FACULDADES OSWALDO CRUZ

OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA QUÍMICA II

PROCESSOS de SEPARAÇÃO de MISTURAS

DESTILAÇÃO

COLUNAS DE ABSORÇÃO

(2º SEMESTRE/2011)

Prof. Luciano Gonçalves Ribeiro

2011

1

Índice

DESTILAÇÃO (2ª PARTE)

1 - Hidrodinâmica e Problemas Operacionais em Colunas de Destilação..............................32 – Problemas relacionados à Falha de Equipamentos ou Gerenciamento do processo.......193 - Principais Problemas Operacionais em Colunas de Destilação com Recheios...............414 – Determinação do Diâmetro de Colunas de Destilação com Pratos (roteiro para o cálculo de pratos)...............................................................................................................................465 - Cálculo do Diâmetro de Colunas de Destilação com Recheios.......................................586 – Destilação MULTICOMPONENTE...............................................................................627 - Principais Referências Bibliográficas..............................................................................718 - LISTA DE EXERCÍCIOS - Destilação...........................................................................72

DIFUSÃO MOLECULAR E DIFUSIVIDADE

1 - DIFUSÃO MOLECULAR E DIFUSIVIDADE............................................................802 - DIFUSÃO EM MISTURAS BINÁRIAS........................................................................81

COLUNAS DE ABSORÇÃO

1) Introdução.........................................................................................................................922) Processos de Destilação x Processos de Absorção...........................................................963) Relação de Equilíbrio Líquido-Gás..................................................................................974) Simplificação da Relação de Equilíbrio – Lei de Henry – Soluções Diluídas...............1015) Comportamento das Relações de Equilíbrio para Soluções Diluídas.............................1076) Conceito de Recuperação do Soluto em Colunas de Absorção......................................1097) Escolha do Solvente a ser Utilizado no Processo...........................................................1108) Nomenclatura das Correntes e composições em colunas de Absorção..........................1119) Projetos de Colunas de Absorção...................................................................................11110) Determinação das Condições de Operação de uma Coluna de Absorção: Balanços de Massa e cálculo da Linha de Operação (LOP)....................................................................11211) Efeito da Vazão de Solvente sobre o Comportamento da Linha de Operação.............11612) Cálculo da Altura de Colunas de Absorção..................................................................11913 - Lista de Exercícios - COLUNAS DE ABSORÇÃO...................................................131

2

1 - Hidrodinâmica e Problemas Operacionais em Colunas de DestilaçãoA operação de uma coluna de destilação passa por duas etapas principais:

a) A partida do equipamento e a elevação da carga até as condições previstas no

projeto ou solicitadas pelo mercado;

b) A manutenção da qualidade do produto e otimização de parâmetros relacionados ao

custo operacional após a estabilização do processo.

Uma vez que a coluna tenha atingido as condições estáveis de processo, com a obtenção de

produtos dentro dos requisitos de especificação, é de se esperar que as intervenções dos

operadores e engenheiros sobre o processo sejam mínimas.

Mas como nem todo processo é isento de falhas, o gerenciamento contínuo das variáveis

críticas do processo, da qualidade dos produtos e da produtividade do processo é

fundamental para que o processo produtivo em estudo seja capaz de atender às demandas

de mercado.

Esse gerenciamento é uma das principais responsabilidades dos engenheiros de processo,

juntamente com os operadores que atuam diariamente no processo.

Gerenciar não significa apenas monitorar alguns indicadores pré-estabelecidos pela

empresa. Na verdade, o engenheiro de processo, ao gerenciar o desempenho de uma coluna

de destilação deve ser capaz de entender os motivos que levam o equipamento a uma perda

de eficiência operacional, e de propor correções para minimizar os impactos desses

problemas.

Esse texto tem por objetivo discutir alguns dos principais problemas operacionais com os

quais os engenheiros e operadores podem se deparar no gerenciamento de processos de

destilação.

