Por: Antonio Bruno
Vivas-nº01
Antônio Ricardo
D’Araújo-nº02
Celso Vinicios da
Silvanº03
Dandara Alana
Alcântara-nº04
Partes e Funções da
Coluna de
Fracionamento
Salvador, 14 de Junho
de 2010
Por: Antonio Bruno Vivas-nº01
Antônio Ricardo
D’Araújo-nº02
Celso Vinicios da
Silvanº03
Dandara Alana
Alcântara-nº04
Partes e Funções da
Coluna de
Fracionamento
Trabalho
apresentado ao professor Cláudio Reynaldo da disciplina de Equipamentos
Industriais da turma 5822, turno matutino do curso de Automação e Controle
Industrial
Salvador, 14 de Junho
de 2010
Resumo
A destilação na área industrial é de
suma importância para os diversos processos que ocorrem na mesma, pois a destilação de um determinado produto,
fornece diversos derivados do mesmo, servindo agora, de matéria prima para
diversas aplicações. Desta forma, serão abordadas ao longo do relatório as
partes que compõe uma torre de fracionamento ou destilação, assim como, a
função de cada parte.Com a realização deste
trabalho esperamos ampliar nosso conhecimento, já que como futuros técnicos em
automação industrial faz-se necessário a aprendizagem do tema abordado.Além de
passar o conhecimento adquirido aos demais interessados acerca do assunto.
Palavras-chave :coluna de fracionamento, torre de destilação
Sumário
Introdução
Colunas de Fracionamento
Seções
Outros Equipamentos
Equipamentos
auxiliares
Materiais
Conclusão
Referências Bibliográficas
1.0
Introdução
Vários filmes ou desenhos animados mostram imagens do
petróleo como um líquido espesso e escuro jorrando para o
alto ou fluindo de uma plataforma de perfuração. Mas quando você coloca
gasolina no carro, já deve ter percebido que ela não é escura nem espessa.
Além disso, há muitos outros produtos que são derivados do petróleo,
como giz de cera, plásticos, óleos, combustíveis, querosene, fibras sintéticas
e pneus. Como é possível conseguir esses e outros produtos a partir do petróleo
bruto?
O meio mais comum de separação no refino de petróleo, na
petroquímica e no processamento do gás natural é a destilação fracionada, que
utiliza a diferença entre os pontos de ebulição da mistura num processo de
aquecimento, separação e esfriamento dos produtos.
2.0
Colunas de Fracionamento
A destilação industrial é realizada em grandes
colunas cilíndricas verticais conhecidas "torres de destilação ou
fracionamento" ou "colunas de destilação". As torres de
destilação tem escoadouros de líquidos a intervalos na coluna, os quais
permitem a retirada de diferentes frações ou produtos que possuem diferentes
pontos de ebulição.
Ela é utilizada em um processo
quando se quer separar um produto em dois ou mais derivados, por meio da
evaporação e condensação entres os componentes em questão. Essa
separação é feita através da destilação utilizando o calor como o agente que
irá promover a separação. Nesses equipamentos não ocorre nenhum tipo de reação
química, e sim trocas térmicas e mudanças de estado da matéria. No caso
específico do nosso trabalho, daremos maior ênfase às partes de uma torre de
fracionamento, que podem ser dividas em várias partes.
O Casco é a região onde ocorre todo o processo de
fracionamento, possui uma forma cilíndrica e é fechado nas duas extremidades
por dois tampões, formando assim um vaso de pressão com diversos acessórios
internos. O tamanho da torre será determinado por cada tipo de processo
específico, ou seja, a altura da torre deve ser adequada ao tipo de separação
que se deseja.
A depender da altura da torre o casco pode ser inteiro ou
em anéis que serão unidos por meio de solda, de flange, ou de parafusos a
depender do processo. Os tampos
são peças com o mesmo diâmetro do casco geralmente de forma elíptica ou torrisférica que
vedam as extremidades da torre.
3.0 Seções
A Seção de topo é constituída: por um bocal de saída que é
utilizado para saída de vapor, por um bocal de entrada de refluxo (fluido do
interior da torre que vai de um prato a outro), pelo distribuidor que melhora a
distribuição de líquidos nas bandejas; pelo demister (Eliminador de névoa que não permite a passagem de gotículas de líquido em
suspensão nas saídas de gás e vapor), e geralmente por chaminés que são instaladas nas panelas
de retirada total, permitindo a passagem do vapor da seção inferior para a
superior.
Seção Intermediária é a região entre a seção de topo e a
seção de fundo constituída por bocais de entrada de carga, prato, chicanas
entre outras partes comuns as três partições, e de saída de retiradas
intermediárias, além de panelas de retirada total ou parcial.
