curso de destilação

7/31/2019 Curso de destilao

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SUMRIO

1) CONCEITOS1.1) Constante de equilbrio

1.2) Volatilidade relativa1.3) Refluxo mnimo e nmero mnimo de estgios tericos1.4) Destilao multicomponente

2) PRATOS2.1) Pratos valvulados2.2) Inundao

2.2.1) Previso da inundao2.2.2) Tipos de inundao2.2.3) Downcomer backup

2.2.4) Downcomer chock2.2.5) Downcomer sealing

2.3) Arraste por limite do sistema2.4) Eficincia2.5) Formao de espumas2.6) Pratos X Recheio

2.6.1) Aplicaes tpicas de recheios2.6.2) Aplicaes tpicas de pratos2.6.3) Comparao entre pratos e recheios2.6.4) Baffled trays X grid

3) RECHEIOS3.1) Histrico3.2) Capacidade3.3) Eficincia3.4) Inundao3.5) Recheios estruturados - cuidados

4) LEITOS DE LAVAGEM4.1) Vazes nos leitos de lavagem4.2) Altura de zonas de lavagem

4.3) Balano de energia nos leitos de lavagem4.4) Reduo de coqueamento em leitos de lavagem

5) DISTRIBUIO DE LQUIDO5.1) Avaliao de distribuidores5.2) Efeitos da distribuio de lquido5.3) Tipos de distribuidores de lquido

6) BOCAIS DE CARGA6.1) recomendaes de velocidade6.2) recomendaes de arranjo de bocais

6.3) problemas referentes a bocais


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7) BOCAIS DE SADA DE LQUIDO

8) DIAGNSTICO DE PROBLEMAS OPERACIONAIS(TROUBLESHOOTING)8.1) Gama Scan

8.2) Diagnstico de espumas8.3) Sintomas de Inundao ( FLOOD SYMPTOMS)8.4) Pesquisa de Temperatura8.5) Balano de Energia8.6) Balano de Massa8.7) Erros comuns em detalhes de projeto8.8) Problemas referentes a bocais de carga

9) SIMULAO DE UNIDADES DE DESTILAO9.1) Modelos termodinmicos9.2) Simulao de torres de refinarias de petrleo

9.3) Principais dificuldades na simulao de unidades a vcuo

10) ESTUDOS DE CASO10.1) Separao de Resduo e Glicol10.2) Coqueamento de leito de fracionadora de UFCC10.3) Aumento de Capacidade em torres com recheio10.4) Absorvedora Primria/Secundria da UFCC da REPAR10.5) Torre de estireno10.6) Problemas de hic-ups em torres10.7) Uso de temperature survey10.8) Estudo de downcomer back-up10.9) Exemplo de caso com fator de espuma10.10) Problemas em torre de vcuo

11) INSTRUMENTAO

12) CONTROLE

13) REFERNCIAS


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PRACTICAL DISTILLATION TECHNOLOGY SEMINAR HENRY Z. KISTER

Arquivo Curso de destilao.doc Criado em20/3/2008 08:02:00

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1. CONCEITOS DE DESTILAO

1.1. Constante de Equilbrio

Constante de equilbrio = Ki = yi/xi

Ki > 1 --> componente i no vaporKi < 1 --> componente i no lquidoKi mede a facilidade do componente i vaporizar

Ki = funo (T, P, composio). No equilbrio, fixando 2 das 3 variveis,a 3a. est fixada. Observar que Ki no depende do refluxo da torre

Gs ideal : (lei de Dalton):pi = yi * P

Soluo lquida ideal (lei de Raoult):pi = xi * pi

o pio = presso de vapor do lquido

Ki = yi/xi = pio/P

Para sistemas reais, temos:

Ki = yi/xi = iL * i * i * pi

o , ondei

V P

=Vi Coeficiente de fugacidade do vapor. Leva em conta o efeito da no-

idealidade do vapor na sua fugacidade. Geralmente estimado a partirde uma equao de estado, e depende de temperatura, presso e fraomolar de vapor. Corresponde a um ajuste fino na presso parcial dovapor. Para presses prximas da atmosfrica, usualmente adotado ovalor unitrio (= 1).

=Li Coeficiente de fugacidade do lquido. Leva em conta o efeito da no-idealidade do vapor na fugacidade do lquido. Geralmente estimado demodo similar ao coeficiente de fugacidade do vapor, mas baseado natemperatura do sistema e presso de vapor dos componentes puros.

Para presses prximas da atmosfrica, usualmente adotado o valorunitrio (= 1).

=i Fator de correo de Pointing. Leva em conta o efeito da presso na

fugacidade do lquido. Uma vez que Li avaliado para uma presso devapor do componente puro, o fator de Pointing leva em conta a diferenaentre a presso de vapor do componente e a presso da mistura. Esteefeito pequeno e pode ser ignorado a presses baixas, devendo serconsiderado para presses acima de 10 atm.

=i Coeficiente de atividade do lquido. Corrige a fugacidade do lquido peloefeito da composio. Seu valor depende da similaridade dos


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componentes. Para dois componentes similares, como uma mistura i-butano/n-butano, o coeficiente de atividade do lquido praticamente 1.Se os componentes so diferentes, o coeficiente de atividade podeatingir valores muito superiores.

Na previso da constante de equilbrio, Kister recomenda:

hidrocarbonetos: A interao entre molculas pequena e o efeito detemperatura e presso grande .portanto mais importante representarbem a fase vapor. Utilizar equaes de estado e no dados de mistura.

substncias qumicas : A interao entre molculas e o desvio da idealidadena fase lquida so grandes, portanto mais importante representar bem afase lquida. Utilizar dados de mistura e a equao de Duhem. No utilizarequaes de estado ou UNIFAC, melhor UNIQUAC ou NTRL.

1.2. Volatilidade Relativa

Referncia : seo 1.2 do livro de projeto do Kister (Referncia 1,pags. 3 a 8).

A volatilidade relativa uma medida da facilidade de separao decomponentes.

A destilao uma tcnica de separao de componentes de acordo comsuas volatilidades relativas. A volatilidade relativa uma medida da facilidadede separao. Esta definio torna a volatilidade relativa a razo entre astendncias a vaporizar dos dois componentes. Se a volatilidade relativa altaum dos componentes ( o mais voltil ) tem maior tendncia a vaporizar que ooutro, e ser fcil separar os dois por vaporizao preferencial de um comrelao ao outro ( isto , por destilao ). Por outro lado, quando um doscomponentes tem uma tendncia a vaporizar to grande quanto o outro ( isto , to voltil quanto) a volatilidade relativa prxima unidade, e oscomponentes sero difceis de separar por destilao. Se a volatilidade relativafor 1, cada componente to voltil quanto o outro, e no podero serseparados por destilao.

Volatilidade relativa: i = KiKj


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Volatilidade relativa: comparaa facilidade de se vaporizaros componentes i e j.

Se >> 1 muito mais fcilvaporizar i do que j ( > 2)

Se entre 1 e 1,5, os doisvaporizam igualmente, sendodifcil de separar i de j.

nunca menor que 1,obviamente.

.O componente i passa de uma concentrao de 0,45 na fase lquida para 0,70na fase vapor --> h um grande salto de concentrao de i na fase vapor,portanto facil separar este componente por destilao, sem a necessidade demuitos estgios tericos.

Apresentamos a seguir 2 exemplos ilustrando a importncia da estimativacorreta da constante de equilbrio.

Exemplo 1: A simulao de um tambor de gua cida contendo MeCl2apresentou o seguinte resultado:

Utilizando um modelo ideal : baixa concentrao de MeCl2 na fase vapor (coerente com o Ki calculado )

Utilizando um modelo com ajuste do coeficiente de fugacidade ( = 225 ) :concentrao de MeCl2 na fase vapor compatvel com os dados operacionais(27% ao invs de 0,12% anteriormente calculado ).

Exemplo 2: Contaminao de uma depropanizadora com metanol, levando presena deste no topo.

Nestes exemplos concluimos que quando existe forte interao entre oscomponentes deve-se utilizar dados experimentais para ajustar os coeficientesde atividade nos modelos qumicos.

1.3. Refluxo Mnimo e Nmero Mnimo de Estgios Tericos

Como selecionar o par refluxo/nmero de estgios requerido para aseparao? atravs de um balano econmico, levando em conta a altura datorre versus o dimetro da torre e custo de utilidades.

0,45

0,70

y

x


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Prtica de projeto : RR = 1,2 a 1,3 RRmnimo

Geralmente, RR mnimo =

1,05 a 1,10 fluidos refrigerantes baixa temperatura

1,10 a 1,20 - fluidos refrigerantes alta temperatura

1,20 a 1,30 gua e ar

1.4. Destilao Multicomponente

Referncia 1, seo 2.3.3. ( pags. 61 a 67 )

A separao multicomponente tratada como uma separao binria entre oscomponentes chave leve e chave pesada.

Componentes chaves : so aqueles que aparecem tanto nos produtos de topocomo de fundo, e servem para definir a eficincia de separao.

Outros componentes : podem ou no aparecer nos dois produtos. Geralmente,a composio vai para zero em um dos produtos: componentes pesados:concentrao = 0 no topo, e componentes leves: concentrao = 0 no produtode fundo.

Exemplo 1: imaginando uma mistura C1, C3 e C4, sendo C3 = chave leve e C4= chave pesada:

fase lquida: XC1 + XC3 + XC4 = 1fase vapor: KC1 * XC1 + K C3 * XC3 + K C4 * XC4 = 1

K C1 >> 1, K C3 > 1 e K C4 < 1 no topo da coluna

No topo da coluna, XC4 ~ 0, logo: XC1 + XC3 = 1 e KC1 * XC1 + K C3 * XC3 = 1 isto impossvel. Somente seria possvel se KC3 < 1, logo, C3 passa a ser umcomponente pesado passa de fase vapor para a lquida e a temperatura notopo deve cair.

claro que se tivermos uma concentrao de C4 diferente de zero no topo, acurva tende a ser mais uniforme.

