Absorção

Revisão - Destilação fracionada

Operação que visa um maior enriquecimento do vapor devido ao

acoplamento de estágios. (Desvantagem: alto custo) – (Vantagem: produto

final com composições desejadas)

Nome do equipamento: coluna fracionamento

Na maioria das instalações, o vapor que

sai pelo topo da coluna é condensado e retorna à

mesma na forma de líquido (frio ou saturado), o qual

é chamado de refluxo. O líquido que chega até a

base da coluna passa através do refervedor

(reboiler) onde é vaporizado.

vapor sobe da base para o topo da coluna, o mesmo é enriquecido no componente mais volátil.

líquido, à medida que o mesmo desce do topo para a base é enriquecido com o componente

menos volátil.

região de enriquecimento

região de esgotamento (stripping)

Seção de enriquecimento ou absorção: É a parte da coluna

compreendida entre o prato de entrada da carga e o topo da coluna. Nesta

seção, são concentradas as frações ou substâncias mais leves (mais voláteis),

ou seja, em todos os pratos acima do prato de alimentação, a percentagem de

compostos mais leves é maior do que na carga. As substâncias mais pesadas

são removidas dos vapores que ascendem, pelo refluxo interno de líquido que

desce pelo interior da torre, líquido que também é denominado como refluxo

interno.

Seção de esgotamento É a parte da coluna compreendida entre o

prato de entrada da carga e o fundo da coluna. Nesta seção são concentradas

as frações ou substâncias mais pesadas (menos voláteis), ou seja, em todos os

pratos abaixo do prato de alimentação, a percentagem de compostos mais

pesados é maior do que na carga. Os componentes ou substâncias mais

pesadas, são removidos dos vapores que ascendem, pelo refluxo de líquido que

desce pelo interior da torre, também denominado de refluxo interno.

No entanto, existem processos que utilizam somente absorção ou

esgotamento, e, de acordo com a necessidade do processo, são projetadas

torres que operam somente com processos de absorção ou, então, apenas com

processos de esgotamento. As colunas de absorção e de esgotamento,

geralmente, não possuem estágios de troca de calor, isto é, não apresentam nem

refervedor, nem condensador.

CONCEITOS L1

L2

V2

V1

Absorção e Stripping são métodos comuns para:

a) remover impurezas de um gás (absorção);

b) remover impurezas de um liquido (stripping).

Isto é obtido com um líquido absorvente fluindo em contra corrente

com o vapor (absorção) em contra corrente com a mistura líquida

(stripping).

L0 (absorvente)

VN+1 (vapor a ser

separado)

V

1

LN

12

N–1N

LN+1 (líquido a ser separado)

V0 (stripper)

V

N

L1

12

N–1N

Vapor preferencialmente

vaporiza certos componentes do

fluxo líquido.

Absorção Stripping

O líquido absorvente absorve,

preferencialmente, certo

componente do fluxo de vapor.

Processo utilizado para produção, separação e purificação de

misturas gasosas. Aplicações:

Produção de ácidos: sulfúricos, clorídrico, etc;

Produção de amoníaco, amônia, formaldeído;

Purificação de gases de combustão;

Remoção de CO2 na fabricação de amônia;

Remoção de compostos tóxicos ou de odor desagradável: H2S.

Contaminação do ar atmosférico por um vazamento de amônia.

O objetivo então seria a remoção da amônia (soluto) do ar (inerte) através

de um líquido inerte (por ex.: água ou um ácido).

No primeiro caso, a remoção dá-se através da solubilidade da

amônia na água (processo físico); no outro caso, a amônia reage com o

ácido (processo químico). Dependendo do caso, um ou outro método

pode ser mais interessante e econômico.

Aplicações

Exemplo prático

Equipamentos

Para a operação de absorção e esgotamento, são utilizados os

mesmos equipamentos que para a operação de destilação, principalmente

torres com recheios, embora torres com pratos com borbulhadores ou com

pratos valvulados também sejam empregadas.

As torres com recheios são mais utilizadas em processos de

absorção, pois nesta operação as vazões de líquido e vapor, geralmente, não

sofrem muita alteração ao longo do processo. Na operação correta, a torre

está cheia de gás e o líquido desce através da coluna. O recheio, desta

forma, está sempre coberto por uma camada de líquido permanentemente em

contato com o gás. A vazão de líquido não pode ser muito pequena, caso

contrário o recheio não ficaria molhado de maneira uniforme. A vazão de vapor

não pode ser excessivamente alta, pois dificultaria a descida do líquido na

torre.

A transferência de massa entre as fases é promovida pelo recheio no

interior da coluna. Este mantém o contato íntimo e contínuo entre as fases em

toda a extensão de cada leito recheado.

Equipamentos de Aborsoção e Stripping

1

2

N–1

N

Torre de bandejas Configuração da bandeja

aberturas

campanula

espelhopratoprato

campanula

pernaprato

Três tipo de aberturas de bandeja: perfurado, válvula,

e borbulhador.

Os regimes do fluxo vapor-líquido para uma bandeja de contatando incluem: spray,

espuma, emulsão, bolha, e espuma celular.

represa

represa

Fluxo líquido mostrado por setas azuis.

Fluxo de vapor através de setas vermelhas.

prato

Líquido

entrando Vapor

saíndo

Vapor

entrando

Líquido

saíndo

Contato de fase em uma Bandeja de Contato

represa

pratos

espuma

As condições de espuma são variadas, dependendo do tipo de regime do fluxo

líquido-vapor.Inclui: spray, espuma , bolha de emulsão e espuma celular.

Vapor flui (exibido em vermelho)

borbulha para cima através da

espuma. Corrente líquida flui

através da espuma e por cima

da represa.