Seção do Fundo é a região onde ficam os produtos mais
pesados, chamados de produtos residuais, que dão origem a borra asfáltica.
Existe nesse local bocais de saída para permutadores de calor do tipo
referverdor, além, de bocais para a entrada de vapor já aquecido e é também o
local onde fica encaixado o suporte de sustentação. Nela podemos encontrar
também as bocas de visitas que são aberturas encontradas no casco com posição
estratégica para facilitar o acesso ao interior do mesmo para manutenção,
inspeção ou montagem. Na maioria dos cascos as bocas de visitas são construídas
parecidas com um bocal flangeado, e tampadas por um flange cego. São bocais em
torno de 20” .
4.0 Bandejas ou
Pratos
As Bandejas ou Pratos são elementos colocados no interior
do casco dispostas de forma paralela entre si, perpendicular a superfície do
casco, em determinado número tendo e intervalos iguais, nesses pratos existem
vertedores com as funções de formar um nível de líquido sobre o prato e
direcionar o líquido que transborda para o prato abaixo. E também existem
passagens para a passagem de vapor ou gases. Então, os líquidos tenderam a
descer e os fluidos gasosos tenderam a subir. Pode variar com os seguintes
tipos:
As bandejas de borbulhadores são
chapas com a mesma forma do casco da torre com pequeninas chaminés em sua
superfície recobertas por uma peça de fechamento chamada capacete que ao ser
adaptada permite certa distância do topo da chaminé e possui pequenos furos
verticais que permitem o escape do vapor e maior contato do fluido com o mesmo
e que o fluido vaze por alguma das pequenas chaminés, só sendo presentes em
equipamentos antigos.
As bandejas valvuladas possuem
pequenas válvulas em sua superfície que só abrem quando há passagem de vapor em
sentido ascendente e se fecham após isso impedindo a entrada do fluido a ser
destilado em seu interior (vazamento). Esse tipo de prato junto com o perfurado
são os mais comuns na industria e não apresentam
um range bem definido de velocidade de escoamento para os fluidos.
Já as bandejas perfuradas não
são nada mais nada menos que chapas com orifícios de diâmetro dependente do
processo por onde passará o vapor que entrará em contato com o fluido que
inunda a bandeja. Esse tipo de bandeja
não é aconselhada para se trabalhar com baixas vazões de vapor e existe
probabilidade significativa dos orifícios entupirem em processos com
contaminantes.
As bandejas ou pratos podem ser divididos em:
Zona de dispersão ativa (varia de 40
a 70% do prato),Zona periférica de enrijecimento e
suporte(varia de 2 a
5% do prato), Zona de separação e de distribuição(varia de 5 a 20% do prato), Zona dos
vertedores (varia de 10 a
30% do prato). Ou ainda em: Zona I (zona
de espuma de altura variável), Zona II (região de grandes gotas que coalescem e
retornam ao prato), Zona III (região de pequenas gotas que são arrastadas para
o prato de cima e voltam ao prato ao prato de origem com o líquido). (Slide
Curso de destilação e extração –COFIC- DESTILAÇÃO 07 e 08)
5.0 Vertedouros ou downcomers
Cada coluna tem dois condutores,
um de cada lado, chamado vertedouro (canal de descida ou, como usa-se muito na
prática o termo em inglês, "downcomer") por onde o líquido cai por
gravidade, de um prato para o outro, localizado imediatamente abaixo dele.
Esses canais podem ser tubos ou mesmo uma chapa metálica entre o prato e o
casco que deixa uma determinada lacuna (Apostila torres_petrobras.pdf).
Contudo as bandejas,
independente do tipo de passagem do vapor podem possuir tipos de escoamento
como cruzado, dividido, ou radial. No sentido de fluxo cruzado o produto entra
por um lado percorre o prato e sai pelo outro lado sendo permitido o uso de
vertedoutros para diâmetros até 2m; no sentido de fluxo dividido o liquido
entra pelo centro e sai pelas laterais do prato sendo mais comum seu uso em
torres de grande diâmetro; no sentido de fluxo radial o produto líquido sai do
centro e se espalha pelo prato que possui aberturas de saída em sentido radial.
6.0 Panelas e Chicanas
Próximos aos pratos existem as panelas
que são dispositivos colocados ao longo da torre de fracionamento, a fim de
promover a retirada de quantidades de produtos ao longo da torre. As panelas
podem ser de retirada total ou parcial, o que irá diferencia uma da outra, é a
forma. A panela de retirada total é caracterizada por não permitir que o
líquido se conduza a bandeja inferior à panela. Já a panela de retirada
parcial, o produto transborda para a bandeja inferior.