N estgios

RefluxoRefluxo mnimo

Nestgiosmnimo


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C3C4

Nmero de Estgios

Fraomolar


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2. PRATOS

2.1. Pratos valvulados

Referncia 1, pags.266 e 267

Os pratos valvulados sofreram constantes evolues, sempre visando resolverum ou outro problema. Contudo, a filosofia sempre a mesma, e asinovaes nem sempre trazem as vantagens que os vendedores informam.

CorrosoPea de fixao nica p/reduzir a corroso

capaprotetora +disco --> menor taxa decorroso, mas tambm apresentaproblemas

Vlvulas retangulares evitam a rotao da vlvula

porm mais suscetveis corroso

Para servios com alto fouling, usarpratos com vlvulas fixas:embora tenham menor turndown, somenor propensos ao fouling.

Existem trs tamanhos de vlvulas fixas. Os maiores possuem menorcapacidade, porm maior resistncia ao fouling.

Em comparao com os pratos perfurados, os pratos com vlvulas fixaspossuem maior rea de passagem por vlvula, porm menor raio hidrulico:


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A1 = rea do furo

A2 = rea do cilindro

Normalmente

A2 = 0,6 * A1 (Glitch, Koch e Nutter)A2 = A1 (Norton)

Bubble Caps --> nunca utilizar em pump-arounds (ou seja, nunca utilizar em regiesonde h muita vazo de lquido).

OBS: Os pratos valvulados tambm sofrem constantemente de weeping. Em

menor escala que os pratos perfurados, mas sempre apresentam weeping.

2.2. Inundao

Flooding is a acumulation of the liquid !! - KISTER

2.2.1. Previso da inundao

A previso da inundao pode ser feita utilizando a constante deSouders&Brown

=

gl

g

floodSB uC

*

Correlaes recomendadas para o clculo do CSB

Glitsch ( pratos vlvulados )

O CSB funo do espaamento entre pratos e da vazo de lquido.

Kister considera o clculo do CSB pelo mtodo da Glitisch como o melhorpara pratos valvulados, mesmo que sejam pratos da Koch ou da Nutter ( o mtodo utilizado no Hysim ).

Kister & Haas ( pratos perfurados )

).,.(* furosdimfsicasproprfKh

SKC

ct

SB =

=

Referncia 1, pgina 279 - eq.6.12.

A1

A2


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Kister no recomenda mtodos computacionais para a avaliao decapacidade de pratos perfurados.

Faixas prticas ( para estimativas grosseiras do CSB )

0,45 hidrocarbonetos e compostos orgnicos

0,35 a 0,42 recheios estruturados e randmicos de grandedimetro (ex: IMTP 70, Mellapack 40Y e Gempack)pratos com espaamento entre 24 e 36 in

0,25 a 0,35 recheios estruturados e randmicos de mdiodimetro (ex: IMTP 50, Mellapack 250Y,Gempack 2, Norton 2 e Pall Ring 2 in )

< 0,25 P > 100 psia ou vazo > 200 gpm/ft2

Quanto maior o recheio maior a capacidade ( maior CSB ) .Para pratos, quanto maior a presso menor a capacidade devido limitao do downcomer.

Variao do CSB com a geometria dos pratos

CSB TS0,5 ( 16 in 24 in + 22% )

CSB mx @ 2-3 gpm/in ( 1 passe 2 passes + 10%)

CSB A furada ( 8% 15% + 10%)( aumento marginal se A furada > 12-15% ou vazo > 6 gpm/in

CSB dfuro (1/2 in 3/16 in + 10% tpico )( o borbulhamento melhor com furos de menor dimetro )

2.2.2. Tipos de inundao

Vapor Flooding - entrainment (jet) - a gota de lquido arrastada para o

prato superior Limite de sistema - system limit - arraste de toda a espuma para o prato

superior Inundao por lquido - Liquid Flooding

Downcomer Backup - o lquido retorna pelos downcomers Downcomer Chock - a espuma no consegue entrar no downcomer

Dowcomer Sealing

2.2.3. Downcomer backup

Depende de: nvel de lquido no prato


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P do pratoP abaixo do downcomer

Se aumentarmos a rea do downcomer, nenhumdestes parmetros afetado,logo, o aumento da rea do downcomer NOafeta o DC backup.

Supondo que tenhamos 50 % de lquido e 50 % de vapor, teremos 400 mm dealtura de espuma sobre o prato. Como o espaamento entre os pratos de 610mm, nuncadeveramos ter DC backup floodind !!!

S h ocorrncia de DC backup se:P nos pratos aumentar (fouling in trays)h DC clear aumentar (fouling do DC)

2.2.4. Downcomer chock

Critrios para clculo da inundao por DC chock ( Referncia 1, pgina 288 ): No h programas (softwares) que calculem este tipo de inundao!!! KISTERrecomenda adotar os critrios descritos na referncia 1:

Mxima velocidade no DC (lquidos puros):recomendado : 0,2 a 0,6 ft/sec (90 - 270 GPM/ft2 DC)depende do fator de espuma do sistema :

F = 1,0 ---> 0,6 ft/s (torre atmosfrica)F = 0,7 ---> 0,2 ft/s (torre de pr-flash)

Mnimo tempo de residncia no DC:recomendado : 3 a 7 sec, normalmente entre :

3 segundos (torre atmosfrica)5 segundos (torre pr-flash)dependendo do fator de espuma

tomar cuidado com sistemas de ALTA PRESSO.

2.2.5. Downcomer sealing:

Em partidas de unidades: Lquido desce pelos furos dos pratos e o Vapor sobepelos downcomers.

Se a velocidade do vapor for elevada => o lquido no desce pelo downcomer(teremos dumping).

Se a altura do lquido aumenta => temos a ocorrncia de system limit eposteriormente, o arraste de lquido:


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O grande problema que os projetistasutilizam apenas uma regra: folga sob o

downcomer = 1/2 menor que a altura dovertedor (hw).

Recomenda-se que hcl (folga sob odowncomer) seja menor que 30 mm (1).Quanto menor for o valor melhor,principalmente quando temos uma baixavazo de lquido.

Podemos utilizar um vertedor deentrada, para evitar este problema, como

mostrado na figura a seguir:

Problemas que estes vertedoresapresentam: acmulo de sujeira e gua nesta regio.

Soluo: Prever um rasgo novertedor de entrada:

pratovertedor de entrada

2 ft 1/4

Referncias : Kister, H.Z & Hower Jr, T.C., Unusual Operation Histories of Gas Processing

and Olefins Plant Columns,. Plant/Operations Progress , july/1987 , pg 151a 161.

Manual de operao do Kister (Referncia 2, pginas 183-186)

Torres de Destilao a Vcuo => a relao L/V muito pequena (poucolquido e muito vapor) ==> temos gotas de lquido arrastadas pelo vapor, epossivelmente, regime de escoamento de lquido em SPRAY.

C3 splitter ==> a relao L/V muito alta (muito lquido e pouco vapor) ==>em plantas de gs, com presses de operao acima de 600 psi (C3 splitter,deetanizadora), temos muito lquido, e regime de escoamento do tipo bubblyou escoamento de emulses.

Entre os dois extremos, fica a torre atmosfrica, com um escoamento misto :

vapor

lquido arrastado

VALVE TRAYS SIEVE TRAYS

3

1


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Quando ocorrer inundao pelodowncomer : aumente a rea sobo downcomer, reduza o dimetrodo orifcio e aumente a rea ativa,ou ento reduza a altura do

downcomer.

Em torres fracionadoras queoperam com elevada presso,pode ocorrer downcomer chock.Em deetanizadoras, a presso deoperao prxima da suapresso crtica, e pode ocorrer

tamponamento do downcomer.

Soluo : aumente a rea do downcomer, utilizando SLOPED DOWNCOMER:

2.3. Arraste por limite do sistema:arraste de gotas de lquido pelo vapor:ocorre geralmente em sistema de altapresso, mas pode ocorrer emqualquer sistema, principalmente emvasos de topo de atmosfricas e pr-flash.

Quando os fornecedores falam que oseu produto possui uma capacidadeMAIORdo que o do seu concorrente,devemos tomar muito cuidado, poisgeralmente o que ele fala verdade,PARA UM DETERMINADO PONTO!!!Em outros pontos (diferentescondies de L/V, ou seja, diferentes

razes de refluxo), pode ser que a sua capacidade seja at MENORdo que ado concorrente, como podemos ver na figura a seguir:

V

L

flooding

spray bubblymixed


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flood B

flood C

flood A

V

L

Vemos que os 3 tipos de internosA, B e C, apresentam diferenteslimits de flooding, sendo umade maior capacidade que a outra,dependendo do ponto de operao!

Evidentemente, o fornecedor sapresenta o dado mais vantajosopara o seu produto.

Portanto, quando o fornecedor diz que o produto dele possui 30 % a mais de

capacidade que o prato valvulado convencional, dependedo L/V. S que elenunca informa esta limitao ...

Arraste ( entrainment ) depende da velocidade na linha de transferncia e dadistribuio das chamins e do bocal de carga.

Boa distribuio : arraste = 0,5% volumeM distribuio : arraste = 5,0% volume

Velocidade na linha de transferncia 0,86 Mach ( ok segundo Kister )T na linha de transferncia 20C est OK.

2.4. Eficincia

Pratos Normais:

reas Mortas

Eficincia = 70 %H um gradiente de concentraodo componente i no lquido,devido m mistura

H um gradiente de transf. de massaentre as fases lquida e vapor

Pratos de alta Eficincia


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Eficincia = 70 %

H uma boa mistura do lquido,portanto no h gradiente deconcentrao do componente i

H um nico coeficiente detransferncia de massa ao longo

do prato

Nos pratos de alta eficincia, no h zonas mortas, e portanto a mistura dolquido no prato melhor. Contudo, a eficincia global do estgio terico cai,pois no teremos um gradiente de concentrao da fase lquida ao longo doprato, que levaria a eficincias maiores.

Como os pratos de alta eficincia possuem maior rea de vlvulas, acabacompensado a perda de eficincia. Em colunas que fracionam isobutenos eisopentenos, a eficincia de pratos convencionais pode ser superior a 100 %,devido no mistura nos pratos.

Figura 1 Figura 2

Fig.1 : O vap A mais leve que o vap B. O vapor B est em equilbrio com olquido que desce do prato. O lquido que chega ao prato tem menos leves queo lquido que sai do prato. Logo eficincia > 1,0 !!!!

