Interface didática sobre o método McCabe-Thiele para colunas de destilação no Excel/VBA

Abstract

A destilação é uma operação unitária que realiza separações no equilíbrio líquido-vapor. A mistura é alimentada no equipamento e flui através de estágios que otimizam a transferência de massa entre as fases para a obtenção de produtos de topo e fundo. Segundo McCabe, esta é fundamentada na diferença de volatilidade e depende da composição e temperatura da mistura. O trabalho foi desenvolvido para a mistura binária de benzeno-tolueno, considerando um processo contínuo e estacionário. Com isto, utilizadou-se as equações relacionadas ao equilíbrio líquido-vapor, ao modelo Non-Random Two-Liquid (NRTL) e ao método McCabe-Thiele a fim de determinar o número ideal de estágios. O projeto teve sua motivação na automatização da resolução de um estudo de caso utilizando um software acessível, Microsoft Excel, e sua linguagem de programação, Visual Basic for Applications (VBA), sendo possível a utilização desta interface para fins didáticos relacionados às operações unitárias. A construção do diagrama Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV) desenvolveu-se com o uso do modelo NRTL por meio da equação de Antoine e o suplemento Solver, do Excel. Com o gráfico construído, calcularam-se os balanços de massa necessários para a construção das retas de operação e, com o auxílio do Solver, dos estágios de equilíbrio da coluna. Para isto, foram realizadas automatizações com códigos e o desenvolvimento da interface no VBA além das simulações com variação dos parâmetros a serem inseridos a fim de obter análises sobre a metodologia. Concluiu-se que a interface cumpriu sua funcionalidade ao simular diferentes cenários de uma coluna de destilação em um curto intervalo de tempo, e possibilitou uma maior compreensão do conteúdo.

Distillation is a unit operation that conducts liquid-vapour separations. The mixture is fed to the equipment and flows through stages, which optimize mass transfer among phases to obtain top and bottom products. In accordance with McCabe, this is reasoned on volatility difference and depends on mixture composition and temperature. This work focused on the continuous and stationary distillation process for binary mixtures. In this context, liquid-vapour equations were used and the McCabe-Thiele method was developed in a spreadsheet, in order to calculate the optimal number of stages. This work was motivated by the automation of this exercise solving using an affordable software, MS Excel, and its programming language, VBA, so that the interface can be used for explanatory purposes of Unit Operations III teaching. For the establishment of ELV diagram, the NRTL method with Antoine’s equation and the Solver supplement, of Excel, are requisite. For obtaining the graphic interface, the necessary mass balances for the operating line establishment were obtained, and with the aid of the Solver, the column equilibrium stages also. In this field, automations with codes and the development of the interface on VBA were done, aside from simulations of the input data, in order to obtain methodology analysis. It is therefore concluded that the interface accomplished its role by the simulation of different sets of a distillation column in a short period of time, allowing a better comprehension of the subject.