3

1.1 – Problemas Operacionais em Colunas de Destilação

Quando da ocorrência de problemas relacionados a colunas, é recomendável que estes

sejam resolvidos o mais rapidamente possível, o que nem sempre ocorre devido a

inexistência de uma estratégia de atuação para a correção dos problemas.

A seqüência descrita a seguir (proposta por KISTER, Distillation Operation, pág 7, 1990) é

considerada a ideal para a identificação dos problemas operacionais em colunas, sendo

baseada na experiência do próprio autor e de outros engenheiros que já passaram por

problemas em seu dia a dia de trabalho.

1) Verificar os riscos de segurança e ambientais associados ao problema. Se

existirem esses riscos então prioridade máxima deve ser direcionada para a

solução do problema.

2) Implantar uma estratégia operacional para que seja possível conviver com o

problema durante certo período de tempo (isso pode incluir perda de

produção, queda no rendimento operacional e até a produção de um

determinado volume de produtos não conforme) até que o problema seja

cuidadosamente investigado (a correção do problema geralmente não é

imediata).

3) Identificar claramente quais os sintomas / anormalidades que o equipamento

apresenta (uma má identificação desses sintomas é, de forma geral, a

principal falha no processo de análise do problema).

4) Examinar a eficiência / anormalidades do equipamento / processo

pessoalmente (se possível) e não somente baseado em dados fornecidos por

outras pessoas (não significa desconfiar das informações fornecidas, mas ter

sensibilidade do que acontece no processo produtivo).

4

5) Buscar um histórico de informações sobre o equipamento. Qual a condição

ótima de operação do equipamento? Existe algo diferente dos padrões

normais de operação? Esse problema já ocorreu alguma outra vez? Como foi

resolvido?

6) Buscar mapear o processo produtivo antes, durante e depois da ocorrência

do problema. Analisar o comportamento das principais variáveis de processo

(pressão, vazões, temperaturas), buscando identificar o momento em que

alguma dessas variáveis tenha sofrido alguma alteração em seu

comportamento e que eventos podem ter ocasionado essa mudança.

7) Conversar com os operadores, supervisores e responsáveis pela operação do

dia a dia do processo. Mesmo que não tenham a explicação para o problema,

essas pessoas podem fornecer boas pistas para um estudo.

8) Não restringir a análise apenas à coluna de destilação. Muitas vezes os

problemas em colunas são causados por perturbação em equipamentos

localizados à montante da coluna.

9) Se possível é interessante realizar estudos de sensibilidade da coluna (as

respostas às perturbações realizadas estão de acordo com o esperado?).

10) Procurar cercar todo o processo incluindo: avaliação de análises em

laboratório do maior número de correntes possíveis (alimentação, destilado,

produto de fundo), calibração de instrumentos de gerenciamento das

variáveis de operação da coluna.

Os dez passos descritos não são uma regra rígida, porém são fundamentais na análise de um

dado problema e, quando seguidos, tendem a otimizar o tempo de solução do problema por

parte dos engenheiros.

5

1.2 - Principais Problemas Operacionais em Colunas de Destilação com Pratos.

Para o caso de colunas com pratos, existem duas categorias principais de problemas que

podem ocorrer:

Os chamados problemas relacionados à hidráulica de operação da coluna. São

classificados em quatro grandes grupos:

Arraste de gotículas de líquido;

Inundação ou flooding;

Choro dos pratos;

Formação excessiva de espuma;

Os problemas relacionados à falha de equipamentos / instrumentos ou

gerenciamento do processo.

6

1.3 – Modelo hidrodinâmico Padrão

A figura a seguir esquematiza a operação de um prato, considerando aspectos

hidrodinâmicos.

Antes de compreender o modelo hidrodinâmico padrão de um prato, é fundamental o

conhecimento de alguns termos utilizados na denominação dos componentes do prato:

Um prato nada mais é do que uma chapa metálica com um determinado número de furos

com diâmetros pré-definidos.