Fig. 2: O vap A e o B esto em equilbrio com o lquido que desce. Logoeficincia = 1. O efeito de no idealidade depende do comprimento do prato, o

Lquido para oprato abaixo

vap.A vap.B

Vapor do

rato abaixo

Lquido para oprato abaixo

vap.

A

vap.

B

Vapor do

prato abaixo


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que no ocorre com os pratos de alta eficincia. Logo, pratos de alta eficinciaso menos eficientes.

Em torres atmosfricas de refinarias, a velocidade em vlvulas e furos de 7 a10 ps por segundo. Como muito rpido, o tempo de contacto entre as fases

lquida e vapor muito pequeno. Deste modo, a no idealidade (misturadeficiente no prato) desejada, para melhorar a eficincia global da torre. Noutilize pratos de alta eficincia !!!

Os mtodos para clculo de eficincia de pratos, existentes nos simuladores deprocesso, NOso bons, SO PSSIMOS. Levam a temperaturas erradas nospratos.

Mesmo os mtodos da F.R.I. no so bons.

Utilizar estgios ideais na simulao.

Os modelos NON-EQUILIBRIUMno so bons !!!

Quando os modelos de equilbrio so utilizados, ns conseguimos determinar onmero de estgios tericos e, pelo HETP, a altura do leito. Com isso,podemos determinar onde est ocorrendo o problema. Com os modelos deno-equilibrio, voc no sabe o que est ocorrendo !! Exceo : emabsorvedoras de aminas, temos cerca de 3 estgios tericos==> os modelosde equilbrio no do bons resultados. O uso de modelos non-equilibrium estse tornando interessante para estas aplicaes.

Tambm na simulao de unidades de MTBE, regeneradoras de aminas edestilao reativa, os modelos de no-equilbrio so interessantes.

Os modelos de no-equilbrio consideram que temos uma interface L/V, ondeocorre a transferncia de massa e energia entre as fases, com um coeficientede difusividade que depende de parmetros do recheio, propriedades fsico-qumicas, etc. Esta modelagem fica escondida dentro da simulao, e oengenheiro no tem condies de averiguar o desempenho da simulao.

Os pacotes de guas cidas e aminas dos simuladores existentes so

termodinmicos, ou seja, de equilbrio.ONDE OBTER A EFICIENCIA ?

Dos dados experimentais Mtodos rpidos : ver Referncia 1, pgina 377. O Grfico de OConnel o

melhor mtodo que existe.

EXEMPLO 1:

Fracionamento Nafta/Querosene --> volatilidade relativa baixa, viscosidadebaixa, logo a eficincia alta.


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Retificadora de guas cidas --> volatilidade relativa alta, viscosidade alta, logoa eficincia baixa.

Observar que no interessante trocar pratos por recheios em torres com

produtos muito leves: a eficincia dos pratos prximo a 100 %, e do recheio menor !!! Pode se chegar a casos em que, para o mesmo nmero de estgiostericos, a altura de torres com recheios fique maior do que com pratos.

OConnel no levou em conta a geometriado prato. Portanto, so necessriaspequenas correes, como as que aparecem nas pginas 389 a 394 daReferncia 1. Ver a tabela a seguir:

FATOR MUDANA EFICINCIAPath Lenght 1 pass --> 2 pass 5 - 15 % de decrscimo% hole area 8 % --> 14 % 5 - 15 % de decrscimo

weir height 1,5 --> 3 0 - 5 % de aumento. S faz maioresdiferenas se houver tambm reao, onde otempo de residncia influi na eficincia

hole area 0,25--> 0,50 0 - 5 % de aumento ou reduo. Ainda no hdados conclusivos sobre este efeito

Loads, Reflux ~ 0 % . A eficincia no depende do loading , L dividido por 2 -

aumento depresso

~ 5 % de aumento na eficincia

Tenso

Superficial

No h dados conclusivos

Correlao para a reduo de eficincia devido ao aumento do nmero depasses em pratos:

Quando se tem uma coluna comum passe de pratos, e seaumenta para 2 passes,normalmente se perde 10 % emeficincia.

Eventualmente, pode sernecessrio aumentar o nmerode passes devido necessidadede se aumentar a capacidade.

Neste caso, ficar atento para a reduo na eficincia.

A eficincia dos pratos NOdepende do % de inundao, ou seja, aumentandoo refluxo, voc NOafeta a eficincia, ou seja, no altera o nmero de estgiostericos.

Quando se tem mais de um passe de lquido no prato a distribuio do lquido muito importante. Por exemplo, Kister apresentou um caso em que no prato de

% da Eficincia

flow path lenght, in

60

70

80


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carga de uma deetanizadora ocorria arraste de pesados ( mais de 8% de iso-penteno ) para o topo causado pela m distribuio de lquido. A soluo foiinstalar chamins e redistribuidor de lquido.

EXEMPLO 2 :

Para a seo de fracionamento entre Nafta Pesada e Querosene:

mdio ~ 0,2 cP ~ 2 . ~0,4 ---> eficincia +- 63 %

Nas torres atmosfricas da Petrobrs--> diam = 7,0 mespaamento entre pratos = 302 passes por pratosLFP ~ 3,0 metros

Logo a eficincia em torno de 63 + 10 % = 70 % 10 % --> correo %da eficincia.

OBSERVAO: Se voc tiver, na simulao, uma eficincia muito alta, deveinvestigar:

A eficincia medida 100 % e o projeto de 60 %:

Nestgios(eficincia)

Refluxo

100 %

60 %

medido

projeto

=> estamos numa regio de alta eficincia, e muito sensvela balanos trmicos !!!Qualquer erro de 5 % na carga trmica do reboiller ==> grandvariao no N estgios.Qualquer erro de 5 % na vazo de refluxo (normal) => erro de20 % na eficincia.

Portanto, deve-se fazer uma anlise de sensibilidade, variando a vazo derefluxo e reavaliando a eficincia.


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2.5. Formao de espumas

A espuma um problema que no acontece em qualquer torre, apenas emalgumas especficas:

Vasos e torres de pr-flash : um fato ( no se sabe porque ); strippers com vapor, em unidades de asfalto & outros resduos pesados, eem unidades de desasfaltao. No ocorre em plantas de lubrificantes.

absorvedoras e regeneradoras de aminas. Observar que MEA e DEA noformam espuma; a presena de impurezas, como hidrcarbonetos, corrosoe gua que geram espuma. Quando a DEA limpa, possui coloraoamarela; quando est marron, porque possui hidrocarbonetos, e geraespuma. A soluo filtrar a DEA com carvo ativado.

absorvedoras de hidrocarbonetos ( C3- gasolina ) absorvedora nafta pesada X LCO strippers de gua cida

No formam espuma: retificadoras laterais de torres atmosfricas, edebutanizadora.

A formao de espuma em torres com recheio ocorre da mesma forma que emtorres com pratos.

A altura de espuma em torres de pr-flash depende principalmente da vazo delquido. Portanto, aumento de presso ou reduo de temperatura aumentam avazo de lquido e consequentemente a altura de espuma.

O fator determinante para formao de espuma a relao GPM/ft2 na torre.Esse fator provm de similaridade com o dimetro crtico de bolhas. Paravertedores de torres, limita-se a vazo especfica a, no mximo ul P randomico1/6 P prato ===> P estruturado => no tem nvel de lquido

=> maior rea de passagem de vapor


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A rea aberta de um prato tipicamente 5 a 10% da seo transversal, o quecorresponde a um orifcio de restrio com uma razo de 10 a 20 para 1. Almdisto a altura de lquido em cada prato de 1 a 2 polegadas em mdia. A perdade carga da ordem de 0,15 psi por estgio.

Por outro lado, a rea aberta em uma torre recheada normalmente maior doque 50% o que leva a valores de perda de carga tpica de 0,04 psi por estgioterico para os recheios randmicos e metade deste valor para os recheiosestruturados.

Torre de vcuo

Para a mesma presso de topo e mesmo nmero de estgios tericos amenor presso resultante na zona de alimentao da torre significa menordegradao de produto, mais capacidade e menor consumo de energia.

Torres com compresso do produto de topo

Menor P acarreta menor potncia requerida para o compressor : reduode investimento e de energia.

Revamps

A reduo da perda de carga em revamps pode ser traduzida em : ganho decapacidade e/ou ganho de energia e/ou melhoria de separao.

Torres de pequeno diametro ( < 3 ft )

Em geral recheios oferecem uma soluo mais barata em funo dadificuldade de acesso para manuteno dos pratos.

Sistemas Corrosivos

Embora pratos sejam fabricados em materiais no metlicos, as opes emrecheios so mais variadas e mais baratas ( plstico e cermicaprincipalmente).

Destilao em batelada

Por causa da menor reteno de lquido a recuperao de produto maiorno caso de recheios.

Sistemas corrosivos e/ou instveis

A menor reteno de lquido reduz os problemas de polimerizao ecorroso

2.6.2. Aplicaes Tpicas dos Pratos


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Referncia : Referncia 1, pginas 519 a 521

Presena de Slidos ( os pratos so menos suscetiveis fouling)

Os pratos acumulam menos slidos ( maior velocidade nos orifcios ) e alimpeza mais fcil.

Altas taxas de lquido

A utilizao de mltiplas passagens faz com que a carga de lquido sejamenor em cada parte do prato. normalmente mais econmico trabalharcom altas taxas de lquido com pratos do que com recheios.

Baixas taxas de lquido

Podem ser utilizados "bubble caps" , "splash baffles", "picket-fence weirs"(figura abaixo)

Flexibilidade (Turndown )

Os pratos valvulados ou com borbulhadores normalmente tem maior"turndown" que os recheios. A menos que distribuidores caros sejamutilizados, a torre com recheios normalmente limitada pela flexibilidade deoperao dos distribuidores. Para recheios randmicos dewetting tambmpode limitar o "turndown".

Torres Complexas

Mltiplas alimentaes, mltiplos trocadores de calor laterais e retiradas somais facilmente incorporados a torres com pratos. Em torres com recheioscada complexidade adicional requer coletores e/ou distribuidores de lquidoadicionais.