Equipamentos de Absorção e Stripping

Eliminador

de mistura

Liquido

Spray

recheio

Saída de Liquido

Entrada

de gás

Spray

Saída de gás limpo

torre de recheio

contracorrentetorre Spray

Mycock et al., 1995

Redistribuidor

Q: Limitações da torre spray?

Q: O que é o redistribuidor?

Saída de gás limpo

Entrada

de gás

Equipamentos de Absorção e Stripping

Equipamentos de Absorção e Stripping

celas

Berl

celas

Intalox anéis

Raschig

anéis

Lessinganéis

Pall

Tellerette

Torre de recheio

com fluxo cruzado

em três leitos

Recheio

Mycock et al., 1995Quais os critérios para uma boa escolha dos materiais?

15

SELEÇÃO DO EQUIPAMENTO

As torres de prato por sua vez são recomendadasquando o sistema exige limpezas constantes, e oprojeto exige grandes diâmetros (d > 4ft),transferência de calor e maior flexibilidade devazões de líquido e vapor.

Os equipamentos mais usuais para absorção são as torres de pratos e torresrecheadas. A escolha deve ser feita em função de vários critérios. Leva,Thibodeaux & Murrill apresentam várias características que nos auxiliam aescolher a torre mais conveniente.

De uma maneira geral as torres recheadas sãorecomendadas quando o sistema é corrosivo,viscoso e tende a formar espuma, e o projetoexige baixo P, pequenos diâmetros (d< 2ft) eelevados números de estágios.

Liquido

entrando

Vapor entrando

Vapor

saindo12

N–1N

Liquido entrando

Vapor entrando

Vapor

saindo

Líquido

saindo

TORRES RECHEADAS

As considerações mecânicas de interesse nas torres são:- P- Capacidade- Distribuidores e suportes

O projeto destas torres é semelhante ao das torres de pratosou outras, envolvendo considerações ligadas à operaçãomecânica e eficiência do equipamento.

Os fatores relacionados com a eficiência do equipamento são:-Distribuição e redistribuição de líquido;-Área de contato gás-líquido.

O dimensionamento de uma torre de recheio requer o mesmocuidado dispensado com torres de pratos.

Alguns princípios que devem ser lembrados no projeto:

· A torre deve ser projetada para operar na região de loading(40 a 80% do flooding). Isto determina a área ótima para aqual a eficiência é máxima.

· A dimensão do recheio não deve ser maior do que 1/8 dodiâmetro da torre.

· A altura de cada secção de recheio é limitada aaproximadamente 3D para anéis de Raschig e 5D para anéis dePall. Não é recomendado utilizar-se secção recheada maior que20ft.

·Para sistema em que a resistência se deve à fase gasosa,recomenda-se utilizar recheio com distribuição aleatória nacoluna. Caso contrário usar recheio arrumado.

ESCOLHA DO RECHEIO

O recheio deve apresentar entre suas qualidades: alta porosidade e áreaespecífica, baixa perda de carga, boa resistência química e mecânica, formatoirregular, baixo custo e peso específico. Como exemplo, seguem alguns tiposde recheio utilizados na indústria:

TIPOS DE RECHEIO

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Dados de recheio

Vantagens:

1. geralmente são projetos mais econômicos, por serem mais simplificados;

2. apresentam pequena perda de carga;

3. não estão sujeitas às formações de espuma.

Os recheios são disponibilizados em seções, sobre suportes de

sustentação, o que impede uma compactação e/ou uma descompactação

localizada, que formaria caminhos preferenciais ao longo da coluna.

O tamanho dos elementos dos recheios, geralmente, variam entre 0,5

e 8 cm.

Especificações de Projeto I

Especificações para avaliar o processo de absorção:

1. Fluxo de gás ou líquido que entra: composição, temperatura e pressão

2. Grau de separação desejado

3. Escolha do agente absorvente (ou stripper)

4. Pressão operacional, temperatura e queda de pressão permitida

5. Fluxo mínimo de absorvente

6. Número de estágios de equilíbrio

7. Efeitos de térmicos e necessidade de resfriamento

8. Tipo de equipamento de absorção ou stripper

9. Altura do equipamento

10. Diâmetro do equipamento

Especificações de Projeto II

Propriedades do fluido absorvente:

1. Ter um alto grau de solubilidade para o soluto (minimiza a quantidade de absorvente

requerido)

2. Ter baixa volatilidade (aumenta a recuperação de soluto e reduz a perda de

absorvente)

3. Ser estável (reduz a reposição de absorvente)

4. Não corrosivo (diminui os custos com equipamentos resistentes a corrosão)

5. Ter baixa viscosidade (reduz a queda pressão e exigências de bomba, assim como,

aumenta o fluxo de massa)

6. Não forme espuma quando em contato com gás (reduz o tamanho do equipamento)

7. Não seja tóxico e inflamável (segurança)

8. Esteja disponível do processo (reduz custo, reduz a necessidade de fontes externas)

Exercícios

1- O que é absorção e dessorção?

2- Qual a diferença entre esta operação unitária e a destilação?

3- Qual o componente utilizado para promover a adsorção/dessorção e qual

sua finalidade?

4- Sobre o quesito acima, comente sobre as suas principais características

para uma melhor funcionabilidade no equipamento.

4- Qual o equipamento utilizado nesta operação unitária?

5- Como os fluidos utilizados devem atuar na entrada do equipamento para

uma melhor eficiência no processo?

6- Como selecionar o melhor equipamento?

7- Comente sobre as especificações para se projetar um equipamento de

absorção/dessorção.

Mat. de apoio do prof. Dr. João Inacio Soletti