Massa Aerada: corresponde à mistura entre líquido e vapor que escoa pela superfície

do prato. É na região da massa aerada onde ocorre a transferência de massa entre as

fases.

Área Ativa do prato: Corresponde à área onde ocorre efetivamente o contato entre o

líquido e o vapor.

7

Downcomer: são os canais existentes nos lados do prato (cada prato possui dois

downcomers), sendo utilizados para transportar (por gravidade) a corrente líquida de

um prato para o prato imediatamente inferior.

Vertedouro: pode ser caracterizado como um anteparo existente na extremidade final

do prato (antes de se iniciar a descida do líquido para o prato inferior). Sua função é

reduzir a velocidade de escoamento da massa aerada, fazendo com esta, ao atingir o

vertedouro, promova o assentamento da parte líquida da mistura, permitindo que

apenas essa fase seja transportada para o prato inferior.

Representação do Downcomer e Vertedouro de um prato numa coluna

O modelo hidrodinâmico padrão de transferência de massa em colunas de destilação é

representado pela sequência de eventos descrita a seguir:

8

O líquido escoa de cima para baixo na coluna, passando do prato superior para o

imediatamente inferior. Este fluxo ocorre através do downcomer de entrada, e o líquido

passa a escoar paralelamente à superfície do prato (fluxo B-C da figura anterior), sendo

atravessado pelo vapor que flui do prato inferior através de seus furos ou válvulas

existentes na área ativa (essa condição propicia uma eficiente transferência de massa entre

o líquido e o vapor).

À medida que a corrente vapor (mais quente que a corrente líquida) alcança o líquido que

passa pelo prato, ocorre a transferência de calor para o mesmo. Ocorre também a expansão

do líquido e a formação de uma camada turbulenta (denominada massa aerada), que se

desloca ao longo do prato com uma elevada área interfacial, resultando na troca de massa

entre o líquido e o vapor.

Durante esse processo parte do vapor se condensa fazendo com que ocorra um aumento da

quantidade de líquido sobre o prato (esse líquido condensado é mais rico nos componentes

menos voláteis que estão no vapor).

O vapor traz consigo uma grande quantidade de energia e acaba por fornecer calor à massa

aerada, fazendo com que o líquido localizado sobre o prato entre em ebulição e gere uma

maior quantidade de vapor (esse vapor que posteriormente se deslocará para o prato

imediatamente superior é mais rico nos componentes mais voláteis).

Este contato contínuo entre vapor e líquido acontece em todos os pratos da coluna e

provoca a separação entre componentes que apresentam diferenças de volatilidade

significativas.

A massa aerada escoa através do prato até que seja alcançado o vertedouro do mesmo

(ponto D da figura anterior) que favorece o assentamento da massa aerada, separado o

vapor do líquido que escorre para o prato inferior através do downcomer de saída.

De maneira bastante simples: todo comportamento hidrodinâmico de uma coluna de

destilação que for diferente do descrito anteriormente deve ser tratado como um problema

operacional de caráter hidrodinâmico.

9

1.4 - Arraste de gotículas de líquido:

É definido como o “transporte” de gotículas de líquido de um prato para o prato

imediatamente superior.

Normalmente relacionado a uma vazão elevada de vapor pelo interior da coluna bem como

a um mau dimensionamento do espaçamento entre pratos para a carga de operação prevista

no projeto.

Sua conseqüência principal é o retorno de líquido menos volátil para o prato imediatamente

superior da coluna, com perda de eficiência de separação.

O arraste também pode ser entendido como a situação que precede um problema

operacional um pouco mais grave; a inundação da coluna.

10

1.5 - Inundação (Flooding):É o problema operacional mais crítico, sendo caracterizado pelo acúmulo excessivo de

líquido dentro de uma coluna de destilação (sobre os pratos ou no downcomer), com perda

de eficiência de separação dos componentes da mistura.

