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Fernando Sayal
 Baseia-se na diferença de volatilidade e no princípio do
equilíbrio entre as fases líquida e vapor dos
constituintes.
 Volatilidade é a medida da facilidade que uma dada
substância tem para passar à fase vapor.
Destilação – é o processo de separação dos
constituintes de uma mistura líquida homogénea,
através da transferência de calor e massa do líquido
para o vapor e do vapor para o líquido.
 Visa separar os componentes de uma fase
líquida através da sua vaporização parcial.
 Separa uma mistura de líquidos miscíveis
através da adição de calor.
 Normalmente realiza-se em estágios
(andares) nos quais duas correntes (um
líquido e um vapor) entram em contacto
para produzir duas outras correntes cujas
composições diferem das originais.
CONCEITOS IMPORTANTES
Ponto de Bolha é a temperatura
onde se inicia a vaporização de
um líquido
No caso de componentes puros o ponto de
bolha coincide com o ponto de ebulição e o
ponto de orvalho com o ponto de condensação
Ponto de Orvalho é a
temperatura onde se
inicia a condensação
do vapor
 Pressão Parcial: a pressão parcial de um gás
num recipiente contendo uma mistura gasosa
é definida como a pressão que esse gás
exerceria se estivesse sozinho no recipiente.
 Pressão de Vapor: é a pressão na superfície
livre acima de um líquido num recipiente
fechado após a obtenção do estado de
equilíbrio. Esta pressão exercida pelo vapor
formado é chamada pressão de vapor do
líquido à temperatura T, desde que a
temperatura seja mantida constante.
CONCEITOS IMPORTANTES
 Quando duas fases são postas em contacto elas tendem a
trocar os seus constituintes até que a composição de cada
fase atinja um valor constante. Quando isto acontece, diz-se
que o sistema está em Equilíbrio Termodinâmico;
 As fases em contacto podem ser líquidas, sólidas ou gasosas;
 Quando só há um componente nas fases, obviamente a
composição de cada fase será igual;
 Quando há mais de um componente nas fases, em geral as
composições de cada fase serão diferentes. Esta é a base dos
processos de separação por equilíbrio de fases;
CONCEITOS IMPORTANTES: EQUILÍBRIO DE FASES
EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR
Ponto de equilíbrio em que o número de moléculas que abandonam o
líquido é igual ao número de moléculas que retornam do vapor ao líquido.
A pressão no recipiente será a pressão de vapor da mistura na temperatura
fixada. A composição do líquido e do vapor não mais se alterará.
 O vapor de uma mistura em ebulição será mais rico nos
componentes que possuem menor ponto de ebulição (mais
volátil) que a mistura original, enquanto que o líquido
remanescente será mais rico nos componentes que possuem
maior ponto de ebulição (menos volátil).
EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR
Equilíbrio entre as
fases líquida e vapor
 As moléculas que passaram da fase líquida para a fase vapor
a uma dada temperatura, aumentam a pressão do recipiente.
A pressão assim desenvolvida é denominada Pressão de
Vapor.
 A pressão de vapor é uma importante variável na
determinação dos estágios de equilíbrio de uma coluna de
destilação uma vez que entra no cálculo das composições das
fases no equilíbrio e está relacionada com a ebulição e a
volatilidade dos compostos.
Pressão de Vapor
 A uma dada temperatura, um líquido puro entra em ebulição
quando sua pressão de vapor se iguala à pressão da vizinhança.
 Líquidos com altas pressões de vapor (líquidos voláteis) irão
entrar em ebulição à temperaturas mais baixas
 A uma dada pressão externa, quanto menor o ponto de ebulição
maior a pressão de vapor.
 A facilidade com a qual o líquido entra em ebulição depende de
sua volatilidade. Então quanto maior a volatilidade maior a
pressão de vapor.
 A destilação ocorre devido às diferenças na volatilidade dos
componentes na mistura líquida.
Pressão de Vapor
 Para uma substância pura, a pressão de vapor depende
exclusivamente da temperatura. Quando não se dispõe de dados
experimentais, a pressão de vapor pode ser calculada por equações
empíricas dentre as quais a Equação de Antoine:
Pressão de Vapor
CT
B
APv

ln
Pv é a pressão de vapor da substância pura,
T é a temperatura de equilíbrio (K),
A, B, C são constantes que dependem da substância.
 No caso de misturas líquidas, além da temperatura a pressão
de vapor depende das quantidades relativas dos
componentes na mistura, ou seja:
 Lei de Konowaloff: nos equilíbrios líquido-vapor de soluções,
a fase gasosa é sempre mais rica no componente mais volátil
do que a fase líquida em equilíbrio com ela, ou seja:
Pressão de Vapor
),( xTfPv

AA XY 
 No equilíbrio líquido-vapor e para misturas ideais, a pressão
total exercida por uma mistura gasosa é a soma das pressões
parciais de seus componentes.
 Sejam YA e YB as frações molares dos componentes A e B na
fase vapor em equilíbrio com a fase líquida de composição
molar XA e XB, a uma pressão total P. A lei de Dalton afirma
que:
Lei de Dalton
Pyp ii .
 A pressão parcial é a pressão que um componente i de
uma mistura gasosa exerceria se estivesse sozinho no
recipiente. Pode ser vista como a contribuição de i para a
pressão total.
 A pressão total é calculada como sendo a soma das
pressões parciais, ou seja:
Lei de Dalton
 ipP
 A Lei de Raoult relaciona a pressão parcial de um
componente com a sua concentração molar no líquido e
com a sua pressão de vapor, ou seja:
 A solução líquida ideal é definida como sendo aquela que
obedece a LEI DE RAOULT em todo o intervalo de
concentração.
v
iii Pxp .
Lei de Raoult
 Diagramas de equilíbrio são a forma gráfica de representar a
interdependência entre temperatura, pressão e composição no
equilíbrio para sistemas binários. São bastante utilizados pela
sua simplicidade e facilidade para visualização dessa relação
entre as variáveis de equilíbrio.
 Os principais tipos de diagramas são:
› Pressão vs Composição a T constante;
› Temperatura vs Composição a P constante;
› Composição fase líquida vs composição fase vapor a T ou P
constante.
 Seja um líquido com fracção
molar de 40% de A e a T1.
 Quando é aquecido, a sua
concentração permanece
constante até atingir o ponto de
bolha B quando começa a entrar
em ebulição.
 Os vapores libertados durante a
ebulição têm a sua composição
de equilíbrio dada pelo ponto C,
cerca de 80% de A, o dobro da
composição original do líquido.
 Continuando o aquecimento até
uma temperatura intermediária T2
o vapor formado vai se
empobrecendo no componente
mais volátil pois o componente 2
também vai passando à fase
vapor.
 No ponto de orvalho To, resta
apenas um última gota de líquido,
 Muito mais rico no componente 2
que a mistura original (cerca de
80% de 2)
 Acima desta temperatura todo o
líquido está na fase vapor (ponto
G; T = T2)
 Rearranjando as Leis de Dalton e Raoult, encontram-se
equações que determinam as concentrações molares da
fase líquida e da fase vapor de uma mistura binária.
 Estas concentrações molares apresentadas em gráfico
com a Temperatura, à pressão constante, originam os
diagramas de ebulição.
**
*
BA
B
A
PP
PP
X


 







 **
**
BA
BA
A
PP
PP
P
P
Y
Exemplo: Construção do diagrama T – XA – YA para a mistura
benzeno – tolueno à P = 1 atm.
**
*
BA
B
A
PP
PP
X











 **
**
BA
BA
A
PP
PP
P
P
Y
TEMPERATURA Pvapor BENZENO Pvapor TOLUENO XA YA
80,1 760 296 1 1
85 877 345 0,780075 0,90016
90 1016 405 0,58101 0,77672
95 1168 475 0,411255 0,63203
100 1344 557 0,25794 0,45614
105 1532 645 0,129650 0,26134
110 1748 743 0,016915 0,03890
110,6 1800 760 0 0
Te Benzeno = 80,1 oC
Te Tolueno = 110,6 oC
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
80
85
90
95
100
105
110
115
80
85
90
95
100
105
110
115
Linha dos Pontos de Bolha
Linha dos Pontos de Orvalho
L + V
Líquido
Vapor
Temperatura(
o
C)
Composição do Benzeno
Diagrama de Ponto de Ebulição:
Benzeno – Tolueno
Te Benzeno = 80,1 oC
Te Tolueno = 110,6 oC
 Uma mistura contendo 30% de
Benzeno a 95º C encontra-se em
que estado?
