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Destilação

  1. 1. DESTILAÇÃO E ABSORÇÃO EM TORRES Dicas e breves estudos de caso
  2. 2. PAUTA  Introdução  Estudo de caso 1: absorvedor de gases (problemas típicos em pratos distribuidores)  Estudo de caso 2: destilação de alquilados (colunas com recheio estruturado)  Estudo de caso 3: cor em destilação de subprodutos de refinaria (queda de pratos)  Conclusões  Sugestões de leitura
  3. 3. INTRODUÇÃO  Essa apresentação é uma breve discussão sobre 3 estudos de caso que ilustram os problemas típicos enfrentados em destilação e absorção gasosa em colunas de pratos ou recheios  Trata-se apenas de uma discussão breve, que pode trazer valiosos insights para profissionais que lidam com essas operações unitárias, seja no dia-a-dia ou em projetos  Os detalhes a respeito dos processos serão restringidos ao mínimo por questões de confidencialidade e espaço, sem prejuízo ao tema abordado.
  4. 4. ESTUDO DE CASO 1 (ABSORVEDOR DE GASES)  Contexto do problema  Orientação de um típico projeto Trainee, onde buscava-se a otimização de um lavador de gases, responsável por abater voláteis orgânicos de um conjunto de plantas produtoras de etoxilados, mantendo as emissões de orgânicos dentro dos limites desejados  Ao longo das investigações do projeto, em pouco tempo foram detectados vários problemas que contribuíam para a baixa eficiência da coluna absorvedora de gases, ilustrados no slide à seguir
  5. 5. ESTUDO DE CASO 1 (ABSORVEDOR DE GASES) O 1º problema verificado foi a vazão de líquido (água de reuso) abaixo do calculado pelo conceito de “Grau de molhamento mínimo” que considera o tipo de recheio e o diâmetro da coluna para determinar a mínima vazão de líquido absorvente Entrada líquido p/ aspersores SINTOMA: Forte odor de voláteis orgânicos nas proximidades do trocador, em certos períodos de operação.
  6. 6. ESTUDO DE CASO 1 (ABSORVEDOR DE GASES) O 2º problema consistia na suspeita de grande quantidade de sujidade (depósito de orgânicos) nos recheios, prejudicando o contato das fases líq. e gasosa e criando caminhos preferenciais. A abertura da coluna confirmou a suspeita Entrada líquido p/ aspersores SINTOMA: Área em torno do lavador sempre sujeita a sujidades orgânicas , com aspecto incrustante, oriundas dos respiros do sistema de absorção
  7. 7. ESTUDO DE CASO 1 (ABSORVEDOR DE GASES) O 3º problema verificado na ocasião da desmontagem da coluna foi a montagem incorreta dos aspersores, direcionando o fluxo de água para pontos mortos do prato distribuidor (a depender do tipo, existem seções corretas onde o fluxo de líquido deve ser direcionado) Entrada líquido p/ aspersores SINTOMA: Não havia, detectado na ocasião de abertura do equipamento (primeira abertura desde a instalação)
  8. 8. ESTUDO DE CASO 1 (ABSORVEDOR DE GASES) O 4º problema verificado foi a montagem incorreta dos pratos distribuidores de líquido logo acima do leito de recheio. Esses pratos possuem furos de diâmetro calculados para a carga de líquido e interferem na eficiência da distribuição de líquido para o recheio Entrada líquido p/ aspersores SINTOMA: Não havia, detectado na ocasião de abertura do equipamento (primeira abertura desde a instalação)
  9. 9. ESTUDO DE CASO 2 (DESTILAÇÃO DE ALQUILADOS)  Contexto do problema  Coluna responsável por destilar corrente contendo dois produtos alquilados, um chave leve (C.L = produto) e outro chave pesado (C.P. = sub-produto)  A coluna, superdimensionada para as cargas típicas adotadas e para a volatilidade relativa dos alquilados, vinha apresentando problemas como perfis de temperatura atípicos, baixa sensibilidade à variações de refluxo e alta sensibilidade á variações de carga, acarretando descontrole da pureza do produto de topo. O slide à seguir ilustra a coluna e os problemas verificados
  10. 10. ESTUDO DE CASO 2 (DESTILAÇÃO DE ALQUILADOS) Mistura de alquilados (C.L. e C.P.) C.L. (produto de topo) C.P. (sub- produto de fundo) SINTOMA: Dificuldade em atingir pureza no C.L. e insensibilidade à variações de refluxo O 1º problema foi verificado no tubo distribuidor de líquido do refluxo que, ligeiramente fora da posição ideal, direcionava o refluxo diretamente para o recheio, sem passar pela “panela” de distribuição. Daí a aparente insensibilidade com variações na taxa de refluxo. Esse problema foi sanado mas dificuldades persistiram.