O acúmulo de líquido pode estar relacionado a duas situações principais:

Quando temos uma vazão (e velocidade) de escoamento do vapor muito elevada pelo

interior da coluna, provocando um aumento do arraste de gotas de líquido para o prato

imediatamente superior da coluna.

Quando temos uma vazão de líquido acima da capacidade de escoamento pelo

downcomer. Nesse caso o downcomer trabalha com o se fosse um bueiro em dias de

enchente, devolvendo o líquido para seu ponto de origem uma vez que não é capaz de

escoar toda a vazão requerida (excesso de perda de carga).

Está diretamente relacionado com o diâmetro da coluna de destilação (capacidade de

processamento), sendo medido em % (quão próximo o equipamento se encontra da

condição de inundação).

Os principais tipos de flooding existentes são:

Inundação por arraste de gotas

O principal fator que caracteriza este tipo de inundação é a velocidade de escoamento do

vapor pelo interior da coluna. À medida que esta velocidade aumenta, aumenta também o

diâmetro das gotas que podem ser arrastadas para o prato imediatamente superior.

Ocorre para baixas vazões de líquido, quando a maior parte do líquido sobre os pratos da

coluna se encontra sob a forma de gotas.

À Medida que se aumenta a velocidade do vapor, essas gotas são arrastadas ao prato

superior onde o líquido se acumula ao invés de escoar para o prato inferior.

11

Inundação por Espuma

Para altas vazões de líquido, ocorre uma maior formação de espuma sobre os pratos, e

quando se aumenta a velocidade do vapor, a altura da espuma no prato também aumenta,

ocupando o espaço livre existente entre os pratos.

Se o espaçamento entre pratos é pequeno, a espuma se aproxima do prato superior e o

arraste cresce rapidamente, podendo causar acúmulo de líquido no prato superior.

Inundação do Downcomer

O líquido aerado pode se acumular ou retornar ao downcomer resultando na sua inundação,

sendo que as principais causas para este processo são a excessiva perda de carga ou

aumento da altura de líquido no prato, que aumentam conforme se aumenta a vazão de

líquido.

Se a vazão de líquido a escoar pelo downcomer for muito elevada, não haverá um tempo de

residência suficiente para que ocorra uma separação clara do líquido e do vapor de modo a

se enviar somente líquido para o prato imediatamente inferior. Como resultado, o volume

de líquido no interior do downcomer cresce excessivamente sendo que o downcomer não

foi projetado para suportar essa capacidade.

O líquido faz então o cominho inverso ao esperado: ao invés de descer pelo downcomer,

retorna para o próprio prato, provocando a inundação do downcomer.

12

1.5.1 - Caracterização do Flooding durante o Processo produtivo

O Flooding é caracterizado pelo acúmulo de líquido no interior da coluna, propagando-se

do 1° prato inundado (que pode ser qualquer um da coluna) para a região de topo da coluna.

O flooding pode ser observado por pelo menos um dos sintomas descritos abaixo:

Aumento brusco no diferencial de pressão e excessivo diferencial de pressão na coluna;

Oscilações no processo (variações em temperaturas dos estágios, por exemplo);

Rápido aumento de arraste para a região de topo da coluna;

Perda da eficiência de separação (que pode ser observada pela alteração do perfil de

temperatura da coluna ou via análise laboratorial);

Redução do gradiente de temperaturas entre pratos (o trecho inundado apresenta uma

única temperatura)

13

Uma vez observado o fenômeno, suas conseqüências podem ser minimizadas através de

ações como:

Redução da carga de alimentação da coluna;

Aumentar a vazão de retirada de produto de topo e de fundo;

Reduzir o fornecimento de energia para o refervedor (reduzindo a vazão de vapor pelo

interior da coluna);

Reduzir a vazão de refluxo para a coluna.

14

1.6 - Formação excessiva de Espuma:

Importante ressaltar que a formação de espuma sobre o prato é um fenômeno esperado no

modelo hidrodinâmico apresentado (zona de turbulência que forma a chamada massa

aerada).