 Qual a temperatura de ebulição de
uma mistura contendo 50% de
Benzeno e qual a composição do
primeiro vapor formado?
 Qual a faixa de destilação de uma
mistura contendo 80% de Tolueno?
 Qual a faixa de destilação de uma
mistura contendo 40% de Benzeno?
 Uma mistura contendo 30% de Benzeno a 95º C encontra-se em
que estado?
 Qual a temperatura de ebulição de uma mistura contendo 50%
de Benzeno e qual a composição do primeiro vapor formado?
 Qual a faixa de destilação de uma mistura contendo 80% de
Tolueno?
 Qual a faixa de destilação de uma mistura contendo 40% de
Benzeno?
Perguntas:
 Mostra como as composições das fases líquida e vapor
que estão no equilíbrio se relacionam entre si.
 A curva de equilíbrio expressa
as composições no líquido e
no vapor do composto mais
volátil de uma mistura binária.
Geralmente as composições
são medidas em diversas
temperaturas mantida a
pressão constante.
Volatilidade Relativa: é relação entre volatilidades. Indica a
facilidade de separação por destilação.
 
 BB
AA
B
A
BA
xy
xy
K
K
/
/
/ 
v
B
v
A
BA
P
P
/
Quanto maior a pressão de vapor de uma substância maior é a sua
volatilidade, pois maior será a tendência das moléculas passarem do
estado líquido para o estado vapor.
Processos de Separação:
Factores a considerar na selecção de um processo de separação:
 1. Viabilidade
› Capacidade em realizar a separação;
› Eficiência de separação;
› Deve ser capaz de obter a pureza desejada;
› Condições extremas de pressão e temperatura devem
ser evitadas.
Factores a considerar na selecção de um processo de separação:
 2. Valor do produto
› Produtos de baixo valor comercial serão mais viáveis de
serem obtidos em processos com baixo consumo de
energia, de baixo custo de produção, com pequeno
investimento e em grandes plantas industriais.
 3. Degradação do produto
› Altas temperaturas em sistemas com produtos pesados
pode levar a um craqueamento ou polimerização.
 4. Consumo de energia
 5. Propriedades físico-químicas
› Pressão de vapor;
› Solubilidade;
› Tamanho das partículas;
Factores a considerar na selecção de um processo de separação:
O valor da volatilidade relativa dá ideia da facilidade de separação do
componente por destilação.
Separação fácil
Quantidade de refluxo baixa
Torre de tamanho pequeno
Custo de energia baixo
Separação difícil
Quantidade de refluxo alta
Torre grande
Custo de energia alto
Para componentes com a
TE próximas
(volatilidade relativa
próximo a 1,0) a
destilação torna-se anti-
económica
50,1
15,1
1- Destilação Diferencial ou Simples
3- Destilação Fraccionada
Coluna de Pratos ou de Enchimento
2- Destilação Flash ou de Equilíbrio
4- Destilação Fraccionada de múltiplas sangrias
1- Destilação Diferencial ou Simples
Aquecimento
Destilação simples é
empregue quando a
diferença entre pontos de
ebulição dos
componentes permite a
separação sem
necessidade de lançar mão
de nenhum agente
externo para promover a
separação além do
emprego de calor.
2- Destilação Flash ou de Equilíbrio
A carga é
parcialmente
vaporizada pelo
abaixamento de
pressão e de
temperatura.
 Demister
› É uma peça instalada no topo de colunas de separação de
fases líquida e vapor, com a finalidade de favorecer a
separação de pequenas gotículas de líquido.
3- Destilação Fraccionada
Coluna de Pratos ou de
Enchimento
 Casco: cilindro metálico dentro do qual a destilação
ocorre.
 Condensador: arrefece e condensa o vapor rico no
componente mais volátil que deixa a coluna pelo
topo.
 Pratos(andares) ou enchimento: são usados para
permitir maior contacto entre as fases.
 Tanque de refluxo: armazena o vapor condensado.
Parte desse condensado regressa à coluna e a outra
parte sai como produto de topo.
 Reporizador ou reboiler: Vaporiza parcialmente o
líquido formado no fundo que refressa à coluna
fornecendo calor para promover a separação. O
líquido remanescente sai como produto de fundo.
1. Considere a mistura líquida de C4 e C5 aquecida a
95,5º C. O C4, mais volátil, vaporiza
proporcionalmente mais moléculas que o C5.
2. No segundo vaso a
temperatura é mais baixa e o
líquido que retorna mais frio
condensa o C5 (menos volátil),
deixando o vapor formado
mais rico em C4 que a mistura
original.
3. O líquido e o vapor entram em contacto na coluna e
quando o deixam estão em equilíbrio. Quando a
composição atinge o valor desejado o processo termina.
Tipos de Pratos
Perfurados
Com Campânulas ou Borbulhadores
Valvulados
Pratos com Campânulas
Os borbulhadores fazem com que o gás ascendente flua
por entre o líquido em forma de pequenas bolhas e
impede a passagem do líquido pelas aberturas do gás
em caso de baixa velocidade de escoamento do gás. São
relativamente mais caros que os pratos perfurados .
O arranjo é, em geral, na forma de triângulo equilátero.
Nos pratos com borbulhadores o desperdício periférico
é mais acentuado.
Partes de um Borbulhador
Pratos com Borbulhadores
Possui um selo intríseco que impede a
drenagem do líquido quando a taxa de
escoamento do gás é baixa.
 Os borbulhadores são os
dispositivos de contacto
líquido/vapor.
 É o tipo mais antigo de
prato.
 O vapor borbulha no
líquido escapando pelos
orifícios laterais dos
borbulhadores.
Pratos com Borbulhadores
Pratos com Borbulhadores
Pratos Perfurados
 Constam de placas metálicas com orifícios.
 O vapor passa pelos orifícios e borbulha no líquido que
inunda o prato.
 Oferecem menos flexibilidade que os pratos com
borbulhadores e valvulado, em termos de caudais de operação.
 Os orifícios das placas perfuradas vão de 1/8 a ½ de diâmetro.
A mais comum tem 3/16 in.
 Orifícios menores são difíceis de perfurar e podem ficar
obstruídos em serviços contaminantes. Os maiores provocam
drenagem e pequena dispersão.
Cada prato corresponde a
um estágio de equilíbrio.
Há troca de calor e massa
em cada prato.
A represa ou dique
mantém o nível do
líquido adequado em cada
prato.
Pratos Perfurados
Pratos Valvulados
O contacto líquido/vapor
é facilitado por válvulas
cuja abertura é função do
caudal do vapor.
Oferecem maior
flexibilidade para operar
com caudais variados.
 Substituem os pratos
com borbulhadores.
Pratos Valvulados
Actualmente a maioria das torres
são projectadas utilizando pratos
valvulados
Tipos de Fluxos em Colunas de Fraccionamento
Fluxo
Cruzado
Fluxo
Dividido
Determinação da quantidade de pratos necessários para a
separação desejada.
 Determinação do espaçamento entre os pratos.
 Determinação do diâmetro da coluna.
 Determinação do ponto de alimentação.
CONSIDERAÇÕES PARA O PROJECTO DE UMA
COLUNA DE PRATOS
Destilação Fracionada
Coluna de Enchimento
São colunas que,
diferentemente das de pratos,
têm no seu interior pequenas
peças (enchimento), para
promover o contacto
líquido/vapor.
Forma definida
Estruturados
Tipos de Enchimento
1- Forma definida
 São dispostos aleatoriamente na coluna.
 Elevada superfície por área mollhada.
 Boa durabilidade.
 Elevada resistência à corrosão e resistência mecânica. Os recheios têm
que ser adequados às características do fluido.
 Para haver eficiência é necessária a boa distribuição de fluxos na coluna.
 Baixa resistência à passagem do vapor.
 Baixo custo.