Torres com grande dimetro

Os recheios so propensos a graves problemas de m distribuio em

colunas com grande dimetro. Estes problemas so mais amenos em torrescom pratos.

Previso do Desempenho

Em geral a incerteza na previso do desempenho em torres recheadas levaa superdimensionamento.

Menor peso

Em geral as torres com pratos pesam menos do que as recheadas o queleva economia em fundaes, suportes e material para o casco da coluna.


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picked-fence weir

splash baffle

Referncia 2, pgina 172

EXEMPLO 1: Torre de ciclohexano/ ciclohexanol

SIEVE TRAYS STRUCTURED PACK.DP (mmHg) 195 40Presso (mmHg) TOP 45 45

BOTTOM 240 85 volatilidade relativa - aumenta (P menor)

Logo, reflux ratio menor 4,5 < 3,2Energy save (*)Feed (lb/h) 38000 56000(*)Temperatura(F) TOP 162 162

BOTTOM 252 214

(*) Isso ocorre porque estamos trabalhando com vcuo. Com presses acimada atmosfrica, no h grandes ganhos.

O grande indicativo para se ver se h potencial de ganho ===> quanto maior areduo na relao P/Ptopo, maior o ganho.

Exceo: Pratos para torres a vcuo de leos lubrificantes, devido a baixavazo de liquidos e presses maiores de operao.

2.6.3. Comparao entre pratos e recheios

Ref: Kister, H. Z. & alli, How do Trays and Packings Stack Up? ChemicalEngineering Progress, fev/1994, pags.23-32.

Notas sobre este artigo:


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Grande problema : vendedores comparam resultados dos recheios de FRIcontra dados de correlao dos pratos.

Neste artigo, todos os dados foram obtidos experimentalmente pela FRI e peloFAIR.

Recheio estruturado apresenta melhor capacidade que recheio randmico epratos para baixas vazes de lquido. Para altas vazes, melhor utilizarpratos.

Em sistemas com presses elevadas (estabilizadoras) ou vazes de lquidoelevadas (debutanizadoras), o recheio estruturado possui menor eficincia queo randmico e pratos.

Desengargalamento de aquecedores ===> a utilizao de recheioestruturado reduziu a presso na zona de flash, e aumentou a eficincia de

troca trmica.

C3 SPLITTER : com bomba de calor ==> recheio estruturado reduz a P e aumenta a

recuperao de calor do compressor convencional ==> pratos geralmente apresentam maior eficiencia que

recheio

Comparao de capacidade

trays

packing

HETP

Flow

Quando aumentamos a presso :

- liquido arrasta bolhas de vapor e a eficiencia cai- aumenta a presso, aumenta a temperatura, a viscosidade e volatilidade

relativa reduzem. Logo, a eficincia tambm reduzida.

No caso de pratos, o vapor arrastado por 1 ou 2 pratosNo caso de recheios randmicos, o vapor arrastado por alguns metros doleito, e portanto perde menos eficiencia que o prato.


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No caso de recheio estruturado, o vapor s retorna aps um comprimentomaior, afeta mais a eficincia ==> perde mais eficincia.

Nota: O recheio estruturado opera muito bem em absorvedora de gs natural eglicol @ 700 psi. Porm, esta coluna opera com vazo muito baixa de glicol,

logo com eficincia maior. Outros sistemas que operam com maior vazo emaior presso, no funcionam.

Fracionadora de UFCC

diferente de torre de vcuo, pois:- vapor superaquecido- slurry oil --> ns temos muito lquido nessa regio. Portanto, nos no temos

leitos secos.- Contudo, devido grande demanda de troca trmica, podemos ter pontos

secos localizados no leito e coqueamento.

Perda de bombas de circulao : coqueamento dos baffle trays, grid edisk/donuts.

- stalagmites grow on dry vapor- distributions baffles

Wash much more volatible than slurry oil.

Chicanas Kellog Disk and Donuts = discos circularesCerca de 40 % a mais de capacidade


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Kister recomenda utilizar as chicanas Kellog, poisexistem muito mais dados operacionais disponveispara este tipo de chicanas no F.R.I.

Os baffles trays requerem um espao entre pratos

muito grande (30 a 36 ) e pode limitar a REVAMPda torre.

O tipo convencional (ao lado) d uma capacidademaior, porm apresenta problemas mecnicos na

sua instalao.

Tomar muito cuidado com o suporte dos baffles, que podem gerar coque ederrubar as chicanas:

Vapor

Suporte da chicana perpendicular, evitando a formaode zonas secas e evitando tambm a formao de coque. uma soluo bem mais cara, mas sem problemas decoqueamento.

2.6.4. Baffled trays X Grid

Baffles Trays com 30 a 36 de espaamento entre pratos -> GRID noconsegue competir em capacidade

GRIDs podem dar melhor troca trmica, mas desde que se tenha uma boadistribuio do vapor. Deste modo, se voc notem boa distribuio de vapor,

nuncautilize GRID.

Em UFCC nunca se tem boa distribuio de vapor, e usualmente podemocorrer pontos secos e formao de coque. Deve-se ter boa distribuio delquido sobre a seo de lavagem, no importa qual !!!Pode ser spray, tubosperfurados, etc.. Basta que no gere pontos scos.

Os suportes da chicana fomam zonas mortasonde ocorre o depsito de coque que derruba o prato.O coque se forma porque h rea secas.

Vapor


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3. RECHEIOS

3.1. Histrico

Incio do sculo => anis de raschig / sela

BSF Company - 1960 Pall Ring Grande rea de passagem de vapor NORTON Anis Sela com furos e rasgos - 1960 Devido sua

conformao, grande rea molhada com pequeno dimetro. A partir de 1960 Muitas mudanas, mas com pouco ganho em eficincia.

por isso que ainda se usa Pall Ring e Selas. Todas so variaes destesdois.

GLITSCH => segue mais a configurao PALL RING.NORTON => segue mais a configurao SELAKOCH => mistura dos dois.

1970 Recheios Estruturados

3.2. Capacidade

Referncia: Referncia 1, pgina 494, figura 8.19

V

L

CsVapor

Lquido

P leito/ft leito

PRATOS LQUIDO

Basicamente, o grfico de capacidade igual para pratos e recheios.

Na ordenada temos vazo de vapor (prato) e Cs x Fp0,5 x 0,05, onde Fp =depende do tipo de recheio e = correo de viscosidade.

Na abscissa, temos GPM/in no prato; no recheio, uma relao L/V d adinmica de lquido/vapor.

Fp = Packing Factor, depende do tipo de correlao:


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Se voc usa o mtodo de STRIGLE (1987) => use Fp do STRIGLE (S temp/NORTON Packing)

Se voc usou o mtodo da HYPROTECH => use Fp da HYPROTECH Referncia: Referncia 1, pginas 638 a 650.

Grfico de ECKERT. basicamente o mesmo clculo que o STRIGLE. Ver aReferncia 1, figura 8.17 pgina 480.

A diferena est na escala e no parmetro do grfico:

ECKERT LOG/LOGSTRIGLE MONO/LOG ORDENADA: G2 .F..0,2/g .c .gc Cs .Fp

0,5

.0,05

ECKERT P e Flooding curve

STRIGLE P somente (*)(*) STRIGLE removeu a curva do Flooding porque est errado!

ECKERT assume que o leito inunda a 2,0 inH2O de P. Na realidade,depende do tipo de RECHEIO!!

P FLOOD = 0,115 Fp0,70 Fp de STRIGLE, tabela 10.1 da Referncia 1.

Portanto HYSYS e SIMSCI usam o grfico de ECKERT, e do valoreserrados de % Flood (menos conservativos).

Referncia.: Kister, H. Z. - Troubleshoot Distillation Simulations - ChemicalEngineering Progress, jun/1995 - pags. 63 a 75.

3.3. Eficincia

Referncia : Referncia 1, pgina 526

Fatores que afetam a eficincia (HETP) de recheios:

Eficincia no depende das vazes de L e V, propriedades fsicas e

qumica. Somente depende da geometria do leito (tipo, tamanho) e distribuio Os mtodos de clculo de eficincia de simuladores de processo no

funcionam. Os mtodos da F.R.I tambm no funcionam. Usar: (ver pginas 532 a 537 da Referncia 1).

HETP (in) = 1100/ ap Metal Randomic Packing < 25 dina/cm=1200/ ap + 4 Structured Packing

Y corrugated (ver figura a seguir, diferena

entre X e Y) ap = rea do leito(ft2)/volume(ft3)


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OBSERVAO : No h grande diferena entre randmico e estruturadoquanto eficincia.

Use para recheios randmicos grandes e de 1"modernos:

HETP acima x 2 ( p/ gua = 70 )HETP acima x 1,5 ( p/ amina e glicol = 40 )

O mtodo de Fair o melhor mtodo terico do mundo, mas ainda assim ruim. O mtodo acima ainda melhor.

45 o

30 o

Y corrugated structured packing:

X corrugated structured packing:

Possuem alta eficincia

Possuem alta capacidade.Devido ao menor ngulo,o escoamento do lquido

mais fcil.

KISTER recomenda utilizar Y No h bons dados para avaliar o X

Como no h dados para X, KISTER recomenda multiplicar o valor encontradopor 1,2 ~ 1,5. Utilize 1,35.

Para projeto,com fatores desegurana

Devido a tensosuperficial afetara molhabilidade


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EXEMPLO1: Problema de QAV na torre atmosfrica na REPLAN

Rec. Nmero de

estgios

MEASURED RULES SULZER

2 X 3 estgiostericos

2,5 2,7 3,4

250X

2Y4 estgiostericos

2 ~ 2,5 1,62+1,66 =3,30

5,0(problema)

250Y ~ 4 3,3 4,0

Clculo do HETP ===>

2X => 200 ft2 / ft3 ===> HETP = 23,7 in x 1,35 ( safety factor for X)

250X => 250 x 0,3048 ==> HETP = 1200/ap + 4 ===> HETP = 19,8 in

No 1 Leito, 2,2 m de 2X equivale a 2,7 estgios tericosNo 2 Leito, 1,1 m de 250X equivale a 1,62 estgios tericosNo 2 Leito, 1,0 m de 2X equivale a 1,66 estgios tericosNo 3 Leito, 1,68 m de 250X equivale a 3,3 estgios tericos

Verificamos que h problemas em todos os leitos, devido a clculos otimistasda SULZER, porm no 2 leito, a diferena to grande que pode haver algumoutro problema como a m distribuio.