A anormalidade está relacionada à formação excessiva de espuma que ocorre mais

freqüentemente em sistemas onde existam impurezas, baixas pressões e altas vazões de gás

no interior da coluna.

Sistemas onde ocorre o fenômeno da formação de espuma apresentam queda na eficiência

de separação e função do arraste de líquido de um prato para o prato imediatamente

superior. Aliado a esses fatores operacionais, um mau dimensionamento do espaçamento

entre pratos pode contribuir significativamente para a passagem de líquido para o prato

imediatamente superior, resultando em significativa queda na eficiência de separação.

15

1.7 - Weeping ou choro dos pratos:

Definido como a passagem de líquido de um prato para o prato imediatamente inferior

através dos orifícios dos pratos.

Relacionado a situações onde a vazão de vapor é muito baixa e incapaz de “segurar” o

líquido ao longo do prato.

A conseqüência imediata é a passagem do líquido através dos furos dos pratos onde flui o

vapor (ou seja, o líquido não percorre todo o percurso previsto no modelo hiodrodinâmico

padrão), com perda de eficiência na separação dos produtos. Numa situação limite, para um

prato chorando excessivamente, o mesmo poderá secar fazendo com que o estágio de

equilíbrio líquido vapor em questão tenha uma eficiência igual a zero.

Os principais sintomas que indicam que um prato pode estar chorando são a redução brusca

e significativa na pressão de operação da coluna bem como a perda de eficiência de

separação.

16

1.8 - Estabilidade de Operação dos Pratos

A garantia de uma boa separação entre componentes é função da forma como é realizado o

contato líquido-vapor, sendo que uma proporção inadequada entre as vazões de líquido e

vapor pode resultar em efeitos negativos para o processo (perda de capacidade).

A figura abaixo representa um típico diagrama de estabilidade operacional, correlacionando

estas vazões, e ilustra de forma qualitativa, os problemas operacionais listados

anteriormente em função das vazões de líquido e vapor numa coluna.

17

QUADRO COMPARATIVO

PROBLEMAS HIDRODINÂMICOS: COLUNAS de DESTILAÇÃO com PRATOS

PROBLEMA DEFINIÇÃO CAUSAS PRINCIPAIS CONSEQUÊNCIA EVIDÊNCIA

Arraste de Gotas

Transporte de gotas de líquido de um prato para o prato imediatamente

superior

* Mau dimensionamento do espaçamento entre pratos em

relação à carga da coluna

* Elevadas vazões de vapor no interior da coluna

Retorno de líquido menos volátil para o prato

superior

Perda na eficiência da separação dos componentes

Inundação

É o passo posterior ao arraste. Consiste no

acúmulo excessivo de líquido no interior da

coluna

Relacionada a cargas de operação muito elevadas. 1) Inundação por arraste -

Alta vazão de vapor 2) Inundação do Downcomer -

Alta vazão de líquido

As regiões "livres" onde deveria ocorrer o

escoamento do vapor para o prato superior ou do

líquido para o prato inferior não mais existem

* Elevação do DP na coluna* Oscilações no processo

(T,P)* Redução do DT entre

pratos* Perda de eficiência da

separação

Choro

Passagem de líquido de um prato para o prato imediatamente inferior

através dos orifícios dos pratos

Baixa vazão de vapor em relação à vazão de líquido

O líquido passa para o prato inferior sem realizar todo o contato esperado

com o vapor

Perda na eficiência da separação dos componentes

Espuma Excessiva

Sempre ocorreráformação de espuma

sobre os pratos. O problema só ocorre

quando essa formação for excessiva

* Baixas pressões de operação

* Elelvadas vazões de vapor

O espaço destinado ao fluxo de vapor passa a ser ocupado por uma mistura

líquido + vapor

Perda na eficiência da separação dos componentes

18

2 – Problemas relacionados à Falha de Equipamentos ou Gerenciamento do processoAlém dos problemas relacionados ao desempenho hidrodinâmico dos pratos de uma coluna

de destilação, também podem ser evidenciados problemas relacionados a outros fatores,

sendo os mais comuns:

Perda de Eficiência no sistema de condensação;

Perda de eficiência no sistema de fornecimento de energia (refervedor);

Vazamentos em refervedores e/ou condensadores;

Nível alto de líquido na coluna;

Nível alto de líquido em vasos de refluxo;

Presença de água no processo;

Acúmulo de impurezas no processo;

Falta de um determinado componente no processo;

Pratos secos;

Queda de pratos ou pratos deslocados

Saídas de produtos bloqueadas.

Problemas relacionados à instrumentação da coluna.

2.1 - Problemas no Sistema de Refrigeração (Condensador)

19

O tipo de condensador mais utilizado em colunas de destilação é o trocador de calor casco-

tubos, sendo que o fluido normalmente utilizado para condensação da mistura de topo é a

água, conhecida nas indústrias como água de resfriamento (AGR) ou cooling water (CW).

Se a vazão de AGR fornecida ao condensador não for suficiente para condensar a vazão

total de topo da coluna (vazão de produto de destilado + vazão de refluxo), teremos como

conseqüência:

Aumento da pressão de operação da coluna (uma vez o fluido não condensado

permanece na fase vapor), com possível alívio de pressão do interior da coluna e

emissão de vapores para a atmosfera;

Elevação da temperatura da região de topo da coluna, provocando aumento da

concentração de produtos pesados na corrente de topo da coluna (o refluxo mais quente

não é capaz de manter a temperatura de topo da coluna);

Possibilidade de problemas mecânicos no condensador, decorrentes da operação em

condições extremas de temperatura.

As principais causas relacionadas a problemas de perda de eficiência de condensação da

corrente de topo de uma coluna de destilação estão relacionadas a:

Falha no bombeamento de AGR para o condensador;

Carga de alimentação do condensador acima da capacidade do equipamento;

Incrustações nas paredes dos tubos do trocador de calor (figura a seguir), reduzindo a

velocidade de escoamento da AGR pelo trocador e a troca de calor entre fluido quente e

frio (perda de capacidade de condensação).

20

Figura – Detalhe de incrustações nas paredes dos tubos de um condensador de uma coluna

de destilação.

21

Figura – Detalhe de incrustações na entrada dos tubos de um trocador de calor.

Numa situação em que seja evidenciada a perda de eficiência do sistema de condensação,

as principais ações corretivas a serem adotadas estão relacionadas a:

Reduzir a carga de alimentação da coluna;

Reduzir se possível, a razão de refluxo de operação da coluna;

Essas duas ações resultam numa diminuição da carga térmica de operação do equipamento.

É recomendável que se avalie a qualidade da água de resfriamento utilizada no

condensador (parâmetros físico-químicos da qualidade da água, como por exemplo,

sólidos em suspensão, turbidez da água, podem ser utilizados como base para avaliar o

grau de incrustação nas paredes do tubo do trocador);

22

Um monitoramento da performance do coeficiente global de troca térmica desses

condensadores (U) é um excelente parâmetro para decisão sobre a queda de

performance em função de incrustações no equipamento.

23

2.2 - Perda de eficiência no sistema de fornecimento de energia (refervedor);

O fornecimento de calor para a coluna de destilação pode sofrer interrupções em função de

falhas nos equipamentos geradores de calor (normalmente caldeiras que geram vapor na

pressão necessária para o processo).

No caso de interrupções de pequena duração – minutos - (por exemplo, uma falha na

abertura da válvula de controle de vazão de vapor para o refervedor), a principal

conseqüência será o aumento do nível da coluna e a perda de eficiência de separação em

função da não vaporização da mistura de fundo.