2- Estruturados
TORRE COM
ENCHIMENTO
Entrada de vapor
Entrada
da
carga
Entrada da carga
Saída de líquido
Suporte do recheio
Saída dos
leves
Distribuidor de fluxo
São elementos comprados com um diâmetro próximo
ao da coluna.
 São montados em “pacotes” ao longo da coluna.
Têm a mesma função dos pratos e do enchimento de
forma definida
As colunas de pratos são chamadas “colunas com contactos em
estágios” e as colunas de enchimento são chamadas “colunas com
contacto contínuo”.
O enchimento possibilita um melhor contacto líquido/vapor.
Nas colunas de enchimento a eficiência é maior para uma mesma
altura, sendo mais económicas.
As perdas de carga nas colunas de enchimento são mais altas que nas
colunas com pratos.
 É comum a migração das peças do enchimento para o prato de
distribuição e/ou tubo de saída dos vapores de topo.
A formação de caminhos preferenciais para o líquido prejudica a
eficiência das colunas de enchimento.
Coluna de Pratos X Coluna de Recheio
O número de estágios necessários é elevado;
Diâmetros pequenos;
Baixa queda de pressão;
Forte tendência à formação de espuma;
Sistema corrosivo.
Coluna de Pratos X Coluna de Recheio
Recomenda-se torres de enchimento quando:
4- Destilação Fraccionada
de múltiplas
sangrias
Ver Aqui
Factores que Influenciam o Fracionamento
Temperatura
Pressão
Carga
Número de andares
Eficiência dos andares
Refluxo
Factores que Influenciam o Fracionamento
Pressão de Operação
Volatilidades dos componentes alimentados à coluna
Temperaturas dos meios disponíveis de aquecimento e arrefecimento
Características dos componentes da mistura
Pressão Elevada: - dificulta a separação implica um maior número de
estágios e um maior caudal de refluxo.
Pressão Baixa: - facilita a separação implica um menor número de estágios.
- volume maior de vapor implica um maior diâmetro
- aumento da entalpia implica condensadores maiores.
Factores que Influenciam o Fracionamento
Temperatura
A temperatura de topo é a temperatura do primeiro prato da coluna deve-se
manter constante o quanto possível, para obter-se um produto dentro das
especificações.
A temperatura do fundo é determinada pelo ponto de bolha deste produto à
pressão de operação da coluna deve ser mantida constante o quanto
possível a fim de manter o equilíbrio operacional da torre.
Temperaturas elevadas no reebulidor provocam um aumento de pressão do
vapor na base da coluna, vaporizando os componentes pesados do produto,
contaminando os vapores de topo.
Factores que Influenciam o Fracionamento
Carga
Importância da composição especificações dos produtos de topo e
fundo.
A variação do caudal de carga influencia a pureza dos produtos, bem
como no equilíbrio operacional da torre.
É normalmente aquecida temperatura próxima à do prato de
alimentação.
Na operação de uma coluna existente, alterações nas propriedades
da carga, certamente alterarão o perfil de operação da coluna.
Factores que Influenciam o Fracionamento
Número de Estágios (N)
Quanto maior o número de estágios maior deverá ser o fraccionamento.
A elevação de N provoca um aumento da altura, da perda de carga e do custo da
coluna.
Eficiência dos Estágios (N)
A eficiência dos pratos reais situa-se geralmente entre 50 e 80%.
Factores que Influenciam o Fracionamento
Refluxo
Controla a temperatura do topo da torre pureza do produto.
A taxa de refluxo deve ser mantida constante o quanto possível
Existe uma taxa de refluxo óptima produzirá um melhor rendimento na
separação.
Refluxo Externo
Refluxo Interno
D
L
Re 
m
m
absorçãoi
V
L
R )(
n
n
oesgotamenti
L
V
R )(
Factores que Influenciam o Fracionamento
Refluxo
Razão de Refluxo Mínima: Existe um valor chamado de razão de refluxo
mínima, para o qual o número de estágios (pratos) deve ser infinito para que a
separação seja alcançada
A condição de operação com razão de refluxo mínima é inviável, pois o projeto
da coluna deveria prever infinitos estágios, o que é impossível
0
D
L
máximoD  N
Factores que Influenciam o Fracionamento
Refluxo
Razão de Refluxo Máxima: Quando o refluxo aumenta, o número
de estágios necessários para o fracionamento especificado diminui.

D
L
0D mínimoN 
Factores que Influenciam o Fracionamento
Refluxo
Os dados de razão de refluxo
mínima e de razão de refluxo
máxima servem principalmente para
que se possa ter os limites de
operação e para se estimar a
dificuldade de separação e o
desempenho da coluna.
Variáveis que contribuem para o mecanismo de transferência de massa
 Variáveis Operacionais
› Temperatura, pressão, caudal de líquido e caudal de vapor.
 Variáveis de Projecto
› Diâmetro da coluna, espaçamento, área total de passagem de
vapor através do prato, área individual de passagem de vapor
através do prato, altura de líquido, altura de espuma, área de
contacto líquido-vapor por unidade da área do prato e lay-out
(vertedoros, tipos de dispositivos, etc.).
 Variáveis do Sistema
› Tensão superficial, densidade do líquido e vapor, viscosidade do
líquido e vapor, volatilidade relativa dos componentes e
difusibilidade.
 Observa-se sobre os pratos de uma coluna de destilação
três zonas distintas:  Zona I = zona de espuma de
altura variável.
 Zona II = região de grandes
gotas que coalescem e retornam
ao prato.
 Zona III = região de pequenas
gotas que são arrastadas para o
prato de cima e voltam ao prato
ao prato de origem com o
líquido.
 Alterações nos fluxos internos da coluna pode provocar variações
excessivas na altura dessas regiões acarretando problemas
operacionais.
 Inundação:
› Ocorre quando o líquido é acumulado sobre o prato com maior
rapidez de que pode fluir para o prato inferior.
› Resulta da tentativa de se fazer passar muito gás ou muito líquido
pela coluna, fazendo-se com que o líquido do prato inferior atinja
o prato superior.
Causas:
› alta velocidade do vapor;
› altas vazões de líquido enchendo os downcomers;
› espuma (aumento da zona I).
Causas: Elevada velocidade do vapor.
 Arrastamento (entrainment) de líquido
 Ocorre quando o vapor ascendente carrega consigo gotículas
de líquido para o prato superior.
 O espaçamento correcto entre os pratos é fundamental para
minimizar os efeitos nocivos do arraste.
 Diminui a eficiência da coluna pois prejudica a transferência
de massa entre as fases dificultando o equilíbrio. Impurezas
não voláteis podem também ser carregadas pelo vapor,
contaminando o produto de topo.
 Arrastamento (entrainment) de vapor
› É o aparecimento de vapor no líquido (espuma) o
qual pode ser carregado para o prato inferior.
› Como o vapor contém mais componentes voláteis
que o líquido do prato, acaba diluindo o líquido e
reduzindo a eficiência de separação.
 Gotejamento (Weeping)
 É o gotejamento do líquido através dos furos do prato
afectando a eficiência.
 É ocasionado pelo baixo caudal de vapor.
 Contacto entre vapor e líquido
› Um prato é projectado para ter uma área de contacto
líquido-vapor e um tempo de residência suficiente.
Alterações nos caudais alteram as condições de
projecto e modificam a eficiência do prato.
 Maximum velocity
 É a velocidade excessiva de líquido no downcomer.
 É ocasionada pela insuficiência de área no downcomer
para um dado caudal de líquido.
 Pulsação
› Ocorre quando o caudal de vapor que ascende de
um prato inferior para um superior não tem pressão
suficiente para vencer continuamente a perda de
carga apresentada pela bandeja.
› Nesta situação, o vapor cessa temporariamente a sua
passagem por esta bandeja e, ao retomar a pressão
necessária, vence a perda de carga de forma brusca.
› Entre as pulsações de vapor pode haver vazamento
de líquido para o prato inferior.
 Formação de cones de vapor
› Ocorre quando o caudal de líquido é pequeno.
Origina em torno dos borbulhadores uma região
isenta de líquido.
› Isso impede que o vapor entre em contacto íntimo
com o líquido, não havendo fraccionamento.
