7/22/2019 Fundamentao de col.de destilacao_Bonetti e Maranho

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Universidade Federal de So Joo Del Rei

Departamento de Engenharia Qumica e Estatstica

Laboratrio de Engenharia Qumica II

Coluna de Destilao Contnua com Pratos Perfurados

Eduardo Bonetti 094550014

Mariana Castro e Lima -094550047

Rassa Fernanda Soares Costa 094550044

Renan Augusto Carvalho Reis- 104550001

Professor Alexandre Boscora Frana

Ouro Branco, Junho de 2013

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1. IntroduoDestilao um processo que utiliza a diferena de pontos de ebulio para

separar dois ou mais componentes em uma mistura. Ele caracterizado por uma dupla

mudana de estado fsico, em que uma substncia, inicialmente no estado lquido, aquecida ate atingir a temperatura de ebulio, transformando-se em vapor, e

novamente resfriada ate que toda a massa retorne ao estado lquido. Quando os pontos

de ebulio dos componentes da mistura so muito prximos, necessrio utilizar a

destilao fracionada, com a utilizao da redeslitao contnua atravs de uma coluna

de fracionamento. (ATKINS; 2006)

Uma coluna de destilao um complexo sistema de escoamento. A Torre de

Destilao, ou Coluna de Destilao, cujo interior dotado de pratos, ou bandejas. O

lquido que desce por gravidade da parte superior entra em contato ntimo com o vapor

que sobe da parte inferior da coluna, em cada um dos pratos. O vapor que do fundo da

coluna gerado por um trocador de calor chamado refervedor, onde um fluido com

maior energia (na forma de vapor) fornece calor ao lquido que sai pelo fundo da torre,

vaporizando-o total ou parcialmente. O lquido residual efluente deste equipamento o

produto de fundo ou resduo.O lquido que entra pelo topo da coluna, chamado de

refluxo, gerado por um trocador de calor chamado de condensador, que usa um fluido

de resfriamento (normalmente gua ou ar) para a condensao do vapor efluente do topo

da coluna. A outra parte do produto do condensador, aquela que no retorna para a

coluna chamada de destilado. (ROITMAN; 2002)

Existem diferentes formas de proporcionar um melhor contato entre as fases

liquida e vapor, o que acarreta, na prtica, a grande diversidade de colunas de

destilao. O tipo de contato entre as fases nos estgios determina a taxa de

transferncia de massa, o tempo e a rea de contato, que promovem diferentes

eficincias de separao (BELINCANTA; 2004).

A coluna de destilao pode ser classificada:

Quanto ao nmero de componentes que ir ser separado: binria ou

multicomponente; Quanto ao tipo de processo: batelada ou contnuo; De acordo com o

modelo de prato utilizado: perfurados, de campnula, de vlvulas, etc. A Figura 1

mostra um esquema de coluna de destilao, com os seus principais componentes.

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Figura 1 Esquema de uma coluna de destilao

2. Fundamentao Terica

DESTILAO FRACIONADA

A destilao fracionada o tipo de destilao mais utilizada em indstrias de

grande porte. Nos processos de destilao em batelada e por expanso brusca a

separao das diversas substncias que compem a mistura realizada de forma

imperfeita ou incompleta. Na destilao fracionada, possvel a separao em vrias

fraes, em uma mesma coluna, pois pode-se ter temperaturas, vazes e composies

constantes em um dado ponto da coluna. (ROITMAN, 2002)

Com o processo de destilao fracionada possvel o enriquecimento da partevaporizada, com as substncias mais volteis, atravs de vaporizaes e condensaes

sucessivas no interior de torres ou colunas de destilao.

O processo, em linhas gerais, funciona como esquematizado na Figura 2 a

seguir:

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Figura 2: Fluxograma de processo dedestilao atravs de coluna dedestilao. (Fonte: ROITMAN, 2002).

Dados:

1Refervedor

2Condensador

VVapor

LLquido

DProduto destilado

F

Ponto de alimentaoLoRefluxo

Refervedor

Equipamento normalmente encontrado na base da coluna de destilao (Figura

3).

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Figura 3: Esquema de conexoentre refervedor e coluna dedestilao. (Fonte: ROITMAN,2002)

Dados:

V

VaporWLquido residual

Refervedores so necessrios para fornecer calor base da coluna de destilao e

assim favorecer a evaporao dos componentes mais volteis. Projetos usuais de

evaporadores contemplam dispositivos de aquecimento com vapor d'gua, por

aquecimento com circulao de fraes de leos quentes ou, at mesmo, atravs de

resistncias eltricas. Uma alternativa a insero do refervedor seria injetar vapor

dgua diretamente no fundo da coluna de destilao para processos onde vapor produzido em outras etapas e redirecionado para esse fim.

O fluxo global de uma coluna destilao fornece contato contracorrente entre o

vapor e o lquido em todos os pratos da coluna. As fases vapor e lquida alcanam o

equilbrio trmico e de presso dependentes da eficincia de separao de cada prato.