KISTER recomenda usar recheios de 1 e maiores, nunca menor que 1. Para1 ===> min torre = 8

OBSERVAES:

- No livro do STRIGLES h um mtodo razovel para projetar strippers(Strigle, R.F. Packed Tower Design and Applications, 2nd Ed., GulfPublishing, Houston, Texas, 1994).

- Strippers tem baixa eficincia!

3.4. Inundao

Referncia 2, pginas 383 e 384.

2,2 m

1,1 m

1,0 m

1,68 m


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Como descrito na referncia acima, os engenheiros da Union Carbide fizerammedies de P ao longo da torre e aumentaram a vazo para obter o flooding.Observaram que o flooding comea pelo fundo.

KISTER aconselha utilizar 2 pressure gauge para ter certeza da medio, comas seguintes precaues:

Tomar cuidado com o liquido. Melhor lugar para instalar os PI no vent nas linhas de retorno de vapor ou

de injeo de vapor de retificao( neste caso reduzir vazo de vapor). Esse arranjo bom para maior presso (atmosfrica, estabilizadora, C3/C4Splitter column). bom tambm instalar dPI: para atmosfricas necessrioverificar com frequncia os valores medidos.

Esta uma configurao boa para sistemas com altapresso, mas no para torres atmosfricas, pois podeocorrer a condensao de lquido e selar o medidor.

1

2Retification Section P

Overhead flowrate (R+D)

gasleo escurece aps o flooding point porquesomente neste ponto perdemos o fracionamento

flooding point => ponto garantido pelo vendedor comolimite do sistema. A partir daqui, podemos ter problemasou no.

dP

dP

dP

dP

PI PI


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Em torres de vcuo, nada opera bem, somente com manmetro de vcuo, comcoluna de mercrio. No use um manmetro de gua. dPCell no opera bemem torres de vcuo devido ao coqueamento, condensao e vaporizao dasamostras. Nunca confie em dPCell eletrnicos em servios com vcuo !!!

Use manometro de mercrio com uma das extremidades fechadas. No usemedies relativas a presso atmosfrica, porque variaes nas condiesatmosfricas afetam as medies.

Na regio de Zona de Flash pode ser dificil de medir a presso, devido aoefeito da carga de vapor. Checar se na seo acima tambm temos variao(flutuao) na presso, pode ser problema de arraste de liquido pelo vapor(como um ciclone), e pode acarretar em flooding.

Com DpCell difcil identificar o flooding em torres de alta presso atravs doP na seo de topo, porque o P no aumenta muito. Infelizmente as torres a

alta presso costumam dar flooding pelo topo.

As torres fracionadoras a alta presso geralmente tem controle de temperatura,e nesse caso, temos um comportamento como abaixo:P

tempo

~ 0,5 psi

comea o flooding: a malha de controle de temperatura atua,reduzindo o reboiler e reduzindo a vazo de vapor, reduzindoo flooding.

Em sistemas com fouling e formao de sais, a medio de P pode ser tilidentificar o ponto de entupimento. No inicio, com a torre limpa, temos a curvade referncia de P:


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P

tempo

Referncia

P

tempo

Referncia

P

tempo

Referncia

P

tempo

Referncia

(1)

(2)

(3)

(4)

(1) Caso de referncia, com o sistema limpo(2) Neste caso, o P no prato manteve-se igual referncia, somente entrouem flooding antes => flooding por downcomer, e possivelmente o downcomerest com fouling.

(3) Neste caso, o P no prato aumenta mesmo a baixas vazes => fouling noprato.(4) Neste caso, como P < referncia => houve corroso no prato.

Este mtodo tambm funciona para packing. Referncia : KISTER, H.Z. & alli mprove Vacuum-tower performance- Chemical Engineering Progress,September 1996, pg. 36 44.

3.5. Recheios estruturados - cuidados

Referncia 2, pgina 459.

Tomar cuidado no uso de recheios estruturados com:

Altas taxas de lquido Sistemas com gua Sensibilidade operao com slidos Material de construo (torre atmosfrica c/ recheio estruturado de monel,

corroeu em 1 ano, pois a espessura do recheio


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Instalao 316L e 317L ==> melhor para torre a vcuo com acidez naftnica, mas

Molibdnio resiste melhor. Outro grande problema de recheios estruturados que no d para lavar o

leito antes de parar a unidade, pode ocorrer combusto espontnea. H

unidades que instalaram um distribuidor especial s para lavar o leito emparadas. Na Petrobrs, esto sendo instalados termopares para monitorar aparada das unidades. Algumas refinarias europias usam KMnO4 paraoxidar S e lavar antes da parada.

Ver a Referncia 2, pgina 383.


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4. LEITOS DE LAVAGEM

4.1. Vazes no leito de lavagem

Worthless wash = vazamento Reciclo de GOPLocalizado na chamin devido condensao do vapor nasuperfcie das chamins, provoca- 640 Fdo pela diferena de temperaturasentre o vapor e o lquido (cerca de100 C). Esta condensao lo- vaporcalizada, e deve ser minimizada. 740 F

1 ft sobrevaporizado qual a vazo deponto de menor quanti- leo de lavagem?dade de lquido, deve (*)se ter pelo menos 0,2

GPM/ft2. No ltimo 1 ft do leito, arraste acmulo de lquido devido ao arrastegeralmente h arraste quegarante leito mido, no coqueia. vazo medida

e controlada desobrevaporizado

igual ao sobrevap. +o arraste

(*) na seo de leito de lavagem, usualmente se tem de 1 a 1,5 estgios

tericos, que vaporizam at 80 % do lquido. Se desejamos uma vazo de 0,2GPM/ft2 no fundo, necessitamos alimentar 0,8 GPM/ft2 nesta regio. Se suaregio de leo de lavagem tiver 1,5 estgios tericos, ser necessrio maislquido para garantir a vazo de 0,2 GPM/ft2 no fundo. Isso pode reduzir acapacidade da torre.

Devemos ter uma vazo mnima no leito de lavagem para garantir amolhabilidade deste leito evitando o coqueamento. Vazes elevadas nestaregio significam perda de gasleo bom para gasleo residual e reduzimos acapacidade do leito.

A vazo de lquido na zona de lavagem deve ser de 0,2 GPM /ft2 desobrevaporizado verdadeiro, onde :

sobrevaporizado verdadeiro = sobrevaporizado medido arraste -worthless wash

worthless wash = condensao + vazamento ( de gasoleo pelas chamins)

arraste calculado por balano de metais no RV, GOR e GOP. O teor demetais do GOP de aproximadamente 1/7 do teor no RV, assim porbalano podemos ter o arraste.

A condensao deve ser minimizada, pois representa cerca de 20% dogasleo ( podemos isolar esta panela ??? )


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S h um modo de eliminar o vazamento das chamins: selando o prato etestando com gua.

No se deve utilizar uma vazo de lavagem muito superior a 0,2 GPM/ft2porque teremos a degradao de gasleo para gasleo residual, alm deocorrer uma reduo na capacidade do leito.

4.2. Altura da zona de lavagem:

Qual deve ser a altura ou eficincia de um leito de lavagem ? Quanto maiseficiente (maior o leito), maior a eficincia e maior a vaporizao, portantoteremos uma maior vazo de vapor no leito. A altura deve ser a menorpossvel, desde que garanta a remoo de metais dos gasleos.

EXEMPLO 1:

Consideremos que a produo de gasleo leve + pesado = 400. A vazo total aser vaporizada ser VMAX = LVGO + HVGO + W, onde W = vazo de lavagemdo leito de GOR.

Caso 1 : torre com 25 ft de dimetro e leito de lavagem tipo grade de 3 ft: 50%de vaporizao, vazo vaporizada = 85. Logo, vazo total a ser vaporizada nazona de flash = 485. A vazo de lavagem do leito ser de 0,4 GPM/ft.

Caso 2 : torre com 25 ft de dimetro e leito de lavagem tipo grade de 8 ft: 88 %de vaporizao, vazo vaporizada = 340. Vazo total a ser vaporizada na zonade flash = 740. A vazo de lavagem do leito ser de 1,6 GPM/ft.

Se usarmos mais estgios na zona de lavagem, teremos maior vaporizao, eportanto requer mais lquido. No primeiro caso, requeremos 485 m3/h, e nosegundo, com leito mais eficiente, 740 m3/h. No segundo caso, teremos menorcapacidade para futuros REVAMPs.

EXEMPLO 2:

Numa torre a vcuo, o projeto original instalou pratos do tipo grade de 2,5 ft nazona de lavagem, em 1979.

Foi observada a ocorrncia crnica de coqueamento. A partir de ento, a perdade presso nesta zona ficou em 18 mmHg (4 in H2O/ft grade), muito elevada. Orendimento de gasleos caiu, e houve um escurecimento deste produto. O teorde metais (Ni + Va) ultrapassou 10 ppm no leito de lavagem.

Aps a realizao de teste de aumento da vazo de lavagem do leito: nohouve degradao da cor de gasleo, no houve reduo no rendimento degasleo e nem aumento do rendimento de resduo. O vapor passou a deixar o

leito de lavagem 13o

F mais frio.


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Isso pode ser explicado porque a vazo de lquido de lavagem est, na novacondio, vaporizando e reduzindo a temperatura do leito. Na condioanterior, toda a corrente de lquido de lavagem estava sendo arrastada peloleito para a panela de gasleo.

4.3. Balano de energia no leito de lavagem

Se fizermos um balano de energia na seo de lavagem, podemos verificarqual a real vazo de lquido nesta regio.