 Vazamentos
 É a passagem de líquido ou queda de líquido de um prato
ao prato inferior através dos orifícios especiais destinados à
passagem de vapor, ocorrendo quando o caudal de vapor é
baixo e o caudal de líquido é excessivamente alto.
 Dumping
› Ocorre quando há vazamento de todo o líquido
através dos furos do prato.
› Representa o menor caudal de vapor permitido para
um dado caudal de líquido.
› É o valor limite para a operação da torre.
› Em contrapartida, a Ultimate Capacity é o limite
máximo do caudal de vapor para o qual a coluna
pode operar sem perda de eficiência.
 Nas torres de enchimento podem ocorrer 2 fenómenos
indesejáveis:
 Canalização.
 É o escoamento preferencial do líquido, geralmente próximo
à parede da torre, impedindo um contacto eficiente entre o
líquido e o vapor.
 É provocada por caudal baixo de líquido, ausência de
distribuidores internos e recheio de tamanho inadequado.
 Inundação.
 É a retenção do líquido acima do enchimento. Pode ser
provocada por caudais elevados de líquido, quebra do
recheio, esmagamento do recheio ou obstrução no leito.
 A operação de uma determinada coluna está limitada pela velocidade
do vapor.
 A faixa de operação é determinada pelo projecto e depende do tipo
de prato utilizado.
 Quando operada fora dos limites especificados os produtos saem de
especificação.
 Indicadores de operação instável:
› Temperatura diferente do padrão na região onde ocorre anormalidade
› Oscilações significativas na pressão ou no sistema de controle
› Oscilações significativas no diferencial de pressão entre base e topo
 O diagrama abaixo representa qualitativamente a região
de operação estável para todos os pratos:
Fim
Os diapositivos seguintes são de carácter informativo
Balanço Material e Energético
F: Alimentação (carga) kg/h;
D: produto (destilado) kg/h;
L: refluxo externo do condensador kg/h;
V: Vapor de topo kg/h
W: produto de fundo kg/h;
m: seção de enriquecimento;
n: seção de esgotamento;
qF: calor contido na carga;
qW: calor contido no produto de fundo;
qR: calor fornecido pelo vaporizador;
qC: calor retirado pelo condensador;
qD: calor que sai com o produto;
qL: calor que entra na torre com a corrente
refluxo
Equações do Balanço Material
WDF  DLV mm  WVL nn 
Balanço global Região do condensador Região do reverfedor
Exemplo: Uma torre de destilação é alimentada com uma carga de 35 ton/h
de óleo cru. Sabendo-se que o projeto prevê a retirada de 16 ton/h de
produto de cauda, que o refluxo no condensador é de 48 ton/h e que a
vazão mássica da corrente que chega ao refervedor é de 63 ton/h, calcule
as vazões do:
a. Destilado;
b. Vapor que chega ao condensador;
c. Vapor que sai do reverfedor.
Equações do Balanço Térmico
Balanço global CWDRF qqWqDqqF  ...
Região do condensador
CDLV qqDqLqV  ... DL qq 
LV
C
qq
q
DL

 ocondensaçãdecalor LV qq
Exemplo: Considere uma carga de óleo cru de 10 t/h que entra em uma coluna de
fracionamento contendo uma quantidade de calor de 25 kcal/kg a 50º C. A corrente de
produto de cauda é de 4 t/h e contém uma quantidade de calor de 50 kcal/kg a 100º C,
o calor introduzido pelo refervedor é de 540000 kcal/h, o destilado, depois de
condensado, possui um calor de 15 kcal/kg a 30º C e o calor latente de condensação do
vapor de topo é de 50 kcal/kg. Determine a vazão de refluxo nas condições estipuladas.
Exercício Proposto 01
Para o tambor de flash abaixo calcule as vazões de topo e fundo.
 Uma mistura binária de etano e
propano deve ser destilada com o
objetivo de recuperar 95% do etano
no destilado e 90% do propano no
resíduo. Determine a composição
percentual do destilado e do
resíduo, sabendo-se que a fração
em quantidade de matéria de
propano e etano são iguais.
Exercício Proposto 02
%100.
entradadecorrentenaAdemassa
saídadecorrentenaAdemassa
Adeorecuperaçã 
Exercício Proposto 03
Em um processo contínuo de destilação deseja-se efetuar a separação da
mistura benzeno-tolueno. A coluna de destilação é alimentada à razão de
500 kmol/h com uma mistura contendo uma fração molar de 0,30 em
benzeno. Deseja-se obter um produto purificado com a concentração de
0,97 em benzeno (fração molar) e um resíduo contendo 0,02 em benzeno
(fração molar). O condensador de topo funciona com uma vazão de
10000 kg/h de água de resfriamento que entra a 20º C e sai a 60º C. A
pressão do vapor introduzido no reboiler é de 5 atmosferas absolutas.
Dados: qF = 3420 kcal/kmol; qD = 1240 kcal/kmol e qW = 3740
kcal/kmol. Determine:
a. As quantidades dos produtos de topo e de fundo em kmol/h.
b. A massa de vapor introduzida no reboiler.
Azeotropia
Propriedade na qual o líquido em ebulição de uma mistura, forma um vapor que
tem exactamente a mesma composição do líquido.
Portanto, os componentes desta mistura neste ponto de ebulição determinado
não podem ser separados.
A mistura, para o determinado ponto de azeotropia, comporta-se como uma
substância pura, ou seja, ferve à temperatura constante.
Azeótropo de mínimo ponto de ebulição : ocorre quando o azeótropo formado
tem um ponto de ebulição menor que os dos componentes separadamente.
Azeótropo de máximo ponto de ebulição : ocorre quando o azeótropo formado
tem um ponto de ebulição maior que os dos componentes separadamente.
 Chama-se de mistura azeotrópica a toda a mistura que,
estando em equilíbrio de fases sob uma dada temperatura e
pressão, as composições do líquido e vapor são iguais, ou
seja, quando a mistura entra em ebulição, os componentes
que formam o azeótropo passam juntos à fase vapor sendo
impossível separá-los por destilação simples.
 No diagrama do ponto de ebulição destas misturas, a
curva do ponto de bolha e do ponto de orvalho
coincidem num ponto extremo que pode ser máximo
(azeótropo de máximo) ou de mínimo (azeótropo de
mínimo).
 Nos Azeótropos de Máximo, a mistura azeotrópica
possui ponto de ebulição maior que os componentes
puros.
 Nos Azeótropos de Mínimo, a mistura azeotrópica
possui ponto de ebulição menor que os componentes
puros.
 Nas misturas azeotrópicas, o ponto onde a curva de equilíbrio
intercepta a diagonal (x = y) são os pontos azeotrópicos.
 A destilação azeotrópica é usada principalmente quando
é impossível separar por destilação simples ou quando
se quer separar uma mistura azetrópica.
 É adicionado um componente mais volátil que a carga
que sai pelo topo da coluna junto com o destilado e é
chamado de entrainer.
 O entrainer forma uma nova mistura azeotrópica com o
destilado, carregando com ele o composto que se quer
separar.
 Destilação do álcool etílico
 Destilação do álcool etílico
 Destilação Extractiva:
› É um dos métodos empregados quando a separação por
destilação simples é difícil ou quando os componentes
possuem pontos de ebulição próximos.
› Neste processo, um solvente relativamente não volátil é
introduzido próximo ao topo da coluna alterando a
volatilidade dos compostos.
› Esta corrente extra de alimentação aparece junto com
produto de fundo. É necessário depois separar o agente
extractivo do componente original mediante processo de
separação apropriado.
Destilação Extractiva
 Destilações azeotrópica e extractiva envolvem a adição de
um terceiro componente a um sistema binário para facilitar a
separação do sistema por destilação.
 O componente adicionado modifica a volatilidade relativa do
sistema.
 O terceiro componente e o fornecimento de energia no
refervedor são os dois agentes de separação nestes
processos.
 Estes tipos de separação são usados nas indústrias químicas
e petroquímicas quando a volatilidade relativa dos
componentes chaves é próximo da unidade ou quando o
sistema apresenta azeótropo.
Destilação Extractiva e Azeotrópica
Se o composto adicionado é relativamente volátil e ele aparece em
grande quantidade no destilado, ocorre uma destilação azeotrópica.