(BELINCANTA, 2004)

O componente mais leve tende a se concentrar na fase vapor, enquanto o mais

pesado tende para a fase lquida. Os componentes mais pesados da mistura condensam eretornam base da coluna, de onde so retirados como lquido residual, W. Os

componentes mais leves atingem o topo da coluna e so retirados como produto

destilado, D, aps passarem pelo condensador.

A separao global encontrada entre o destilado e o fundo depende

principalmente das volatilidades relativas dos componentes, do nmero de pratos e da

relao entre a taxa de fluxo da fase lquida para o vapor.

Para uma maior transferncia de massa entre as fases, o contato lquido/vaporentre as fases deve ocorrer sob o regime turbulento. A turbulncia aumenta a taxa de

transferncia de massa por unidade de rea, porque ajuda a dispersar um fluido em outro

e aumenta a rea interfacial.

Condensador

Promove condensao dos vapores leves que atingem o topo da coluna,

levando separao do produto destilado desejado, D, com a composio de interesse.

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Torre (ou Coluna) de Destilao

Na coluna ocorre o contato entre as fases lquida e vapor fazendo-se importante

determinar o ponto de contato ideal entre as fases, caracterstica diretamente

influenciada pela altura projetada para a torre. Sendo assim, para cada tipo de mistura

em estudo e para o nvel de separao desejado deve ser projetada uma coluna

especfica com altura adaptada para esse fim. Existem trs tipos convencionais de

colunas de destilao: colunas com pratos e borbulhadores, colunas com pratos

perfurados e colunas com recheios.

No presente trabalho estudamos o funcionamento de uma coluna com pratos

perfurados. Para este tipo de coluna, o funcionamento idntico s colunas que utilizam

pratos com borbulhadores. Estruturalmente, os pratos com borbulhadores so

substitudos por pratos dotados de perfuraes, cujo dimetro varia entre 0,8 e 3 mm.

Usualmente, no existe o tubo de retorno e os pratos ocupam toda a seo da

coluna, porm existem projetos em que as colunas com pratos perfurados so dotadas de

tubo de retorno. (ROITMAN, 2002)

Nas colunas com pratos e borbulhadores os pratos so constitudos por

borbulhadores, tubos de ascenso e de retorno, conforme apresentado na Figura 4

abaixo:

Figura 4: Esquema de coluna compratos e borbulhadores. (Fonte:ROITMAN, 2002)

Dados:

1Borbulhador

2Tubo de ascenso

3Tubo de retorno

V

VaporLLquido

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Os borbulhadores tem formato cilndrico e apresentam ranhuras laterais at uma

certa altura (Figura 5).

Figura 5: Esquema de umborbulhador e sua conexo com otubo de ascenso de uma coluna edestilao. (Fonte: ROITMAN,

2002)O tubo de retorno possibilita que o excedente da fase lquida condensada sob

cada prato retorne ao prato inferior mantendo o nvel de lquido constante em cada

prato. Tambm atuam como selos hidrulicos, impedindo que o vapor circule atravs

deles. Os borbulhadores so distribudos de forma que fiquem na mesma altura do incio

do tubo de retorno de lquido, a fim de que se tenha uma ligeira imerso na camada

lquida.

Uma viso geral entre dois pratos adjacentes para a coluna com pratos eborbulhadores descrita pela Figura 6.

Figura 6: Esquema de conexo entrerefervedor e coluna de destilao.(Fonte: ROITMAN, 2002)

A dinmica criada atravs troca de calor e massa ao longo das bandejas da torre

permite dividir as colunas de destilao em sees distintas, de caractersticas distintas.

o caso da seo de enriquecimento ou absoro e da seo de esgotamento.

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A seo de enriquecimento ou absoro compreende todos os pratos acima do

prato de alimentao. Nesta seo, so concentradas as fraes ou substncias mais

leves (mais volteis), ou seja, a percentagem de compostos mais leves maior do que na

entrada do equipamento. As substncias mais pesadas so removidas dos vapores ao

condensarem nos pratos superiores e serem direcionadas aos pratos imediatamente

inferiores atravs de refluxo interno

A seo de esgotamento compreende a rea entre o prato de entrada da carga

(prato de alimentao) e o fundo da coluna (entrada no sistema da torre de destilao).

Nesta seo so concentradas as fraes ou substncias mais pesadas (menos volteis),

ou seja, a percentagem de compostos mais pesados maior do que na entrada do

equipamento.

3. Referncias BibliogrficasATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princpios de qumica: questionando a vidamoderna, o meio ambiente. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.

BELINCANTA, Juliana. Coluna de para-destilao: anlise das caractersticashidrodinmicas e de eficincia de Murphree. Campinas, SP, 2004.

ROITMAN, Valter. Curso de formao de operadores de refinaria: operaes

unitrias Curitiba : PETROBRAS : UnicenP, 2002.