1 – Introdução

A destilação é usada quando se deseja separar uma mistura (líquida, parcialmente líquida ou vapor) em duas outras misturas, utilizando calor como um agente de separação. A mistura rica no(s) componente(s) mais leve(s) (de menor ponto de ebulição, isto é, mais volátil) é camada de destilado, ou produto de topo, e a rica no(s) componente(s) mais pesado(s) (de maior ponto de ebulição, isto é, menos volátil) é chamada de resíduo, ou produto de fundo.

Figura 1 – (a) fotografia de uma coluna de destilação, (b) Principais componentes de uma coluna de destilação

O destilado é normalmente uma mistura líquida e o resíduo é sempre uma mistura líquida. O equipamento onde ocorre a destilação é chamado de Torre de Destilação, ou Coluna de Destilação (Figura 1), cujo interior é dotado de pratos, ou bandejas (Figura 2). O líquido que desce por gravidade da parte superior entra em contato íntimo com o vapor que sobe da parte inferior da coluna, em cada um dos pratos. O vapor que do fundo da coluna é gerado por um trocador de calor chamado refervedor, onde um fluido com maior energia (na forma de vapor) fornece calor ao líquido que sai pelo fundo da torre, vaporizando-o total ou parcialmente. O líquido residual efluente deste equipamento é o produto de fundo ou resíduo.O líquido que entra pelo topo da coluna, chamado de refluxo, é gerado por um trocador de calor chamado de condensador, que usa um fluido de resfriamento (normalmente água ou ar) para a condensação do vapor efluente do topo da coluna. A outra parte do produto do condensador, aquela que não retorna para a coluna é chamada de destilado.

Figura 2 – Prato ou bandeja utilizada no interior da torre de destilação

2 - TORRES DE PRATOS

A torre de pratos é composta de uma carcaça cilíndrica vertical, comumente denominada de casco, no interior do qual são montados os diversos pratos. Estes, também conhecidos como bandejas, estão geralmente separados por distâncias iguais. Os produtos vaporizados sobem na torre através das bandejas, por aberturas para tal destinadas, descendo o líquido por outras aberturas em contracorrente com o vapor que sobe. Veremos a seguir os principais tipos de bandejas usados na indústria petroquímica.

2.1 - Bandeja com borbulhadores

Consiste em uma ou mais chapas, com furos, nas quais são montados os borbulhadores. Estes, por sua vez, são constituídos de uma parte cilíndrica (chaminé) colocada verticalmente em cada furo, de uma campânula e de um sistema de fixação deste conjunto à bandeja, que pode ser composto de cruzeta e porca. As bordas das campânulas são recortadas ou providas de frestas.

Ao redor dos borbulhadores circula a parte líquida dos produtos. Este líquido é mantido em determinado nível por um vertedor na descarga do prato. Este nível não deve ser tão alto que impossibilite a passagem do vapor, nem tão baixo que deixe passagem livre para os vapores sem borbulhar através do líquido, pois, como o nome indica, esta é a função dos borbulhadores. O contado das fases, líquido e vapor, pelo borbulhamento produz a ação de fracionamento.

Figura 3 – Esquema dos fluxos de vapor e líquido numa coluna de destilação

O líquido que sai do prato flui através de um conduto para o prato inferior. Este conduto pode ser um tubo, tubos ou simplesmente uma lâmina metálica vertical, próxima à parede da torre.

Figura 4 – Esquema de tubos ou lâminas verticais para o escoamento do fluido

Figura 5 – Bandeja com borbulhadores

2.1.1 - Alguns Tipos de Escoamento em Pratos de Borbulhadores

a) Fluxo cruzado: O líquido entra por um dos lados do prato, percorre-o e desce para o prato inferior, pelo outro lado. Para diâmetros de torre entre 1 e 2 metros usa-se vertedor, não só na saída do prato, mas também na entrada de líquido, a fim de homogeneizar a distribuição de líquido.

b) Fluxo dividido: É usado em torres de grande diâmetro. O líquido entra no centro e flui para as extremidades, de onde cai para o prato inferior, onde o fluxo será das extremidades para o centro.

c) Fluxo radial: Proporciona boa distribuição, sendo utilizável em torres grandes. Sua desvantagem é o alto custo inicial.

2.2 - Pratos Perfurados

Neste tipo de pratos os borbulhadores são substituídos por orifícios, os quais estão dimensionados de maneira a permitir a passagem dos vapores no sentido ascendente, sem deixar o líquido passar para baixo, isto calculado nas condições de projeto. Desta maneira o seu funcionamento fica amarrado as vazões de líquido e vapor próximas das de projeto.

Figura 5 – Esquema dos fluxos de líquido e vapor em torres de pratos perfurados

Orifício

Vapor Líquido

2.3 - Prato de Válvulas

Contém furos nos quais são colocadas válvulas, que variam sua abertura com o fluxo de vapor, não permitindo vazamento de líquido.

Figura 6 – Esquema para o prato de válvulas

2.4 - Partes principais das torres de pratos

A – Casco

E geralmente cilíndrico; pode ser feito em seções flangeadas e aparafusadas, ou então soldadas. As calotas do topo e fundo geralmente são elípticas ou torrisféricas.

B – Bandejas

Vistas em item anterior.

C – Bocas de visita

São aberturas flangeadas, em número e tamanho suficientemente grandes para permitir fácil acesso ao interior da torre para inspeção e manutenção.

D – Escadas e plataformas de acesso

E – Bocais de entrada, saída e drenagem de produtos

F – Panelas para retirada de produtos intermediários

G - Telas para evitar o arraste de líquido junto com o vapor, principalmente em torres a vácuo ou que trabalham com altas velocidades de fluxo.

Bocais de saída, entrada e drenagem de produtos

Escadas e Plataforma de acesso

Casco

Figura 7 – Vista interna de uma coluna de destilação em construção Figura 8 – Refervedor utilizado em uma coluna de destilação

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