Se o fornecimento de energia cessar por um longo período não existe outro recurso a não

ser a parada do processo até que sejam reestabelecidas as condições normais de operação.

Condições que normalmente resultam em falha no fornecimento de energia são:

Queda de energia elétrica;

Parada de caldeiras em função de falhas operacionais (intertravamentos para garantir a

segurança do processo produtivo);

Falha no fornecimento de combustível à caldeira;

Outro problema comum de se observar está relacionado a balanços no fornecimento de

energia para a coluna (note que não significa que não existe fornecimento de calor, mas sim

uma variação na vazão de alimentação de vapor, por exemplo, para o refervedor).

Apesar dessa condição não resultar numa parada da coluna de destilação, também pode

trazer sérias conseqüências ao processo produtivo, pois a vazão de vapor no interior da

coluna pode variar consideravelmente, afetando a eficiência dos estágios de separação

(lembrar que o número de estágios está relacionado com as vazões de líquido e vapor no

interior da coluna – relação L/V).

24

2.3 - Vazamentos em trocadores (refervedores e Condensadores)

Vazamentos em tubos de trocadores podem ocorrer principalmente devido a problemas de

corrosão, incompatibilidade do material do tubo do trocador com o fluido de processo, mau

dimensionamento da espessura dos tubos, etc.

Os efeitos dos vazamentos dependem da magnitude desse vazamento, da direção de

escoamento do fluido (do ponto de maior pressão para o de menor pressão), ocasionando

principalmente a contaminação de produtos do processo produtivo e ocorrência de reações

químicas indesejadas.

Os vazamentos normalmente são detectados através de análises físico-químicas dos

produtos, quando são observadas “substâncias estranhas” em relação à composição típica

do produto.

Por exemplo, a contaminação de um produto com água de resfriamento proveniente dos

tubos do condensador, pode ser identificada através de íons presentes na água, tais como

cloretos, cálcio, magnésio, silicatos, etc.

Operacionalmente, os vazamentos podem ser detectados por instabilidades na pressão de

operação das colunas, desempenho inadequado do condensador e/ou refervedor

Normalmente quando são evidenciados os vazamentos nos tubos de um condensador ou

refervedor, a ação adotada é a retirada de operação desse tubo (o vazamento é detectado

através de um teste de pressurização do trocador com água pelo lado do casco até se

observar em qual tubo ocorre vazamento). Uma vez identificado o tubo que está vazando,

este é “plugueado”, conforme indicado na figura a seguir.

Com isso, o problema do vazamento é resolvido, porém o equipamento é comprometido em

sua eficiência, pois acaba tendo sua área de troca térmica reduzida.

25

Figura – Detalhe de tubos de um condensador que apresentam vazamentos e foram

retirados de operação.

26

2.4 - Nível alto de líquido na coluna

O nível em colunas de destilação é gerenciado pelos chamados indicadores de nível, que

quando operam de maneira satisfatória, evitam a ocorrência de níveis elevados de líquido

no fundo da coluna.

Independentemente da instrumentação, que pode apresentar falhas e gerar problemas de

controle de nível em colunas, outros fatores podem contribuir para aumento do nível nas

colunas, prejudicando sua operação. São eles:

Problemas ou dificuldades em se retirar produto de fundo;

Alimentação excessiva de líquido na coluna, ocasionando acúmulo no fundo;

Quando se observa o fenômeno de nível elevado no interior da coluna, recomenda-se que o

problema seja corrigido através de ações, como por exemplo:

Calibração do instrumento de medição de nível, que pode estar indicando valores

errados.

Aumentar a retirada de produto de fundo da coluna (se houver suspeita ou comprovação

de que o produto de fundo esteja fora dos padrões de qualidade desejados, este deverá

ser transferido para um tanque de reprocesso de produtos);

Avaliar a relação entre velocidade (vazões) de vapor e líquido no interior da coluna

(um valor muito baixo pode indicar a necessidade de se aumentar a vazão de vapor –

aumento de carga térmica para o refervedor – ou redução de carga de alimentação da

coluna);

27

2.5 - Nível elevado de líquido em vasos de refluxo

É um problema de menor intensidade que o acúmulo de líquido no fundo da coluna.