Em muitas situações forma um azeótropo de mínimo na
temperatura de ebulição, com um dos componentes da mistura.
Se o composto adicionado for pouco volátil, ele escorre
descendentemente pela coluna, aumentando a volatilidade relativa e
aparece no produto de cauda. Neste caso, temos a destilação
extractiva.
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  • 2.  Baseia-se na diferença de volatilidade e no princípio do equilíbrio entre as fases líquida e vapor dos constituintes.  Volatilidade é a medida da facilidade que uma dada substância tem para passar à fase vapor. Destilação – é o processo de separação dos constituintes de uma mistura líquida homogénea, através da transferência de calor e massa do líquido para o vapor e do vapor para o líquido.
  • 3.  Visa separar os componentes de uma fase líquida através da sua vaporização parcial.  Separa uma mistura de líquidos miscíveis através da adição de calor.  Normalmente realiza-se em estágios (andares) nos quais duas correntes (um líquido e um vapor) entram em contacto para produzir duas outras correntes cujas composições diferem das originais.
  • 4. CONCEITOS IMPORTANTES Ponto de Bolha é a temperatura onde se inicia a vaporização de um líquido No caso de componentes puros o ponto de bolha coincide com o ponto de ebulição e o ponto de orvalho com o ponto de condensação Ponto de Orvalho é a temperatura onde se inicia a condensação do vapor
  • 5.  Pressão Parcial: a pressão parcial de um gás num recipiente contendo uma mistura gasosa é definida como a pressão que esse gás exerceria se estivesse sozinho no recipiente.  Pressão de Vapor: é a pressão na superfície livre acima de um líquido num recipiente fechado após a obtenção do estado de equilíbrio. Esta pressão exercida pelo vapor formado é chamada pressão de vapor do líquido à temperatura T, desde que a temperatura seja mantida constante. CONCEITOS IMPORTANTES
  • 6.  Quando duas fases são postas em contacto elas tendem a trocar os seus constituintes até que a composição de cada fase atinja um valor constante. Quando isto acontece, diz-se que o sistema está em Equilíbrio Termodinâmico;  As fases em contacto podem ser líquidas, sólidas ou gasosas;  Quando só há um componente nas fases, obviamente a composição de cada fase será igual;  Quando há mais de um componente nas fases, em geral as composições de cada fase serão diferentes. Esta é a base dos processos de separação por equilíbrio de fases; CONCEITOS IMPORTANTES: EQUILÍBRIO DE FASES
  • 7. EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR Ponto de equilíbrio em que o número de moléculas que abandonam o líquido é igual ao número de moléculas que retornam do vapor ao líquido. A pressão no recipiente será a pressão de vapor da mistura na temperatura fixada. A composição do líquido e do vapor não mais se alterará.
  • 8.  O vapor de uma mistura em ebulição será mais rico nos componentes que possuem menor ponto de ebulição (mais volátil) que a mistura original, enquanto que o líquido remanescente será mais rico nos componentes que possuem maior ponto de ebulição (menos volátil). EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR Equilíbrio entre as fases líquida e vapor
  • 9.  As moléculas que passaram da fase líquida para a fase vapor a uma dada temperatura, aumentam a pressão do recipiente. A pressão assim desenvolvida é denominada Pressão de Vapor.  A pressão de vapor é uma importante variável na determinação dos estágios de equilíbrio de uma coluna de destilação uma vez que entra no cálculo das composições das fases no equilíbrio e está relacionada com a ebulição e a volatilidade dos compostos. Pressão de Vapor
  • 10.  A uma dada temperatura, um líquido puro entra em ebulição quando sua pressão de vapor se iguala à pressão da vizinhança.  Líquidos com altas pressões de vapor (líquidos voláteis) irão entrar em ebulição à temperaturas mais baixas  A uma dada pressão externa, quanto menor o ponto de ebulição maior a pressão de vapor.  A facilidade com a qual o líquido entra em ebulição depende de sua volatilidade. Então quanto maior a volatilidade maior a pressão de vapor.  A destilação ocorre devido às diferenças na volatilidade dos componentes na mistura líquida. Pressão de Vapor
  • 11.  Para uma substância pura, a pressão de vapor depende exclusivamente da temperatura. Quando não se dispõe de dados experimentais, a pressão de vapor pode ser calculada por equações empíricas dentre as quais a Equação de Antoine: Pressão de Vapor CT B APv  ln Pv é a pressão de vapor da substância pura, T é a temperatura de equilíbrio (K), A, B, C são constantes que dependem da substância.
  • 12.  No caso de misturas líquidas, além da temperatura a pressão de vapor depende das quantidades relativas dos componentes na mistura, ou seja:  Lei de Konowaloff: nos equilíbrios líquido-vapor de soluções, a fase gasosa é sempre mais rica no componente mais volátil do que a fase líquida em equilíbrio com ela, ou seja: Pressão de Vapor ),( xTfPv  AA XY 
  • 13.  No equilíbrio líquido-vapor e para misturas ideais, a pressão total exercida por uma mistura gasosa é a soma das pressões parciais de seus componentes.  Sejam YA e YB as frações molares dos componentes A e B na fase vapor em equilíbrio com a fase líquida de composição molar XA e XB, a uma pressão total P. A lei de Dalton afirma que: Lei de Dalton Pyp ii .
  • 14.  A pressão parcial é a pressão que um componente i de uma mistura gasosa exerceria se estivesse sozinho no recipiente. Pode ser vista como a contribuição de i para a pressão total.  A pressão total é calculada como sendo a soma das pressões parciais, ou seja: Lei de Dalton  ipP
  • 15.  A Lei de Raoult relaciona a pressão parcial de um componente com a sua concentração molar no líquido e com a sua pressão de vapor, ou seja:  A solução líquida ideal é definida como sendo aquela que obedece a LEI DE RAOULT em todo o intervalo de concentração. v iii Pxp . Lei de Raoult
  • 16.  Diagramas de equilíbrio são a forma gráfica de representar a interdependência entre temperatura, pressão e composição no equilíbrio para sistemas binários. São bastante utilizados pela sua simplicidade e facilidade para visualização dessa relação entre as variáveis de equilíbrio.  Os principais tipos de diagramas são: › Pressão vs Composição a T constante; › Temperatura vs Composição a P constante; › Composição fase líquida vs composição fase vapor a T ou P constante.
  • 17.  Seja um líquido com fracção molar de 40% de A e a T1.  Quando é aquecido, a sua concentração permanece constante até atingir o ponto de bolha B quando começa a entrar em ebulição.  Os vapores libertados durante a ebulição têm a sua composição de equilíbrio dada pelo ponto C, cerca de 80% de A, o dobro da composição original do líquido.
  • 18.  Continuando o aquecimento até uma temperatura intermediária T2 o vapor formado vai se empobrecendo no componente mais volátil pois o componente 2 também vai passando à fase vapor.  No ponto de orvalho To, resta apenas um última gota de líquido,  Muito mais rico no componente 2 que a mistura original (cerca de 80% de 2)  Acima desta temperatura todo o líquido está na fase vapor (ponto G; T = T2)
  • 19.  Rearranjando as Leis de Dalton e Raoult, encontram-se equações que determinam as concentrações molares da fase líquida e da fase vapor de uma mistura binária.  Estas concentrações molares apresentadas em gráfico com a Temperatura, à pressão constante, originam os diagramas de ebulição. ** * BA B A PP PP X             ** ** BA BA A PP PP P P Y
  • 20. Exemplo: Construção do diagrama T – XA – YA para a mistura benzeno – tolueno à P = 1 atm. ** * BA B A PP PP X             ** ** BA BA A PP PP P P Y TEMPERATURA Pvapor BENZENO Pvapor TOLUENO XA YA 80,1 760 296 1 1 85 877 345 0,780075 0,90016 90 1016 405 0,58101 0,77672 95 1168 475 0,411255 0,63203 100 1344 557 0,25794 0,45614 105 1532 645 0,129650 0,26134 110 1748 743 0,016915 0,03890 110,6 1800 760 0 0 Te Benzeno = 80,1 oC Te Tolueno = 110,6 oC
  • 21. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 80 85 90 95 100 105 110 115 80 85 90 95 100 105 110 115 Linha dos Pontos de Bolha Linha dos Pontos de Orvalho L + V Líquido Vapor Temperatura( o C) Composição do Benzeno Diagrama de Ponto de Ebulição: Benzeno – Tolueno Te Benzeno = 80,1 oC Te Tolueno = 110,6 oC  Uma mistura contendo 30% de Benzeno a 95º C encontra-se em que estado?  Qual a temperatura de ebulição de uma mistura contendo 50% de Benzeno e qual a composição do primeiro vapor formado?  Qual a faixa de destilação de uma mistura contendo 80% de Tolueno?  Qual a faixa de destilação de uma mistura contendo 40% de Benzeno?