  11. 11. ESTUDO DE CASO 2 (DESTILAÇÃO DE ALQUILADOS) Mistura de alquilados (C.L. e C.P.) C.L. (produto de topo) C.P. (sub- produto de fundo) SINTOMA: Perfil de temperaturas atípico ao longo da coluna e dificuldade para atingir a pureza do C.L. O 2º problema foi observado depois da solução do 1º Verificou-se que a montagem do leito de recheio estruturado estava incorreta desde a última intervenção (orientados na mesma direção, sem alternância).Uma das seções do recheio estruturado estava amassada e bloqueava a passagem plena de líquido para as seções inferiores
  12. 12. ESTUDO DE CASO 3 (COR ELEVADA NO PRODUTO/RETIRADA LATERAL)  Contexto do problema  Trata-se de uma coluna de destilação de pratos, com boa altura, que recebe sub-produtos de destilaria de etanol e concentra frações de C4-C5 em uma retirada lateral nos pratos próximos ao fundo, contando com vaso de flasheamento (fase vapor é o produto)  O processo é uma operação de destilação bastante complexa, envolvendo azeotropia, uso de eletrólitos para promover ELL e separação de fases do azeotrópo para remoção da fase aquosa, controle da concentração de pesados no fundo, entre outros, conforme pode ser visto no slide à seguir.  Além da garantia de pureza do produto retirado, há a questão da cor, uma vez que o produto de fundo apresenta cor intensa (mistura de ésteres e hidrocarbonetos conjugados de elevado peso molecular) e qualquer mínima contaminação do produto da retirada lateral com o produto de fundo, ocasiona cores elevadas. Houve ocasião em que o C.E.P. (Controle estatístico de processo) para a cor permaneceu ruim por meses seguidos...
  13. 13. ESTUDO DE CASO 3 (COR ELEVADA NO PRODUTO/RETIRADA LATERAL) DECANTER DRUM ORGANIC PHASE WATER PHASE “FLASH” DRUM LIQUID PHASE RETURN (FLASH) PRODUCT (SIDE REMOVAL) GAS PHASE (FINAL PRODUCT) Essa é uma destilação um pouco mais complexa. A alimentação (subproduto de destilaria) forma azeótropos com a água no topo, água essa que é removida em um vaso decantador. O produto é removido de pratospróximo ao fundo e passa por um flasheamento que auxilia a remoção de contaminantes para a cor (pesados)
  14. 14. ESTUDO DE CASO 3 (COR ELEVADA NO PRODUTO/RETIRADA LATERAL) DECANTER DRUM ORGANIC PHASE WATER PHASE “FLASH” DRUM LIQUID PHASE RETURN (FLASH) PRODUCT (SIDE REMOVAL) GAS PHASE (FINAL PRODUCT) SINTOMA: Dificuldade crônica em especificar a cor do produto lateral. O 1º possível problema verificado foi a concentração/deposição de pesados na região de fundo da coluna. Foi feito lavagem interna com vapor e desmontagem do conjunto de flasheamento (vaso e tubulação), sem sucesso.
  15. 15. ESTUDO DE CASO 3 (COR ELEVADA NO PRODUTO/RETIRADA LATERAL) DECANTER DRUM ORGANIC PHASE WATER PHASE “FLASH” DRUM LIQUID PHASE RETURN (FLASH) PRODUCT (SIDE REMOVAL) GAS PHASE (FINAL PRODUCT) SINTOMA: Não havia indicadores de temperatura (TI´s) nos pratos inferiores, para monitoramento do perfil. Se houvessem mais TI´s na seção de stripping próxima a retirada lateral, seria facilmente identificada variação no perfil causada por queda de pratos. Esta foi identificada e sanada com abertura da coluna.
  16. 16. CONCLUSÕES  Em todos os problemas, observou-se sintomas atípicos da operação normal das colunas. Convém nunca ignorar esses sintomas, por mais que não acarretem consequências imediatas à qualidade do produto ou rotina de operação. As condições “ótimas” históricas de um equipamento devem ser perpetuadas ou melhoradas, nunca degradadas com o tempo.  Erros de montagem, deslocamentos internos produzidos por partidas e paradas “abruptas” e acúmulo de sujidades são os típicos vilões dessas operações unitárias, e podem permanecer meses e até anos “incubados” sem apresentar sintomas relevantes  A decisão por uma parada e abertura de equipamentos desse porte envolve custos diretos e indiretos elevados, por isso é fundamental pautar a decisão em uma análise sólida dos sintomas e em experiências anteriores, da própria planta ou da literatura. Para tanto, TI´s, PI´s e indicações de vazão críticas são fundamentais para a análise do engenheiro.
  17. 17. SUGESTÕES DE LEITURA  Saraiva, “Engenharia de Processos nas Plantas Industriais” (Na seção de heurística e “rules of thumbs” há poucos, mas valiosos, insights sobre destilação e colunas)
  18. 18. SUGESTÕES DE LEITURA  BR, “Controles típicos de equipamentos e processos industriais” (capítulo sobre destilação possui abordagem sucinta e prática sobre lógica básica das malhas para o funcionamento das coluna, e pode fornecer insights valiosos)
  19. 19. SUGESTÕES DE LEITURA  BR, “Torres recheadas” (... apesar de antigo, contém informações detalhadas e muitas tabelas e cálculos empíricos úteis para avaliar a operação e dimensionamento de colunas recheadas)
  20. 20. SUGESTÕES DE LEITURA  Ludwig, “Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants” (... ainda mais antigo que o “Colunas recheadas” porém possui algumas correlações úteis, como as do cálculo de grau de molhamento mínimo (entre outros), além de detalhes úteis para dimensionamento das torres)
  21. 21. OBRIGADO!! Márcio Andrade Dias POLI-USP Oxiteno S.A. Ind. e Com. madbrou@gmail.com

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