Quando o nível desse vaso se eleva, poderá ocorrer o retorno de líquido para o

condensador, “inundando” alguns tubos que e reduzindo sua capacidade de condensação.

Nessas condições, geralmente se observa uma elevação da pressão da coluna, com

possibilidade de abertura da válvula de alívio para a atmosfera.

A instalação de um medidor de nível com baixo índice de falhas e um gerenciamento por

alarmes de processo é indicado para prevenção desse tipo de problema.

28

2.6 - Presença de água no processo

A presença de água na coluna pode causar problemas, principalmente quando estamos

separando uma mistura de produtos insolúveis em água, tais como hidrocarbonetos.

Entre as principais consequências da presença dessa água estão: inundação da coluna,

corrosão, alterações na pressão de operação, produtos fora de especificação.

A água pode aparecer no processo de várias fontes principais, entre as quais:

Contaminante na corrente de alimentação da coluna: por exemplo, se a mistura de

alimentação está armazenada num tanque que não apresenta um sistema de inertização,

permitindo que a mistura agregue água.

Após a limpeza de uma tubulação de alimentação da coluna, pode ocorrer falha na

drenagem da tubulação, fazendo com que a água seja incorporada ao processo;

Resultante de reações químicas que podem ocorrer na corrente de alimentação da

coluna, ou mesmo no interior da coluna;

Ou também quando temos vazamento nos tubos do condensador da coluna, fazendo

com que a água de resfriamento passe para o interior da coluna.

Pode aparecer no interior da coluna após uma etapa de lavagem do equipamento

29

2.7 - Acúmulo de Impurezas

É possível que colunas sejam alimentadas por correntes que apresentem componentes cujo

ponto de ebulição apresenta um valor intermediário entre o produto destilado e o produto de

fundo da coluna.

Muitas vezes a temperatura de operação do topo da coluna é muito baixa e a temperatura de

fundo é muito alta fazendo com que o produto não seja eliminado da coluna na corrente de

topo ou fundo.

Nesse caso, a taxa de retirada desse produto intermediário da coluna é inferior à taxa com

que esse componente alimenta o processo.

Como esse produto “não tem para onde ir”, ele se acumula no interior da coluna, podendo

resultar em flooding e formação de depósitos nos pratos. Se esse componente intermediário

for água ou um produto de característica ácida, pode acelerar o processo corrosivo no

equipamento.

Um típico sintoma que caracteriza esse fenômeno é uma variação na temperatura de

operação da coluna até que o produto seja “expulso” da coluna.

Esse tipo de problema pode ser minimizado através de ações como:

Reduzir o diferencial de temperatura entre o topo e fundo da coluna, aumentando a

temperatura do topo ou reduzindo a temperatura de fundo. Com isso, espera-se que o

intermediário saia da coluna junto com uma das correntes de processo, apesar de poder

resultar numa perda de eficiência operacional;

Alterar a temperatura de alimentação da coluna: baixar a temperatura de alimentação

pode reduzir o acúmulo do intermediário na seção de topo da coluna; já um aumento da

temperatura de alimentação pode reduzir o acúmulo do intermediário na seção de

esgotamento da coluna.

30

Alterar o ponto de alimentação da coluna: efeito similar ao anterior, porém estamos

alterando o número de estágios teóricos necessários para uma dada separação, o que

pode resultar em queda de eficiência no processo;

Prever pontos para retiradas laterais de produto na coluna: essa técnica normalmente

consiste na retirada lateral de uma pequena porção de líquido ou vapor, que irá

alimentar uma outra coluna em paralelo. Nessa coluna, o produto intermediário é

separado e a corrente isenta do intermediário retorna à coluna original.

31