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Uso do método aproximado para o projeto de
colunas novas.
A carga, os produtos desejados (composição e vazão) são
conhecidos sendo que o número de estágios teóricos deve ser
calculado.
Etapas:
i. Assumir a distribuição para todos os componentes cuja a
distribuição não foi especificada. A separação de B e D deve
satisfazer a distribuição ou as especificações de pureza dos
componentes.
ii.Estimar as temperaturas de topo, meio e fundo através de
cálculos de ponto de orvalho para o vapor no topo e de ponto de
bolha para o produto de fundo.
iii. Calcule o α
médio
de acordo com a seguinte equação:
3
médio T C^ F
iv Use a equação de Fenske para o cálculo de N
min
de estágios
correspondente a distribuição especificada dos dois componentes
chaves.
v. Com o número mínimo de estágios determina-se o novo corte
para os componentes não chaves, usando a equação de Fenske.
Este cálculo deve ser baseado no componente chave pesado
(componente de referência).
vi. Se a composição do produto de topo calculada no item v,
diferir muito da distribuição assumida no item i, a tal ponto de afetar
o valor de α
médio
, repita os cálculos anteriores utilizando a
composição calculada.
vii. Calcule a razão de refluxo mínima (R
min
) correspondente aos
valores finais da composição do produto de topo.
viii. Os valores calculados de N
min
e de R
min
serão utilizados para
encontrar o número de estágios teóricos de equilíbrio para o valor
ótimo da razão de refluxo.
R
op
=R
min
*[1,3 a 1,5]
ix. Utiliza-se a equação de Kirkibride para estimar a localização do
prato ótimo.
Exemplo
Use o método aproximado para calcular o número de estágios
teóricos necessários para a seguinte separação:
F= 4750 Kmol
Considere a pressão igual a pressão média de 2 atm e a porcetagem
vaporizada da carga de 25%.
Etapa ii:
Temperatura do topo: Cálculo do Ponto de orvalho para o produto de
topo.
T =21,96 C
Temperatura do fundo: Cálculo da temperatura do ponto de bolha.
T=47,56 C
Temperatura do meio (Tcarga)
T=41,12 C
Componentes alfa médio
nC4 2,
iC5 1
nC5 0,
nC6 0,
4 , 1857 estágios
log 2 , 5288
570
1457 , 5
62 , 5
1187 , 5 log
min
N
r
r N
i r
r
N r
i i r
i
b
d
b
d
f
d
min
,
min
,
1
(^)
4 , 1857
,
4 , 1857
,
i r
i i r
i
f
d
Componentes fi alfa i,HK di bi xd xb
nC4 1757,5 2,5288 1187,493 570,007 0,9399 0,
iC5 1520 1 62,5 1457,5 0,0495 0,
nC5 997,5 0,7608 13,438 984,062 0,0106 0,
nC6 475 0,2397 0,052 474,948 0,
Volta à etapa 2:
T
topo
0 C
T
fundo
0 C
Etapa 3:
Componentes alfa i,HK médio
nC4 2,
iC5 1
nC5 0,
nC6 0,
Equação de Molokanov:
0 5
1 0 32 2 19
0 388
0 85
1 0 32
01577
21584 1
21584 16603
1
1
11 117 2
1 54 4
1
1
0 5
,
exp..
.
.
exp ,
,
,
, ,
, ,
,
exp
min
,
min
Y
Y
Y
X
X
R
R R
X
X
X
X
X
N
N N
Y
Uso do método aproximado para a adaptação de
colunas já existentes
A estimativa do desempenho de uma coluna já existente para um
novo serviço é um problema mais comum do que o projeto de uma
nova coluna.
As especificações do problema quando se considera uma coluna
já existente com a exceção da localização da carga e das
especificações da distribuição, são simplesmente uma lista das
limitações físicas da unidade.Etapas:
i, ii, iii. O mesmo procedimento descrito para uma coluna nova.
iv. Assumir que N
min
= 0,6 N.
v. Usar o valor de N
min
assumido juntamente com a distribuição
especificada de um componente para calcular, usando a equação de
Fenske, a distribuição dos demais.
vi. Se a composição do produto de topo, calculada no item anterior
diferir da assumida em (i), a tal ponto de afetar o valor de médio,
repetir os cálculos anteriores com a composição calculada.
Exemplo:
Uma grande separadora butano-pentano deve ser desativada para
reparos e seus 7500 barris/dia de alimentação foram direcionados
temporariamente para uma coluna menor disponível.
A coluna menor tem apenas 11 pratos com borbulhadores mais um
refervedor parcial. A carga entra no prato do meio. Experiências passadas
com cargas semelhantes indicam que os 11 pratos mais o refervedor são
grosseiramente equivalentes a 10 estágios teóricos de equilíbrio e a
coluna tem uma capacidade máxima de vapor de topo de 1,75 vezes o
volume da carga a ser processada. A coluna deve operar a pressão do
condensador de 120 psia.