  • 22.  Uma mistura contendo 30% de Benzeno a 95º C encontra-se em que estado?  Qual a temperatura de ebulição de uma mistura contendo 50% de Benzeno e qual a composição do primeiro vapor formado?  Qual a faixa de destilação de uma mistura contendo 80% de Tolueno?  Qual a faixa de destilação de uma mistura contendo 40% de Benzeno? Perguntas:
  • 23.  Mostra como as composições das fases líquida e vapor que estão no equilíbrio se relacionam entre si.  A curva de equilíbrio expressa as composições no líquido e no vapor do composto mais volátil de uma mistura binária. Geralmente as composições são medidas em diversas temperaturas mantida a pressão constante.
  • 24. Volatilidade Relativa: é relação entre volatilidades. Indica a facilidade de separação por destilação.    BB AA B A BA xy xy K K / / /  v B v A BA P P / Quanto maior a pressão de vapor de uma substância maior é a sua volatilidade, pois maior será a tendência das moléculas passarem do estado líquido para o estado vapor.
  • 25. Processos de Separação: Factores a considerar na selecção de um processo de separação:  1. Viabilidade › Capacidade em realizar a separação; › Eficiência de separação; › Deve ser capaz de obter a pureza desejada; › Condições extremas de pressão e temperatura devem ser evitadas.
  • 26. Factores a considerar na selecção de um processo de separação:  2. Valor do produto › Produtos de baixo valor comercial serão mais viáveis de serem obtidos em processos com baixo consumo de energia, de baixo custo de produção, com pequeno investimento e em grandes plantas industriais.  3. Degradação do produto › Altas temperaturas em sistemas com produtos pesados pode levar a um craqueamento ou polimerização.
  • 27.  4. Consumo de energia  5. Propriedades físico-químicas › Pressão de vapor; › Solubilidade; › Tamanho das partículas; Factores a considerar na selecção de um processo de separação:
  • 28. O valor da volatilidade relativa dá ideia da facilidade de separação do componente por destilação. Separação fácil Quantidade de refluxo baixa Torre de tamanho pequeno Custo de energia baixo Separação difícil Quantidade de refluxo alta Torre grande Custo de energia alto Para componentes com a TE próximas (volatilidade relativa próximo a 1,0) a destilação torna-se anti- económica 50,1 15,1
  • 29. 1- Destilação Diferencial ou Simples 3- Destilação Fraccionada Coluna de Pratos ou de Enchimento 2- Destilação Flash ou de Equilíbrio 4- Destilação Fraccionada de múltiplas sangrias
  • 30. 1- Destilação Diferencial ou Simples Aquecimento Destilação simples é empregue quando a diferença entre pontos de ebulição dos componentes permite a separação sem necessidade de lançar mão de nenhum agente externo para promover a separação além do emprego de calor.
  • 31. 2- Destilação Flash ou de Equilíbrio A carga é parcialmente vaporizada pelo abaixamento de pressão e de temperatura.
  • 32.  Demister › É uma peça instalada no topo de colunas de separação de fases líquida e vapor, com a finalidade de favorecer a separação de pequenas gotículas de líquido.
  • 33. 3- Destilação Fraccionada Coluna de Pratos ou de Enchimento
  • 34.  Casco: cilindro metálico dentro do qual a destilação ocorre.  Condensador: arrefece e condensa o vapor rico no componente mais volátil que deixa a coluna pelo topo.  Pratos(andares) ou enchimento: são usados para permitir maior contacto entre as fases.  Tanque de refluxo: armazena o vapor condensado. Parte desse condensado regressa à coluna e a outra parte sai como produto de topo.  Reporizador ou reboiler: Vaporiza parcialmente o líquido formado no fundo que refressa à coluna fornecendo calor para promover a separação. O líquido remanescente sai como produto de fundo.
  • 35.
  • 36.
  • 37.
  • 38.
  • 39. 1. Considere a mistura líquida de C4 e C5 aquecida a 95,5º C. O C4, mais volátil, vaporiza proporcionalmente mais moléculas que o C5. 2. No segundo vaso a temperatura é mais baixa e o líquido que retorna mais frio condensa o C5 (menos volátil), deixando o vapor formado mais rico em C4 que a mistura original. 3. O líquido e o vapor entram em contacto na coluna e quando o deixam estão em equilíbrio. Quando a composição atinge o valor desejado o processo termina.
  • 40. Tipos de Pratos Perfurados Com Campânulas ou Borbulhadores Valvulados
  • 41. Pratos com Campânulas Os borbulhadores fazem com que o gás ascendente flua por entre o líquido em forma de pequenas bolhas e impede a passagem do líquido pelas aberturas do gás em caso de baixa velocidade de escoamento do gás. São relativamente mais caros que os pratos perfurados . O arranjo é, em geral, na forma de triângulo equilátero. Nos pratos com borbulhadores o desperdício periférico é mais acentuado.
  • 42.
  • 43. Partes de um Borbulhador Pratos com Borbulhadores Possui um selo intríseco que impede a drenagem do líquido quando a taxa de escoamento do gás é baixa.
  • 44.  Os borbulhadores são os dispositivos de contacto líquido/vapor.  É o tipo mais antigo de prato.  O vapor borbulha no líquido escapando pelos orifícios laterais dos borbulhadores. Pratos com Borbulhadores
  • 46. Pratos Perfurados  Constam de placas metálicas com orifícios.  O vapor passa pelos orifícios e borbulha no líquido que inunda o prato.  Oferecem menos flexibilidade que os pratos com borbulhadores e valvulado, em termos de caudais de operação.  Os orifícios das placas perfuradas vão de 1/8 a ½ de diâmetro. A mais comum tem 3/16 in.  Orifícios menores são difíceis de perfurar e podem ficar obstruídos em serviços contaminantes. Os maiores provocam drenagem e pequena dispersão.
  • 47.
  • 48. Cada prato corresponde a um estágio de equilíbrio. Há troca de calor e massa em cada prato. A represa ou dique mantém o nível do líquido adequado em cada prato. Pratos Perfurados
  • 50. O contacto líquido/vapor é facilitado por válvulas cuja abertura é função do caudal do vapor. Oferecem maior flexibilidade para operar com caudais variados.  Substituem os pratos com borbulhadores. Pratos Valvulados Actualmente a maioria das torres são projectadas utilizando pratos valvulados
  • 51. Tipos de Fluxos em Colunas de Fraccionamento Fluxo Cruzado Fluxo Dividido
  • 52. Determinação da quantidade de pratos necessários para a separação desejada.  Determinação do espaçamento entre os pratos.  Determinação do diâmetro da coluna.  Determinação do ponto de alimentação. CONSIDERAÇÕES PARA O PROJECTO DE UMA COLUNA DE PRATOS
  • 53. Destilação Fracionada Coluna de Enchimento São colunas que, diferentemente das de pratos, têm no seu interior pequenas peças (enchimento), para promover o contacto líquido/vapor. Forma definida Estruturados
  • 54. Tipos de Enchimento 1- Forma definida  São dispostos aleatoriamente na coluna.  Elevada superfície por área mollhada.  Boa durabilidade.  Elevada resistência à corrosão e resistência mecânica. Os recheios têm que ser adequados às características do fluido.  Para haver eficiência é necessária a boa distribuição de fluxos na coluna.  Baixa resistência à passagem do vapor.  Baixo custo. 2- Estruturados
  • 55.
  • 56.
  • 57.
  • 58.
  • 59.