Ver o exemplo a seguir:

Balano de energia na zona de lavagem (grade coqueada)

Vazo de lquido de lavagem = 1.632 b/d

Vo = 207.643 lb/h L1 = 21.990 lb/h (leo de lavagem)T = 702 oF t = 543 oFHo = 445 BTU/lb h1 = 253 BTU/lb

V1 = 185.999 lb/h Lo = x (no conhecido)T = 735 oF t = 702 oF (temp. sobrevaporizado)H1 = 468 BTU/lb ho = 345 BTU/lb

Balano de energia: energia entra = energia saiV1H1 + L1h1 = VoHo + LohoX = (V1H1 + L1h1 VoHo)/hoX = 608 lb/h

Logo, a vazo de lquido saindo do leito de lavagem no nada ! praticamente zero, ou seja, a torre estava operando com o leito seco, levandoao seu coqueamento. A vazo que era medida pela retirada de GOR era

devido a vazamentos !. Por isso importante SEMPRE fazer um balano deenergia nesta regio, para evitar surpresas desagradveis.

4.4. Reduo de coqueamento em leitos de lavagem

Como eliminar o coque de leitos de lavagem ?1. Monitore o teor de metais no Slop. O teor de metais no sobrevaporizado (Ni

+ V) em torno de 7 vezes o teor de metais no gasleo pesado (HVGO).Ajuste a taxa de leo de lavagem de acordo com este teor.

2. Lavagem on-line : corte a retirada de gasleo leve (LVGO). Reduza a

retirada de gasleo pesado. Reduza a temperatura de sada dos fornos devcuo em mais ou menos 30 oF. Opere nesta condio por cerca de 20


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minutos. Repita 3 vezes, at que no seja mais detectado coque na zona delavagem.

3. Checar a temperatura de sada do forno com a temperatura de zona deflash

4. Acionar o sistema de leo de lavagem assim que partir a unidade de vcuo,

mesmo que esteja fria.5. Mea diretamente o arraste antes da parada da unidade.

Quais os procedimentos a adotar para evitar o coqueamento de leitos delavagem ?

1. No use leo de lavagem subresfriado, porque o subresfriamento do lquidoassociado a uma variao na sua vazo pode levar ao entupimento dosbicos do spray e coquamento do leito.

2. Um bom arranjo direcionar diretamente da descarga da bomba de gasleopesado para os bicos do leito de lavagem. O problema que isso pode

afetar o desempenho dos bicos sprays.3. Para medir a temperatura na fase vapor, utilizar termopares protegidos por

guarda-chuvas:lquido

proteotermopar

vapor

4. Caso esteja utilizando recheio estruturado na regio de leito defracionamento entre GOR e GOP, instalar SOMENTEum prato terico, paraevitar vaporizao excessiva.

5. Dimensionar a vazo de GOP para o leito de fracionamento GOP/GOR detal forma que a vazo no final do leito seja de 0,2 GPM/ft2 no mnimo.

6. Na regio de troca trmica de GOR, utilize recheios de baixssimaeficincia. Utilize vazes bem superiores a 0,2 GPM/ft2, dependendosomente da vazo de reciclo e retirada de GOR.

7. Monitore radialmente a temperatura, para detectar coqueamento radial.

Instale os sensores de temperatura a 1/3 do limite inferior do leito de GOR.Instale sensores tambm abaixo das chamins desta seo, para medioda temperatura de vapor.


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5. DISTRIBUIO DE LQUIDO

5.1. Avaliao de distribuidores

Before we do anything about vacuum towers, we must check the spraydistributor in any throubleshooting - Kister

Para avaliar distribuidores de lquidos:

Medir a presso @ montante do distribuidor spray. Descontar a coluna eobter o P no spray.

Comparar a vazo e o P com o catlogo do vendedor. Normalmente, os sprays so dimensionados para 16 a 20 psi de P.

Se P = 80 psi : alguns bicos esto entupidosSe P = 3 psi : alguns bicos esto comprometidos ou o flange est

vazando. O ideal medir o P para diferentes vazes.

Distribuidores tipo spray so difceis de projetar, e devem ser projetados deforma a no se ter problemas de m distribuio, pois as consequncias seromais severas.

S h uma maneira de se

assegurar que os bicosfuncionam: copiar o projetode um bico que j funcione.Tome muito cuidado com osvendedores.

O subresfriamento dolquido nos distribuidoresspray leva reduo dongulo do spray, de 120 opara 60 o e levando ao

coqueamento do leito.

Atualmente, est seutilizando bicos de 90 o deabertura, com mais bicos e

menor ngulo de colapso.

Se to difcil dimensionar distribuidores spray, porque no utilizardistribuidores gravimtricos? ---> H poucos casos de sucesso na aplicao dedistribuidores gravimtricos. Eles so muito mais sensveis a coqueamento eno do boa distribuio quanto os sprays.

excesso de lquido ponto seco, com falta de lquido


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Sprays no tem bom turndown (2:1, no mximo). Quando os sprays estooperando com elevada perda de presso, podem gerar nvoa e ocorrer ocoqueamento do leito. Se P ~ 40 psi, j indcio de problema.

Em UFCCs, temos uma grande vazo de lquido, e portanto no h maiores

problemas de se utilizar distribuidores tipo spray. Na seo de baffles plates, melhor utilizar um distribuidor tipo pipe. Pode-se utilizar sprays, mas nessecaso, com furos maiores no spray.

Em torres a vcuo e unidades de coque : melhor utilizar sprays.

Em torres atmosfricas, pode-se utilizar os distribuidores gravitacionais semproblemas.

KISTER prefere: GRID na seo de lavagem em relao ao recheioestruturado, a no ser que seja necessrio fracionamento para segurar os

metais no resduo de vcuo. Random packing is not a good idea for thisservice.

Em fracionadoras principais de UFCC, KISTER prefere a utilizao desegmented baffles. Se a distribuio do vapor for muito bom, pode-se utilizarGRID. NUNCA utilizar structured packing.

Na seo de lavagem de torres atmosfricas : prefere a utilizao de pratos.Em regies de baixa vazo de lquido, utilize SEMPREpratos !!!

KISTER afirma que no h motivo para trocar pratos por recheios em torresatmosfricas.

O F.R.I.:

F.R.I. --> um rgo no lucrativo. Cerca de 90 scios pagam 4.000 a 6.000US$/ano. a receita anual de US$ 2,5 milhes, para efetuar testesrelacionados com internos de torres.

O F.R.I. possui uma torre de 4 ft de dimetro que opera de pressesatmosfricas a 500 psi, e outra de 8 X 4 ft que opera de vcuo total at - 150

psi.Fludos utilizados nos testes: ciclohexano, n-hexano, isobutano e n-butano.

So efetuados testes reais, e os resultados obtidos so pertencentes a todosos scios(carter confidencial).

5.2. Efeitos da Distribuio de Lquido

Efeitos da m distribuio de lquido em torres (Referncia 1, pginas 537 a

541) :


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KISTER afirma que os recheios OPTIFLOW apresentam m distribuio ( 2exemplos prticos ruins com substituio de MELLAPACK por OPTIFLOW).

Distribuidor de lquido tipo ORIFICE===> Ver Referncia 2, pgina 57.

Q H0,5 ===>Q H1 12 44 16

Por causa disso o distribuidor tipo orifice no tem bom turndown.

Alm disso, se tivermos um desnivel de 0,5, temos o seguinte problema:

SIDE 1 SIDE 2H Q H Q

1,5 1,2 1 1 diferena de 20% na vazo de lquido(*)9,5 3,08 9 3 diferena de somente 2% na vazo deliquido

Portanto, usualmente, utilizar chamins com cerca de 9 de altura (na vazonormal) pelo menos; para a vazo mnima, prever um nivel minimo nodistribuidor, para evitar os problemas descritos acima (*).

Critrios:

6 pontos de distribuio/ m2 para vazes muito baixas de liquidos.

Kister no gosta de distribuidores com furos < 1/4 pois podem entupir.Prever filtrao adequada do liquido.

DIAMETER &HEIGHT

Lateral Mixingf (Dt / dpacking)

L/V Variation-Pinching

Liquid non-uniformityf (distributor, packing, dp, L)

f (system, reflux, purity,feed composition, feedlocation, thermal state)

Maior vazorequer maior head.

Para aumento de

4x na vazo necessrioaumentar 16x a altura delquido do distribuidor.


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Kister recomenda testar sempre os distribuidores com gua.

Mais de 60% dos problemas com colunas so decorrentes de overflow dodistribuidor de lquido, devido a:

entupimento do distribuidor subdimensionamento dos coletores ondas na superficie do liquido gradiente de liquido na superficie do liquido

EXEMPLO 1 :

Consideremos que temos 2 colunas operando em paralelo, exatamente iguais,porm:

1 coluna com 55% de carga de lquido1 coluna com 45% de carga de lquido

Ambas com as mesmas dimenses.

Assumindo: Vapor sempre bem distribuidoProblemas somente na seo de retificao

Especificada pureza de 95% de benzeno no liquido

Com 1 coluna somente, ns fazemos o servio com 5 estgios tericos.Quando plotamos o grfico de Mcabe Thiele para as duas colunas, verificamosque necessitaremos de 8 estgios tericos em cada coluna. Uma com 8estgios e x = 0,93 (45% lquido) e outra com 8 estgios e x = 0,99 (55%) ===>na mdia, x = 0,96 porm, com 8 estgios ===> Perdemos 40% de eficincia!

Em resumo: a m distribuio do lquido leva a um desbalano nas vazes delquido, e a torre com menor vazo pode se aproximar do PINCH:

Verificamos que, nocaso das 2 torres,

temos, para o mesmoestgio terico (n=3),x=0,45 numa torres ex=0,70 na outra ! Paraevitar ou minimizareste efeito=> alterar atemperatura do pratoou misturar os doislquidos.

Evidentemente, esta

a funo doREDISTRIBUIDOR de

0,450,70

45 %55 %

Ver figura 9.2. do Manual de Projeto, pgina 540.


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lquido nos pratos recheados.

O critrio para se ter redistribuidores de lquidos o seguinte:

H


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KISTER afirma que o redistribuidor de liquido s bom para torres de at 20 ft de dimetro. Acima deste

diametro no recomenda.

Na REDUC (Propeno), a volatilidade relativa baixa,e necessitamos de redistribuidores a menores alturasde leito, devido ao PINCH.