A carga está no seu ponto de bolha e apresenta a seguinte
composição média:
Compo
ne
nt
e
Fz F
C 3
5
iC 4
15
nC 4
25
iC 5
20
nC 5
35
A separadora regular normalmente apresentava menos que 7 mol% de iC 5
no
destilado e menos que 3 mol% de nC 4
no produto de fundo. Serão encontradas tais
purezas na coluna menor?
(1) Estimar D e B
D = 45
B = 55
Comp.
Fz F
Dx D
Bx B
C
3
iC 4
LKnC 4
HKiC 5
nC 5
Total 100 45 55
D iC
(2) Cálculo das temperaturas do topo, meio e
fundo.
Ponto de orvalho no topo: 151,
0 F
Ponto de bolha da carga: 185
0 F
Ponto de bolha do produto de fundo:
0 F
Comp.
Dx D
Bx B
C
3
iC 4
nC 4
iC 5
nC 5
As composições dos produtos de topo e de fundo diferem substancialmente
das composições assumidas inicialmente, fazendo-se necessário o cálculo
das temperaturas de topo , meio e fundo. Volta a etapa (2).
(2)* Temperatura do ponto de orvalho: 1590F
Temperatura do ponto de bolha no fundo: 2360F
0 F 185
0 F 236
0 F
Comp.
K ^ K K ^ m
C 3
2,7 5,65 3,25 5,16 4,57 4,35 5,
iC 4
1,32 2,75 1,70 2,70 2,55 2,43 2,
nC 4
0,99 2,06 1,30 2,06 2,05 1,95 2,
iC 5
0,48 1,00 0,63 1,00 1,05 1,00 1,
nc 5
0,4 0,83 0,54 0,857 0,92 0,88 0,
(Dx D
/(Fz F
-Dx D
i
m
Nmin
. Dx rD
/Bx rB
(Dx D
r
(Bx B
r
=(Fz F
-Dx D
r
(Dx D
i
m
6 /(1+0,2048 m
6 )).(Fz F
i
Comp. Fz F
Dx D
Bx B
x D
x B
C
3
iC 4
nC 4
iC 5
nC 5
A concentração de iC 5
no destilado é 6,91% o que é considerado
satisfatório para um método aproximado.
(6) As equações de Underwood podem agora serem utilizadas para ser estimada a razão
de refluxo mínima Rmin, correspondente a separação dos componentes chaves.
Como a carga é líquida saturada q=1,
Σ (αi.xiF/(αi-Φ))=1-q = 0
O cálculo de Φ fica entre os valores do aLK e aHK.
Φ = 1,
Volta ao item (4) com o novo valor de N min
.
Com N min
=
R OP
=2,
R min
=0,
Comp.
Dx D
Bx B
x D
x B
C 3
5,0 - 0,1004 -
iC 4
14,91 0,09 0,2996 0,
nC 4
24,16 0,84 0,4852 0,
iC 5
3,48 16,52 0,07 0,
nC 5
2,23 32,87 0,0448 0,
49,78 50,32 1,00 1,
DISPOSITIVOS DE CONTATO
LÍQUIDO-VAPOR
- (^) Desde 1818 que os pratos com borbulhadores são os
dispositivos de contato líquido vapor de uso mais freqüente em
colunas de destilação.
- (^) Os pratos com borbulhadores,embora, ainda não estejam
obsoletos, é evidente a diminuição cada vez mais acentuada
de seu emprego.
- (^) Os pratos valvulados, patenteados em 1923, e os pratos
perfurados, usados pela primeira vez em 1832 foram usados
quase que exclusivamente nos projetos na década de 60 – 80.
- (^) Atualmente todo projeto de coluna passa por um projeto de
uma coluna recheada.
Os pratos sem downcomers são geralmente planos
e contém furos através dos quais passam líquido e o
vapor intermitentemente e em contra corrente. Nos
pratos sem downcomers não há o mesmo grau de
contato contínuo diferencial, mas, em compensação,
sua construção é extremamente simples e o custo é
baixo. Seu emprego ainda é limitado.
Os pratos com downcomers reservam parte da
área transversal da coluna para a descida de líquido ao
prato imediatamente inferior, por gravidade. O contato
líquido vapor é promovido na área restante,pelo
borbulhamento do vapor no líquido que escoa sobre o
prato.
O nível do líquido é, geralmente, mantido por
vertedores.
Pratos sem
downcomers:
Pratos Turbogrid
Pratos Perfurados
Ripple Trays
Kittle Tray
Pratos com downcomers:
Borbulhadores:
Bell caps (circulares)
Tunnel caps (retangulares)
Uniflux
Montz
*Pratos Perfurados
Comum (Sieve Tray)
Jet Tray