  • 60. TORRE COM ENCHIMENTO Entrada de vapor Entrada da carga Entrada da carga Saída de líquido Suporte do recheio Saída dos leves Distribuidor de fluxo
  • 61. São elementos comprados com um diâmetro próximo ao da coluna.  São montados em “pacotes” ao longo da coluna. Têm a mesma função dos pratos e do enchimento de forma definida
  • 62.
  • 63. As colunas de pratos são chamadas “colunas com contactos em estágios” e as colunas de enchimento são chamadas “colunas com contacto contínuo”. O enchimento possibilita um melhor contacto líquido/vapor. Nas colunas de enchimento a eficiência é maior para uma mesma altura, sendo mais económicas. As perdas de carga nas colunas de enchimento são mais altas que nas colunas com pratos.  É comum a migração das peças do enchimento para o prato de distribuição e/ou tubo de saída dos vapores de topo. A formação de caminhos preferenciais para o líquido prejudica a eficiência das colunas de enchimento. Coluna de Pratos X Coluna de Recheio
  • 64. O número de estágios necessários é elevado; Diâmetros pequenos; Baixa queda de pressão; Forte tendência à formação de espuma; Sistema corrosivo. Coluna de Pratos X Coluna de Recheio Recomenda-se torres de enchimento quando:
  • 65. 4- Destilação Fraccionada de múltiplas sangrias Ver Aqui
  • 66. Factores que Influenciam o Fracionamento Temperatura Pressão Carga Número de andares Eficiência dos andares Refluxo
  • 67. Factores que Influenciam o Fracionamento Pressão de Operação Volatilidades dos componentes alimentados à coluna Temperaturas dos meios disponíveis de aquecimento e arrefecimento Características dos componentes da mistura Pressão Elevada: - dificulta a separação implica um maior número de estágios e um maior caudal de refluxo. Pressão Baixa: - facilita a separação implica um menor número de estágios. - volume maior de vapor implica um maior diâmetro - aumento da entalpia implica condensadores maiores.
  • 68. Factores que Influenciam o Fracionamento Temperatura A temperatura de topo é a temperatura do primeiro prato da coluna deve-se manter constante o quanto possível, para obter-se um produto dentro das especificações. A temperatura do fundo é determinada pelo ponto de bolha deste produto à pressão de operação da coluna deve ser mantida constante o quanto possível a fim de manter o equilíbrio operacional da torre. Temperaturas elevadas no reebulidor provocam um aumento de pressão do vapor na base da coluna, vaporizando os componentes pesados do produto, contaminando os vapores de topo.
  • 69. Factores que Influenciam o Fracionamento Carga Importância da composição especificações dos produtos de topo e fundo. A variação do caudal de carga influencia a pureza dos produtos, bem como no equilíbrio operacional da torre. É normalmente aquecida temperatura próxima à do prato de alimentação. Na operação de uma coluna existente, alterações nas propriedades da carga, certamente alterarão o perfil de operação da coluna.
  • 70. Factores que Influenciam o Fracionamento Número de Estágios (N) Quanto maior o número de estágios maior deverá ser o fraccionamento. A elevação de N provoca um aumento da altura, da perda de carga e do custo da coluna. Eficiência dos Estágios (N) A eficiência dos pratos reais situa-se geralmente entre 50 e 80%.
  • 71. Factores que Influenciam o Fracionamento Refluxo Controla a temperatura do topo da torre pureza do produto. A taxa de refluxo deve ser mantida constante o quanto possível Existe uma taxa de refluxo óptima produzirá um melhor rendimento na separação. Refluxo Externo Refluxo Interno D L Re  m m absorçãoi V L R )( n n oesgotamenti L V R )(
  • 72. Factores que Influenciam o Fracionamento Refluxo Razão de Refluxo Mínima: Existe um valor chamado de razão de refluxo mínima, para o qual o número de estágios (pratos) deve ser infinito para que a separação seja alcançada A condição de operação com razão de refluxo mínima é inviável, pois o projeto da coluna deveria prever infinitos estágios, o que é impossível 0 D L máximoD  N
  • 73. Factores que Influenciam o Fracionamento Refluxo Razão de Refluxo Máxima: Quando o refluxo aumenta, o número de estágios necessários para o fracionamento especificado diminui.  D L 0D mínimoN 
  • 74. Factores que Influenciam o Fracionamento Refluxo Os dados de razão de refluxo mínima e de razão de refluxo máxima servem principalmente para que se possa ter os limites de operação e para se estimar a dificuldade de separação e o desempenho da coluna.
  • 75. Variáveis que contribuem para o mecanismo de transferência de massa  Variáveis Operacionais › Temperatura, pressão, caudal de líquido e caudal de vapor.  Variáveis de Projecto › Diâmetro da coluna, espaçamento, área total de passagem de vapor através do prato, área individual de passagem de vapor através do prato, altura de líquido, altura de espuma, área de contacto líquido-vapor por unidade da área do prato e lay-out (vertedoros, tipos de dispositivos, etc.).  Variáveis do Sistema › Tensão superficial, densidade do líquido e vapor, viscosidade do líquido e vapor, volatilidade relativa dos componentes e difusibilidade.
  • 76.  Observa-se sobre os pratos de uma coluna de destilação três zonas distintas:  Zona I = zona de espuma de altura variável.  Zona II = região de grandes gotas que coalescem e retornam ao prato.  Zona III = região de pequenas gotas que são arrastadas para o prato de cima e voltam ao prato ao prato de origem com o líquido.  Alterações nos fluxos internos da coluna pode provocar variações excessivas na altura dessas regiões acarretando problemas operacionais.
  • 77.  Inundação: › Ocorre quando o líquido é acumulado sobre o prato com maior rapidez de que pode fluir para o prato inferior. › Resulta da tentativa de se fazer passar muito gás ou muito líquido pela coluna, fazendo-se com que o líquido do prato inferior atinja o prato superior. Causas: › alta velocidade do vapor; › altas vazões de líquido enchendo os downcomers; › espuma (aumento da zona I).
  • 78. Causas: Elevada velocidade do vapor.  Arrastamento (entrainment) de líquido  Ocorre quando o vapor ascendente carrega consigo gotículas de líquido para o prato superior.  O espaçamento correcto entre os pratos é fundamental para minimizar os efeitos nocivos do arraste.  Diminui a eficiência da coluna pois prejudica a transferência de massa entre as fases dificultando o equilíbrio. Impurezas não voláteis podem também ser carregadas pelo vapor, contaminando o produto de topo.
  • 79.  Arrastamento (entrainment) de vapor › É o aparecimento de vapor no líquido (espuma) o qual pode ser carregado para o prato inferior. › Como o vapor contém mais componentes voláteis que o líquido do prato, acaba diluindo o líquido e reduzindo a eficiência de separação.  Gotejamento (Weeping)  É o gotejamento do líquido através dos furos do prato afectando a eficiência.  É ocasionado pelo baixo caudal de vapor.
  • 80.  Contacto entre vapor e líquido › Um prato é projectado para ter uma área de contacto líquido-vapor e um tempo de residência suficiente. Alterações nos caudais alteram as condições de projecto e modificam a eficiência do prato.  Maximum velocity  É a velocidade excessiva de líquido no downcomer.  É ocasionada pela insuficiência de área no downcomer para um dado caudal de líquido.
  • 81.  Pulsação › Ocorre quando o caudal de vapor que ascende de um prato inferior para um superior não tem pressão suficiente para vencer continuamente a perda de carga apresentada pela bandeja. › Nesta situação, o vapor cessa temporariamente a sua passagem por esta bandeja e, ao retomar a pressão necessária, vence a perda de carga de forma brusca. › Entre as pulsações de vapor pode haver vazamento de líquido para o prato inferior.
  • 82.  Formação de cones de vapor › Ocorre quando o caudal de líquido é pequeno. Origina em torno dos borbulhadores uma região isenta de líquido. › Isso impede que o vapor entre em contacto íntimo com o líquido, não havendo fraccionamento.  Vazamentos  É a passagem de líquido ou queda de líquido de um prato ao prato inferior através dos orifícios especiais destinados à passagem de vapor, ocorrendo quando o caudal de vapor é baixo e o caudal de líquido é excessivamente alto.