EXEMPLO 4: Tratamento Custico da COPENE (Olefinas)

nica do mundo com Packing, e que opera bem:

gua

guavapor

gua

vapor

NaOH Tratamento Custico

Recuperao da Soda

5.3. Tipos de distribuidores de lquidos:

7 m

2 m


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Feed Liquiddowncomer box

feed 50 mm

50 mm

d problema de escoamento do lquidodo prato : shock downcomer

Multipass Feed Distributor => segue Francis weir Formula:

how = 0,48 * (Q/Lw) ^ 0,67tubos

2 coletores com furos no fundo

cria um gradiente de lquido nos coletores,que podem levar ao transbordamento doscoletores

feed O que fazer ? extender os tubos ao longo das caixas dos coletores com tubosfurados para evitar o gradiente:

caixa de coletores

tubos furados


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6. BOCAIS DE CARGA

6.1. Recomendaes de velocidade

Um estudo de Ellingsen mostrou que, num levantamento de 17 torres

operadas por pessoas experientes, mais de 50 % de ocorrncias anormaisfoi devido a nvel alto de lquido no fundo. Esta a maior causa deproblemas em torres de indstrias qumicas. Quando estamos operando comnvel elevado no fundo da torre, recomenda-se:

No injetar vapor quando o nvel estiver acima do HLL (nvel alto) Drenar o fundo at que o nvel fique abaixo do HLL, e s ento voltar

a injetar vapor

Alimentaes parcialmente vaporizadas Velocidade 60 a 100 ft/s precisa tomar cuidado com problemas nos pratos. Prever sees mais robustas (reforos em vigas e sustentaes) Aumente o espaamento entre pratos Evite o escoamento em regime slug A perda de carga no bocal de carga (head) deve ser menor que a perdade carga de um prato.

Alimentao de lquido: velocidade no bocal < 3 ft/s (conservativo at 6ft/s OK)

Recheios: Ver referncia 2, pginas 79 a82.

6.2. Recomendaes de arranjo de bocais

Refluxo subresfriado com possibilidade de condensao de componentecorrosivo (gua, por exemplo): Ver Referncia 2, pginas 29 e 84.

Retorno de refervedores: Se o bocal de retorno do refervedor ficar abaixo do nvel de lquido da

torre: Se a camada de lquido for pequena, teremos m distribuio de vapor,

com ocorrncia provvel de arraste e inundao do leito. Se a camada de lquido for grande, teremos a formao de bolses de

vapor, com possveis danos estruturais.

Evite problemas de danos devido a alto nvel de lquido, atravs de:

Instrumentos : prever a facilidade de monitoramento de nvelPrever redundncia na leitura de nvelTer bom controle de nvelMonitorar a perda de presso dos dez ltimos pratosInjeo de vapor: corte automtico de vazo (SD p/

vapor) drenar linha de vapor antes de alinhar


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Colunas - Bom dimensionamento do SumpPrever resistncia mecnica adicional nos ltimos 25 % dospratos de fundo da torreNormalmente, os pratos resistem a 0,2 psi de perda de

presso. Trocar para aquelas que resistam a 1 psiGrande problema de side strippers Dimetro pequenoligado a uma torre de maior dimetro. Qualquer variao inunda o side stripper e pode derrubar seus pratos.

NUNCA deve haver lquido da zona de flash sendo direcionado para baixo!!!(ver exemplos na Referncia 2, pgina 85)

Liquid Liquid

leva ao escurecimento da nafta

6.3. Problemas referentes a bocais:

Problemas decorrentes da presena de gua na carga:

Ver Referncia 2, pginas 347 a 350.


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P = 14,7 psia

H2OH2O

A vaporizao de 1 copo de caf de H20 = 12 ft3 de gua a 1 atm 200 ft3 de

vapor a 50 mmHg abs equivale ao volume de 65 ft de altura de uma torre de2 ft de dimetro.

EXEMPLO 1 : Ver Referncia 2, pgina 348. Apresenta os danos em pratos deuma unidade de coque, decorrentes da presena de gua na carga!!!

Recheio estruturado suporta mais a expanso brusca do que o recheiorandmico.

Danos em pratos valvulados / perfurados: ver Referncia 2, pgina 287.

ar ou nitrognio

ar ou nitrognio

PRATOS PERFURADOSNo apresentam grande perdade carga na passagem de arou nitrognio, em qualquer

sentido

PRATOS VALVULADOSAs vlvulas fecham e o ar ounitrognio do grande perda decarga e podem danificar os

pratos. Por isso pressurizar atorre de baixo para cima !!!!


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O mesmo problema ocorre se houver FLUXO REVERSO do VAPOR, como emabsorvedoras de UFCC.

Neste caso, utilizar a configurao abaixo:

EXEMPLO 2: Coluna de Fracionamento Benzeno/Estireno

Reflux

feed

Reboiller

# 100

# 60

# 1

Na partida da unidade, estava com a suametade inferior cheio de lquido.Quando o vapor de retorno do reboiler foialinhado --> derrubou os 100 pratos.

vent

Hidroc.

gua

LC


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EXEMPLO 3: Este exemplo mostra o comportamento das principais variveisde uma coluna que foi danificada devido ao atolamento do seu nvel de fundo.

O fenmeno comeou quando o nvel de fundo da torre atingiu 100 %, devido queda de sua bomba de fundo.A perda de carga na coluna aumentou neste

instante porque os mesmos ficaram cheios de lquido:

Quando a bomba de fundo foi recolocada, o nvel de fundo comeou a cair; domesmo modo, a perda de presso ao longo da coluna tambm caiu, e de formabrusca: os pratos inundados foram derrubados quando a bomba drenou o

lquido no fundo. O controle avanado atuou, aumentando o refluxo de topo, afim de manter a especificao do produto de topo.


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Finalmente, o nvel de lquido se estabilizou, porm a vazo de fundo comeoua cair continuamente, ao passo que a perda de presso aumentoubruscamente, indicando que, com o aumento da vazo de refluxo, os pratosrestantes passaram para uma condio hidrulica de inundao (flooding).


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7. BOCAIS DE SADA DE LQUIDO

Referncia 2, pginas 89 e 90.

Cuidados a tomar nos bocais de sada de lquido:

Evitar a presena do vapor no lquido Prever o vapor no dimensionamento do bocal preciso levar sempre em conta o vapor que absorvido no lquido

min, 1 min = Tempo de residncia para que o vapor saia do lquido. Se o dimetro do bocal pequeno - P elevado e o lquido sofre flash. Se dimetro bocal pequeno ou o head insuficiente Temos vortex. =>

Utilizar quebra vortex. vortex pode ocorrer na horizontal ou na vertical.

Em torres a vcuo, teremos a seguinte situao:

FEEDFEED

A A

O tempo de residncia de 1/2, 1 min no problema para o fundo de torre epratos com chamins. O problema no downcomer :


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side draw

tempo deresidncia~ 1 minuto

side draw

tempo deresidncia~ 3 a 7 s

lquido

vapor

linha de maior dimetro que o bocal,que permite a separao e o retornodo vapor

Outra configurao : SELF VENTING PIPE

Porm temos um problema: Se a linha no for bem dimensionada, podemos terum DC SHOCK na linha, com o vapor tamponando a sada do lquido.

EXEMPLO 1:

Debutanizadora => passando de 2para 4 passes, a linha ficava cheiade lquido e o vapor que retornavatamponava a descida do lquido,acarretando em flooding.

Soluo => aumentar o dimetroda linha

Para saber qual o dimetro adequado da linha, utilizar a figura abaixo : (Ref.:pgina 94 do Manual de Operao)


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Dim. linha, in

L, gpm

Problem

OK !!!

reta onde 2/(g.h) < 0,31

Este grfico NUNCA FALHOU.

Pode ser utilizado para qualquer linha de retirada de pratos onde voc temmenos de 30 seg. de tempo de residncia. (Quando voc no eliminou o vaporabsorvido).

Se o tempo de residncia > 30 seg OK, pode usar dimetro menor.Melhor usar chimney trays. Em pump-arounds podemos ter problemas detempo de residncia utilizar pelo menos 0,5 min.

Tempo de residncia ->0,5 min = usual1,0 min = Normalmente utilizado pelo CENPES3,0 min = Quando vai para controladora ou

Carga de Refervedor5,0 min = produto para tanque final

Linhas de condensao: Ver Referncia 2, pgina 475.Is venting?Is Draining? If OK for all questions, no problemIs Cleaning?

Is Venting? Remover pontos de acmulo de vapor.Is Draining? Para evitar lquido no refervedor (lado dos tubos) => preciso deSELF-VENTING-LINE => No exemplo abaixo, p/ 110 gpm => utilizar 6 e NO3, para evitar o tamponamento da linha de condensado.


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Vapor4

3

1- vent

vent

Q = 110 gpm

EXEMPLO 2: C3/C4 SPLITER CASE: SPLITER C3/C4 com recheio estruturado.

Problema: Quando aumentamos o refluxo, ocorre uma piora na separaoC3/C4 (INVERSE RESPONSE)

Causas:- Riser overflow in chimney chanels- v ~ 600 gpm/ft2- Aumentando refluxo => aumento no nvel de lquido no chimney tray

==> Reduo na eficincia- downpipes not sealed.


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8. DIAGNSTICO DE PROBLEMAS OPERACIONAIS (TROUBLESHOOTING)

8.1. Gamma scan

emissor de raios gama medidor feito um rastreamento de raios gama a cada 2 minutos aolongo da torre.Onde h lquido => absorve os raiosOnde h vapor => no absorve os raiosOnde h metal => absorver raiosvapor => medidor mede altos raios gamalquido => medidor mede baixo raios gamametal => medidor no mede raios gama

O gama scan no difcil de aplicar e no apresenta erros !!! Os erros quegeralmente ocorrem se referem interpretao dos resultados.

H 2 empresas que fazem SCAN GAMMA no Brasil :TRACERCO (ICI)TRU-TEC (KOCH/CONFAB)

EXEMPLO 1 : ver figuras a seguir, retirado de artigo da TRUTEC


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O problema pode ser flooding por jet flood (problema no Vapor) ou DC backup(problema no lquido). Em ambos os casos, ocorre aumento de altura deespuma e flooding, que pode comear no 1 prato ou no 4 prato e inundar.