Em algumas torres outro elemento
é comum: as chicanas que são
instrumentos colocados na torre de fracionamento, a fim de fazer com que o
vapor e o líquido fiquem mais tempo na torre. Não é empregada em todos os tipos
de torres de fracionamento, pois não recomendada quando se quer uma boa
separação.
7.0 Equipamentos Auxiliares
Essas torres de fracionamento
são formadas também por uma série de equipamentos auxiliares que são
equipamentos necessários para que haja o processo de fracionamentos. Exemplos
desses instrumentos são:
·
Trocador
de Calor: são equipamentos destinados a realizar a troca térmica entre
determinados produtos, no casso da torre de fracionamento, os tipos que são
utilizados são:
§ Condensador: É normalmente conectado a parte superior da torre
de fracionamento e tem como finalidade fazer à condensação dos
vapores leves que atingem o topo da
coluna.
§ Referverdor:
É conectado normalmente na região da base da torre de fracionamento, possui como
função: aquecer o fluido que se acumula na parte de baixo da torre (base) e
como conseqüência ocorre novaa evaporação dos produtos voláteis não vaporizados
da primeira vez que entraram na torre.
§ Aquecedor:
tem a finalidade de aquecer o produto de entrada da torre para que a maior
parte do mesmo se vaporize e geralmente é conectado ao corpo intermediário da
torre.
§ Resfriador:
tem finalidade de resfrias, geralmente, os produtos finais da torre para
melhorar suas condições de armazenamento ou colocar algum deles em condições
adequadas para a continuidade do processo, quando necessário.
·
Bombas: responsável pela alimentação da
torre com a carga de líquidos e por promover a retirada de produtos.
·
Caldeiras: fornece o vapor para os
trocadores de calor e para a torre.
·
Tanques: locais onde são armazenados os
produtos relacionados ao processo da torre. Como matéria prima (insumos),
produtos finais, utilidades, e mesmo os ranques de armazenamento provisório
para algum caso de emergência no processo.
- Filtros rotativos: realiza a separação
entre as substâncias compostas por soluto e solvente, de forma que retenha
o composto mais sólido.
- Tambor de acúmulo: recipiente que
armazena o produto resfriado no trocador de calor condensador, no topo da
torre.
Além desses equipamentos, sensores e
controladores de pressão, nível, vazão e temperatura são instalados ao longo da
torre para garantir uma maior eficiência na destilação.
Na parte externa as torres geralmente
possuem escadas e Plataforma de acesso que são equipamentos utilizados apenas
para se ter acesso a torre, para uma vistoria ou manutenção e suportes que
normalmente são utilizados para suportar as torres de fracionamentos, uma saia
que um suporte muito empregado na maioria dos vasos de pressão.
8.0
Materiais
Vale ressaltar que os materiais
utilizados por esses equipamentos que compõe a torre de fracionamento, irão
depender do processo, pois pode existir fatores como: corrosão, temperatura e
contaminação; e por isso merece uma atenção quanto a resistência dos materiais.
O material mais empregado para as chapas é o aço-carbono, sempre que o produto
a ser armazenado não for muito corrosivo para esse tipo de aço, apesar da
sobreespessura que se adota para fazer face à corrosão.
9.0 Conclusão
A torre de fracionamento de
pratos é essencial a refinarias e usinas devido a sua grande utilidade na
separação de fluidos. Os equipamentos de uma torre bem, como seu casco varia de
processo a processo uma vez que, o tipo de bandeja, a localização das mesmas e
das panelas, o material do casco, os equipamentos auxiliares utilizados são
escolhidos com base no objetivo do processo e da precisão necessária para
atingi-lo.
Todo estudo sobre os
equipamentos e acessório dessas torres visa: melhor contato em cada prato que
representa uma melhor separação neles e, melhor desempenho da coluna e, assim,
menor número de pratos, coluna menor e, principalmente, menores custos de
energia e material (carcaça, pratos, componentes internos, etc.).
10.0 Referências
Bibliográficas
Material Eletrônico:
Slide sobre vasos de pressão do SESI/SENAI.
Slide Curso de
destilação e extração –COFIC- DESTILAÇÃO 07 e 08
Material Didático:
REIS, V. Carlos.Vasos de
Pressão - Eduardo Ferrer Santiago.EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS
Torre – Petrobrás
ROITMAN, Valter-OPERAÇÕES
UNITÁRIAS.
Apostila sobre sistemas mecânicos. Aludos do
SESI/SENAI da turma de mecatrônica (22837) de 2009
Muito bom!
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