370
92,5	0,245	0,403
91,4	0,276	0,444
91,7	0,277	0,448
91,3	0,291	0,456
90,2	0,263	0,540
88,8	0,395	0,564
88,3	0,425	0,595
86,7	0,521	0,674
87,1	0,531	0,687
85,2	0,610	0,744
84,3	0,654	0,768
84,4	0,676	0,786
83,2	0,717	0,812
82,1	0,809	0,871
81,5	0,878	0,920
80,9	0,892	0,926
80,7	0,927	0,949
80,3	0,931	0,954
80,2	0,940	0,960
79,9	0,971	0,980

Ref: Amick, E.H; Weiss, M.A.; Kirshenbaun, M.S. Ind. Eng. Chem. 43:969(1951)

onde:

T: Temperatura em °C

x: Fração molar de MEC no líquido

y: Fração molar de MEC no vapor

Obs.: Poderão ser utilizados outros dados desde que citadas as referências.

Pressão Parcial de equilíbrio de MEC sobre soluções aquosas:

Ref: Scheibel, E.G. & Othmer, D.F. Trans. Am. Inst. Chem. Eng. 40:611(1944)