  • 83.  Dumping › Ocorre quando há vazamento de todo o líquido através dos furos do prato. › Representa o menor caudal de vapor permitido para um dado caudal de líquido. › É o valor limite para a operação da torre. › Em contrapartida, a Ultimate Capacity é o limite máximo do caudal de vapor para o qual a coluna pode operar sem perda de eficiência.
  • 84.  Nas torres de enchimento podem ocorrer 2 fenómenos indesejáveis:  Canalização.  É o escoamento preferencial do líquido, geralmente próximo à parede da torre, impedindo um contacto eficiente entre o líquido e o vapor.  É provocada por caudal baixo de líquido, ausência de distribuidores internos e recheio de tamanho inadequado.  Inundação.  É a retenção do líquido acima do enchimento. Pode ser provocada por caudais elevados de líquido, quebra do recheio, esmagamento do recheio ou obstrução no leito.
  • 85.  A operação de uma determinada coluna está limitada pela velocidade do vapor.  A faixa de operação é determinada pelo projecto e depende do tipo de prato utilizado.  Quando operada fora dos limites especificados os produtos saem de especificação.  Indicadores de operação instável: › Temperatura diferente do padrão na região onde ocorre anormalidade › Oscilações significativas na pressão ou no sistema de controle › Oscilações significativas no diferencial de pressão entre base e topo
  • 86.  O diagrama abaixo representa qualitativamente a região de operação estável para todos os pratos:
  • 87. Fim Os diapositivos seguintes são de carácter informativo
  • 88. Balanço Material e Energético F: Alimentação (carga) kg/h; D: produto (destilado) kg/h; L: refluxo externo do condensador kg/h; V: Vapor de topo kg/h W: produto de fundo kg/h; m: seção de enriquecimento; n: seção de esgotamento; qF: calor contido na carga; qW: calor contido no produto de fundo; qR: calor fornecido pelo vaporizador; qC: calor retirado pelo condensador; qD: calor que sai com o produto; qL: calor que entra na torre com a corrente refluxo
  • 89. Equações do Balanço Material WDF  DLV mm  WVL nn  Balanço global Região do condensador Região do reverfedor Exemplo: Uma torre de destilação é alimentada com uma carga de 35 ton/h de óleo cru. Sabendo-se que o projeto prevê a retirada de 16 ton/h de produto de cauda, que o refluxo no condensador é de 48 ton/h e que a vazão mássica da corrente que chega ao refervedor é de 63 ton/h, calcule as vazões do: a. Destilado; b. Vapor que chega ao condensador; c. Vapor que sai do reverfedor.
  • 90. Equações do Balanço Térmico Balanço global CWDRF qqWqDqqF  ... Região do condensador CDLV qqDqLqV  ... DL qq  LV C qq q DL   ocondensaçãdecalor LV qq Exemplo: Considere uma carga de óleo cru de 10 t/h que entra em uma coluna de fracionamento contendo uma quantidade de calor de 25 kcal/kg a 50º C. A corrente de produto de cauda é de 4 t/h e contém uma quantidade de calor de 50 kcal/kg a 100º C, o calor introduzido pelo refervedor é de 540000 kcal/h, o destilado, depois de condensado, possui um calor de 15 kcal/kg a 30º C e o calor latente de condensação do vapor de topo é de 50 kcal/kg. Determine a vazão de refluxo nas condições estipuladas.
  • 91. Exercício Proposto 01 Para o tambor de flash abaixo calcule as vazões de topo e fundo.
  • 92.  Uma mistura binária de etano e propano deve ser destilada com o objetivo de recuperar 95% do etano no destilado e 90% do propano no resíduo. Determine a composição percentual do destilado e do resíduo, sabendo-se que a fração em quantidade de matéria de propano e etano são iguais. Exercício Proposto 02 %100. entradadecorrentenaAdemassa saídadecorrentenaAdemassa Adeorecuperaçã 
  • 93. Exercício Proposto 03 Em um processo contínuo de destilação deseja-se efetuar a separação da mistura benzeno-tolueno. A coluna de destilação é alimentada à razão de 500 kmol/h com uma mistura contendo uma fração molar de 0,30 em benzeno. Deseja-se obter um produto purificado com a concentração de 0,97 em benzeno (fração molar) e um resíduo contendo 0,02 em benzeno (fração molar). O condensador de topo funciona com uma vazão de 10000 kg/h de água de resfriamento que entra a 20º C e sai a 60º C. A pressão do vapor introduzido no reboiler é de 5 atmosferas absolutas. Dados: qF = 3420 kcal/kmol; qD = 1240 kcal/kmol e qW = 3740 kcal/kmol. Determine: a. As quantidades dos produtos de topo e de fundo em kmol/h. b. A massa de vapor introduzida no reboiler.
  • 94. Azeotropia Propriedade na qual o líquido em ebulição de uma mistura, forma um vapor que tem exactamente a mesma composição do líquido. Portanto, os componentes desta mistura neste ponto de ebulição determinado não podem ser separados. A mistura, para o determinado ponto de azeotropia, comporta-se como uma substância pura, ou seja, ferve à temperatura constante. Azeótropo de mínimo ponto de ebulição : ocorre quando o azeótropo formado tem um ponto de ebulição menor que os dos componentes separadamente. Azeótropo de máximo ponto de ebulição : ocorre quando o azeótropo formado tem um ponto de ebulição maior que os dos componentes separadamente.
  • 95.  Chama-se de mistura azeotrópica a toda a mistura que, estando em equilíbrio de fases sob uma dada temperatura e pressão, as composições do líquido e vapor são iguais, ou seja, quando a mistura entra em ebulição, os componentes que formam o azeótropo passam juntos à fase vapor sendo impossível separá-los por destilação simples.
  • 96.  No diagrama do ponto de ebulição destas misturas, a curva do ponto de bolha e do ponto de orvalho coincidem num ponto extremo que pode ser máximo (azeótropo de máximo) ou de mínimo (azeótropo de mínimo).  Nos Azeótropos de Máximo, a mistura azeotrópica possui ponto de ebulição maior que os componentes puros.  Nos Azeótropos de Mínimo, a mistura azeotrópica possui ponto de ebulição menor que os componentes puros.
  • 97.
  • 98.
  • 99.
  • 100.
  • 101.  Nas misturas azeotrópicas, o ponto onde a curva de equilíbrio intercepta a diagonal (x = y) são os pontos azeotrópicos.
  • 102.  A destilação azeotrópica é usada principalmente quando é impossível separar por destilação simples ou quando se quer separar uma mistura azetrópica.  É adicionado um componente mais volátil que a carga que sai pelo topo da coluna junto com o destilado e é chamado de entrainer.  O entrainer forma uma nova mistura azeotrópica com o destilado, carregando com ele o composto que se quer separar.
  • 103.  Destilação do álcool etílico
  • 104.  Destilação do álcool etílico
  • 105.  Destilação Extractiva: › É um dos métodos empregados quando a separação por destilação simples é difícil ou quando os componentes possuem pontos de ebulição próximos. › Neste processo, um solvente relativamente não volátil é introduzido próximo ao topo da coluna alterando a volatilidade dos compostos. › Esta corrente extra de alimentação aparece junto com produto de fundo. É necessário depois separar o agente extractivo do componente original mediante processo de separação apropriado.
  • 107.  Destilações azeotrópica e extractiva envolvem a adição de um terceiro componente a um sistema binário para facilitar a separação do sistema por destilação.  O componente adicionado modifica a volatilidade relativa do sistema.  O terceiro componente e o fornecimento de energia no refervedor são os dois agentes de separação nestes processos.  Estes tipos de separação são usados nas indústrias químicas e petroquímicas quando a volatilidade relativa dos componentes chaves é próximo da unidade ou quando o sistema apresenta azeótropo. Destilação Extractiva e Azeotrópica
  • 108. Se o composto adicionado é relativamente volátil e ele aparece em grande quantidade no destilado, ocorre uma destilação azeotrópica. Em muitas situações forma um azeótropo de mínimo na temperatura de ebulição, com um dos componentes da mistura. Se o composto adicionado for pouco volátil, ele escorre descendentemente pela coluna, aumentando a volatilidade relativa e aparece no produto de cauda. Neste caso, temos a destilação extractiva. Destilação Extractiva e Azeotrópica