Destilacao Ver 2_2

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Química Industria I  Ver 2.2 Tipos:     Destilação Flash Destilação diferencial (simples ou em batelada) Destilação em equilíbrio (flash ou Destilação fracionada Destilação extrativa e azeotrópica Destilação extrativa e azeotrópica ‐ Destilação extrativa Um componente externo (solvente) é usado para modificar a  volatilidade . Separação de isobutano de buteno-1 1 ‐ Destilação azeotrópica Quando o componente externo forma um azeótropo com um ou mais . Separação de etanol-água por destilação azeotrópica com benzeno Usa se destilação extrativa ou azeotrópica quando: ‐ Variação da composição de um azeótropo com a pressão:  A  volatilidade relativa entre os componentes que desejamos separar é aproximadamente 1,0. Quando a carga forma um azeótropo homogêneo na destilação, cuja composição não varia muito com a pressão.   Sistema de “quebra” de azeótropo usando 2 torres de destilação em série operando a diferentes pressões COLUNA - Diagrama Coluna de Destilação 2 CONDENSADOR Funcionamento O vapor da mistura se desprende e se dirige ao topo encontrando um prato superior que com a coluna de líquido condensa os esados desse vapor que por sua vez vaporiza os leves desse nível de líquido da bandeja, havendo assim uma troca de calor muito grande ocorrendo em cada prato da torre. REFLUXO DESTILADO CARGA BORBULHADOR REFERVEDOR Principais Tipos de Torres de Contato PRODUTO DE FUNDO Queda de Pressão Típica ΔP mmHg/Hetp Pratos 3-5 Recheios Randômicos 1-3 Recheios Arrumados 0,1- 0,25 Tipo Tamanho Material Hetp – altura equivalente a um prato teórico Randômicos Modernos Recheios Randômicos Tradicionais IMTP Anel de Raschig Anel de Lessi ng Super Intalox I-Ring Anel Particionado Nutter Sela de Berl Sela Intalox Anel Pall 3 FLEXIMAX Materiais Metálicos VANTAGENS DESVANTAGENS MATERIAIS PREÇO RELATIVO BASEADO NO MERCADO AMERICANO METÁLICOS 1) N tív i 1) Pr ri rr iv m choques térmicos ou quebra exigir uso de ligas excessivapor impactos mente caras A r n Aço inox 304 Aço inox 316 Monel 1 2,5 4,4 20 Recheios Plásticos 2) Normalmente não se deformam 3) Peso relativamente pequeno 4) Pode ser  produzido qualquer material em Materiais Plásticos VANTAGENS DESVANTAGENS Materiais Cerâmicos MATERIAIS PREÇO RELATIVO BASEADO NO MERCADO AMERICANO VANTAGENS DESVANTAGENS MATERIAIS PREÇO RELATIVO BASEADO NO MERCADO AMERICANO CERÂMICAS PLÁSTICOS 1) Susceptível a choque térmico ou quebra por impacto 2) Pode ser usado em temperaturas elevadas 2) Alta densidade Polipropileno PVC CPVC Kynar  (PVDF) Teflons: 2) Possui baixo peso PFA FEP TFE (20 - 30) 3) Resistência à maioria dos 3) Pequena capacidade devido a agentes químicos exceto aos sua espessura de parede álcalis e vapor vivo Tefzel (20 - 30) 4) Mais difícil de instalar devido a quebras 2) Susceptível à defomação por  alta temperatura ou erro operacional 0,55 1,60 2,50 8,90 1) Baixo custo 1) Não são susceptíveis a cho- 1) Propriedades corrosivas ou ques térmicos nem a quebra térmicas podem exigir o uso por impacto de plásticos excessivamente caros 1,2 4 Grafite ou Carvão Sinterizado VANTAGENS DESVANTAGENS MATERIAIS Recheios Arrumados PREÇO RELATIVO BASEADO NO MERCADO AMERICANO CARVÃO 1) Pode ser usado em serviços a 1) Susceptível à altas temperaturas na ausênimpacto cia de oxidantes energéticos 2 ) Q u i mi c am en te r es is te nt e quebra por  6,0 2 ) Al ta d en si da de 3) Baixa capacidade devido à espessura de parede 4) Maior dificuldade de instalação devido a quebras 5) Custo elevado Recheios Estruturados de Alta Eficiência Grades    ΔP 0,3 0,4 mmHg/HETP Vazões 50 100% superiores aos pratos Grandes diâmetros ‐ ‐ Recheios BX da Sulzer Estruturados de 2a Geração 5 Tipos de Pratos  Pratos Convencionais Sem downcomer   ⎧Pratos TURBOGRID ⎪Pratos PERFURADOS ⎪ PRATOS SEM DOWNCOMERS ⎨ ⎪Pratos RIPPLE (ONDULADOS) ⎪⎩Pratos KITTEL RIPLLE TRAYS Pratos Alta capacidade  Prato perfurado sem downcomer Segunda Geração de RIPLLE TRAYS 1ª Geração anos 50 Painel soldado 2ª Geração não usa soldas 6 Pratos Ripple Tray  Funcionamento Opera como um prato perfurado, distingue se do perfurado por ter a chapa onde ficam os furos em forma senoidal, como uma telha.  ‐ ‐ RIPLLE TRAYS: Bandejas de metal perfuradas com ondulações que favorecem a passagem do líquido pela parte + baixa e a do vapor pela + alta. A acomodação das bandejas, defasadas de 90º somada a formação ondulada, proporcionam um contato íntimo entre líquido e vapor no corpo da bandeja. O formato em onda da bandeja, proporciona uma maior . confeccionadas por chapas mais finas representando assim um menor custo. As bandejas são construídas de modo que facilita a sua montagem, mesmo em pequenos diâmetros. Sua montagem é de simples fixação nos anéis de suportação e parte das bandejas são fixados por grampos. Sua fabricação é possível em qualquer tipo de metal, porem o aço inox é o mais utilizado. Comparação: RIPPLE TRAY X PERFURADOS Pela maneira que é projetada a bandeja forma se na superfície uma camada de espuma que em a propr e a e de promover uma ótima superfície de contado para a troca de calor com um alto grau de turbulência. RIPLLE TRAYS Para este tipo de bandeja são requeridos distribuidores, tanto de carga quanto de refluxo para evitar sobrecarga isolada em determinado ponto da bandeja e caminhos preferenciais do vapor ou liquido nas regiões de carga ou refluxo. A bandeja opera com uma camada de espuma na superfície que facilita a formação da superfície de contato para que ocorra a troca de calor e massa entre o líquido e o vapor. Torres de Pratos ⎧Pratos com Burbulhadores ⎪ PRATOS COM DOWNCOMERS ⎨Pratos PERFURADOS ⎪Pratos com Válvulas ⎩ O vapor ascendente tem vários ângulos de “ataque” ao líquido, enquanto nas bandejas perfuradas simples o ângulo de “ataque” é um só, justificando-se assim o alto grau de turbulência e a formação de espuma na superfície da bandeja do tipo riplle. As ripple trays apresentam menor perda de carga quando comparadas aos pratos convencionais. As riplle trays são usadas em torres que apresentam problemas de sujeira ou incrustações. Isto se justifica pelo fato de que quando se usa ripple tray o grau de turbulência e velocidade são tão grandes que dificulta a deposição de incrustações. Isto já não ocorre na torre convencional onde a passagem de líquido entre os pratos ocorre somente nos DCMs possibilitando o acumulo de incrustações. 7 Prato perfurado com downcomer downcomer Pratos com BURBULHADORES Pratos Perfurados  Furos Pratos Perfurados ► A vantagem deste tipo de prato consiste no fato de ser mais barato e dar perda de pressão menor. Vertedouro Downcomer Fluxo  Líquido da bandeja superior  ►Como desvantagem apresenta a menor flexibilidade para baixas   vazões de vapor, pois neste caso o líquido tende a passar pelos orifícios Prato Perfurado São pratos que apresentam na zona de passagens de vapor somente orifícios afastados entre si de 2 a 3 diâmetros. downcomer Pratos valvulados BDH valve Pratos Valvulados Nutter 8 Comparação entre os tipos clássicos de pratos Descrição Descrição Valvulado Borbulhador Capacidade Alta Alta a Muito alta Eficiência Alta Alta Arraste Moderado Moderado Alto Delta P Moderado Moderado Alto Moderadamente alta Moderadamente alta Perfurado Valvulado Borbulhador Custo Baixo 20% > Alto perfurado 2-3 x perfurado Manuten ão Baixa Baixa moderada Tendência Incrustação Baixa Baixa moderada Alta Coleta de Sólidos Efeito da Corrosão Baixo Baixo Moderado Alto 25% 70% 5% Participação no mercado Perfurado Relativamente a ta Pratos Multi Downcomer  Semelhante ao prato Ripple Tray mas possui um local específico para o escoamento do líquido para a bandeja inferior. 9 Recheio Randômico  Vantagens Desvantagens fácil instalação em custo maior que os torres pequenas ratos de alta maior resistência capacidade ao depósito eficiência menor preço menor para que o estruturado grandes volumes melhor p/alta pressão      Vantagens dos Recheios Estruturados   P pequena baixo arraste  espuma alta eficiência  volumétrica   Desvantagens dos Recheios Estruturados Torre de Chicanas sensível ao depósito maior custo  volumétrico baixa resistência a corrosão problemas com alta pressão     Bibliografia Consultada    Caldas,J.N., Internos de Torres, Rio de Janeiro, RJ, 2007. Garcia, Carlos E., University of South Alabama – 2004. Kern, Donald Q., Processos de Transmissão de Calor, Guanabara, Rio de Janeiro, RJ, 1980. 10  Exercício balanço de massa ‐  Um fracionador alimentado com gasolina natural, encerrando 40 % de propano, 30% de n butano e 30% de n pentano, foi projetado para fornecer propano puro como produto de topo e gasolina encerrando 50 % de n butano e 50 % de n pentano como produto de fundo. Uma única coluna foi utilizada. Calcular a quantidade de cada produto por 1000 kg de alimentação. ‐ ‐ ‐  Determinada carga é injetada em uma torre de destilação a uma taxa de 300 kg/h. A alimentação contém 36 % de um componente genérico “B”. Sabendo que o produto de fundo é retirado a uma taxa de 140 kg/h, contendo 6 % em massa do componente “B”, qual será a fração em massa de “B” que sai no destilado? ‐ Exercício Alimenta se uma coluna de destilação com 1000,0 kg/h de uma solução contendo 10% em massa de álcool, obtendo se 100 kg/h de destilado com 80% em massa de álcool. Desenhe o fluxograma, e erm nan o a  vaz o e v n aça pro u o de fundo), sua composição, e a quantidade percentual de álcool perdido no processo de recuperação do álcool. ‐ ‐ ‐ 11