A informao bsica obtida que o scan com resultado em linha tracejada foi

realizado para uma condio de operao com 30% da carga. A linha contnuarepresenta uma operao com + 10% de carga de lquido e do vapor. Ora, comapenas 40% da capacidade, o prato est longe da inundao, e s pode serflooding por problema do DOWNCOMER.

Fazendo um SCAN no DOWNCOMER, podemos verificar se h plugueamentodo DOWNCOMER ou SHOCK.

EXEMPLO 2: ESTUDO DE CASO COLUNA DE ALDEIDO

PROBLEMA: torre de aldedo com inundao a vazes abaixo do projeto

ANLISE : Um Gama scan mostrou que a inundao na coluna comeou naseo imediatamente abaixo do prato de carga e progrediu na direo do topo.Foi feito um scan mais detalhado no sentido transversal ao prato inundado elongitudinal ao downcomer.

SOLUO: Inicialmente um agente antiespumante foi injetado, o queaumentou substancialmente a capacidade da torre. A injeo continua deantiespumante no foi aceitvel por razes de processo, assim o downcomerfoi aumentado. A capacidade aumentou substancialmente.

Formao deespuma estvel

5

4

2

prato prato

Vapor limpo

Figura 1: Gamma scan atravs do downcomer, paralelo ao vertedor deteco de espuma


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8.2. Diagnstico de espumas

Para resolver o problema de foaming, s h uma soluo: aumentar a rea dedowncomer. No adianta aumentar o nmero de vlvulas ou reduzir a altura dovertedor.

Porm, no h parmetro para dimensionar o downcomer, somente avelocidade recomendada = 0,2 ft/sec no downcomer (ver anotaes sobreflooding).

Em torres de pr-flash, onde a rea do downcomer pequena, pode-se adotarv= 0,1 ft/sec, para dar mais segurana e sem aumentarmuito o dimetro da

torre.

X

X 2o gama scan

1o gama scan

5

4

2

prato prato

Vapor limpo

Figura 2: Gamma scan atravs do downcomer, paralelo ao vertedor aps aumento de seuvolume

Figura 3: Sentido de passagem do gamma scan neste exemplo


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Usualmente, a Kellog superdimensiona os donwcomers para evitar osproblemas de foaming.

Para detectar a espuma: - colha uma amostra na torre- agite-a ou borbulhe nitrogenio

- forma espuma ?- quanto ?- ela estvel ?- quanto tempo para se desfazer ?

Este um teste sequencial. Se forma espuma => lquido com problema deespumamento. Se no formar espuma, no conclusivo, e necessrio testarnas condies de operao da torre. Neste caso, borbulhe nitrognio emamostra em linha do produto. Se mesmo assim no formar espuma, no hformao de espuma nos pratos.

Para eliminar a espuma:

Utilizar downcomers maislargos

Injetar antiespumante: lembre-se que tensoativo, e seinjetar em demasia, oresultado pode ser pior. Testena prtica a dosagem correta.

Mudar a qumica da espuma=> instalar filtros, removercontaminantes, etc.

Neutron Scan => detecta o teor de hidrognio, por reflexoNo tem longo alcance, ou seja, no atravessa a torre toda.Somente cerca de 6de alcance. afetado pelo isolamento. bom para medir o nvel de lquido e interfaces lquidas. bom para detectar plugueamento de downcomer e

tamponamento de chamins por lquido.

EXEMPLO 1: Apresentamos na figura abaixo, o gama scan efetuado numatorre de amina com formao de espuma:

X gama scan

X

6

Neutron scan


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8.3. Sintomas de Inundao ( FLOOD SYMPTOMS)

Referncia 2, pginas 381 a 393.

Os principais indicadores para a ocorrncia de inundao numa torre so:

Elevao de perda de carga : leve (arraste) ou brusco (downcomer chock):geralmente o melhor indicador de inundao. Se P > 0,15 psi/prato =inundao.

Reduo na vazo de lquido da seo inferior Rpido aumento no arraste inundao da seo de topo Perda de fracionamento em geral o T diminui.

V

L3 6

downcomer plugging (lquido no escoa)wash oil

vacuum tower vapor plugging (pump around e fracionamento)

Vapor -> o vapor escolhe a regio de menorcoluna de lquido. Isto acarreta em aumento davelocidade do vapor, com arraste de lquido(gotas) para o prato de cima : Entrainment.

Ocorre ainda regies na entrada do prato semvapor, e pode ocorrer weeping, com reduona eficincia. o pior tipo de flooding.

Ocorre tambm flooding devido laminaodo lquido pelo vapor

EXPERINCIAS DE CAMPO

O problema de downcomer plugging ocorre quando ocorrem simultaneamente:

Ahole > 11 % LFP/TS > 2 => quanto maior o comprimento de lquido em relao ao

espaamento de pratos, menor o ngulo de escoamento do lquido, etorna-se mais fcilocorrer a sua laminao com o vapor:


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v

lv

l

12

LFP LFP1 passe

2 passes

1 2 arraste 2

L > 50 m3/m.h P < 70 psia Aumenta muito se a Ahole for aumentada. Como exemplo, se utilizarmos

vlvulas com maior rea de furos para tentar resolver o problema, na prticaestaremos piorando.

Este tipo de problema antigo e foi detectado em bubble caps.

DAVIES afirma que se o gradiente hidrulico no prato for menor que 0,4 * Pvlvula sca (hd) , no teremos problemas de plugging do vapor (vapor crossflow channeling)

Com pratos perfurados e

valvulados no hproblemas, mas com odesenvolvimento depratos com maiorcapacidade, esteproblema voltou a ocorrer!!!!

Usualmente, o how > 1,e qualquer m distribuio do vapor pode elevar este valor, e causar oproblema !!!!

EXEMPLO 1: Kister, H.Z , Larson, K.F & Madsen, P.O. Vapor Cross-flowchanneling on Sieve Trays : Fact or Myth ? - Chemical Engineering Progress,nov/1992.

quando a coluna parou, os pratos foram limpose observou-se que houve umaumento da rea furada de 13 para 16 %, devido corroso.

quando retornou operao, a produo de diesel reduziu e a de gasleosaumentou. Por que ?

a simulao da unidade mostrava 85 % de flooding e < 5 % de wepping, ouseja, estava OK.

pelos dados da planta, estava ocorrendo > 50 % weeping.

howhw

hd


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na realidade, estava ocorrendo vapor cross flow channeling, pois a reafurada aumentou. Durante a operao antes da parada, o fouling mantinha area furada dentro dos limites, mas quando a unidade foi parada, a limpezados pratos elevou para 16 %, levando ao problema.

Uma das maneiras suspeitas de se contornar este problema instalandovlvulas mais leves no final do prato (prximo ao vertedor), de modo aequalizar o nvel de lquido no prato.

Contudo, os fabricantes fazem o inverso: pem vlvulas mais leves no comeodo prato, para ter maior aerao do lquido no comeo do prato, para garantir aeficincia do mesmo:

mais leve mais leve

IDEAL FABRICANTE

8.4. Pesquisa de Temperatura

A configurao abaixo recomendada para a instalao de termopares dentrode pratos com chamins. A pesquisa de temperatura ( temperature survey )tambm utilizado para a deteco de problemas em torres.

calibration holes (enfiar umTI e comparar com termopares)

test holes


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T real

T superfcie (medido pelo calibration hole)

calibration curve

Evidentemente este mtodo bom para torres recheadas, mas no para C3

Splitter (o T ao longo da torre baixa, qualquer variao de temperatura =erro). melhor para torres fracionadoras.

Outro ocasio para se utilizar Temperature Survey na determinao do perfilde temperaturas no Air Cooler :

150 oF

103 oF

100 oF

Est ocorrendo condensaotota dentro dos tubos, logoa linha de sada deve estarsub-dimensionada.

8.5. Balano de Energia

O balano de energia sempre recomendado, como uma primeira medida para

a deteco de alguma anormalidade em torres.

EXEMPLO 1: torre de fracionamento a vcuo


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FC

FC

50 MM BTU/h

100.000 lb/hLVGO350 F

500 F

FC

FC300.000 lb/h

HVGO

60.000 lb/h

50 MM BTU/h

~ zero

Q LVGO = (HV,500 F hL, 350 F) * 100.000 = 200 BTU/lb * 100.000 lb/h

= 20 MM BTU/h = calor para condensar o LVGO

Mas a carga trmica do refluxo circulante 50 MMBTU/h. Aonde esto os

outros 30 MM TU/h ? o vazamento de LVGO pela panela para o leito deHVGO. Isso acarreta no resfriamento do leito de HVGO e pode limitar a cargada unidade. Isto um sintoma de vazamento que um simples balano deenergia possibilita analisar.

muito importante fazer balano de energia na torre de vcuo quando se estfazendo Revamp na unidade.

8.6. Balano de Massa

Atravs de um simples balano de massa na torre atmosfrica, possvel fazeruma anlise de sensibilidade para estudar a influncia de variveisoperacionais (como a vazo de retirada de leo diesel) em outras:

Assumindo retiradas totais de produtos,temos


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# 35L = R = NP V = FRN + HN + W

# 23

# 20L = H TPA / = D V = D + (FRN + HN +W)

# 11

# 9# 8 L = H BPA / V = L + (D + FRN + HN +W)

# 5

8.7. Erros comuns em detalhes de projeto

Controle do nvel de panela com chamins, devido localizao errada datomada do transmissor de nvel:

O prato de retirada total foi selado com soldas, porm mesmo assimapresentou problemas, porque as chamins foram instaladas muito prximasdo downcomer e o vapor que sobe entra em contato com o lquido quedesce pelo downcomer, ocasionando a perda de fracionamento.

Produto de topo + Refluxo + guaFRN + R + W

Refluxo (R)

Nafta pesada (NP)Refluxocirculante TPA

Diesel (D)

Refluxocirculante BPA

Produto de fundo

Vapor


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Uma das solues mais simples, que no necessita o re-dimensionamento doprato, selar o lado da chamin que entra em contato com o vapor, desde queisso no comprometa o escoamento do vapor:

importante tomar alguns cuidados no projeto de pratos de retirada total, paraevitar problemas como os mostrados nas figuras a seguir.

7/31/2019 Curso de

curso de destilação

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