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Refino: "Conjunto de processos destinados a transformar o petrleo em derivados de petrleo" Esquemas de Refino O petrleo, no estado em que extrado do solo, tem pouqussimas aplicaes. uma complexa mistura de molculas, compostas principalmente de carbono e hidrognio - os hidrocarbonetos, alm de algumas impurezas. Para que o aproveitamento energtico adequado do petrleo, deve- se submetlo a processos de separao, converso e tratamentos.

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O PETRLEO H 5.000 anos AC, os egpicios utilizavam o betume para embalsamar seus mortos e como argamassa para construo de seus templos e pirmides. Sarcedotes hebreus usavam o petrleo em sacrifcios para acender fogueiras e suas chamas eram consideradas divinas. Gregos, romanos e rabes o usavam em aplicaes blicas (lanas incendirias). Os incas e astecas conheciam o petrleo e o empregavam na pavimentao de estradas. O petrleo uma mistura complexa de compostos orgnicos e inorgnicos em que predominam os hidrocarbonetos (HC). Trata-se de uma mistura oleosa, inflamvel, menos densa que a gua, com a cor variando do negro ao castanho-claro. No existem dois petrleos idnticos. A disponibilidade de petrleos, de acordo com suas caractersticas prprias, ir influenciar diretamente sobre a tcnica adotada para a refinao, por meio do seu desdobramento em cortes, conhecidos como fraes, que podemos aproveitar, plenamente, seu potencial energtico, bem como sua utilizao como fonte de matrias-primas. Caracterizao do petrleo A palavra petrleo vem do latim (petrus, pedra; oleum , leo) lembrando que um material oleoso extrado das rochas. O petrleo um lquido escuro, oleoso, formado por milhares de compostos orgnicos, com grande predominncia de hidrocarbonetos. Ele geralmente classificado em tipo ou bases: Petrleo de base parafnica (parafnicos) quando predominam os alcanos ( podendo chegar a 90%); Petrleo de base naftnica ( naftnicos) quando, alm de alcanos, o petrleo rico em cicloalcanos (chamados de hidrocarbonetos naftnicos), presentes na proporo de 15 a 20%; Petrleo de base aromtica ( aromticos) quando, alm de alcanos, h at 25% a 30% de hidrocarbonetos aromticos.

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Existem petrleos leves, pesados, azedos, doces, cidos. Os leos obtidos de diferentes reservatrios de petrleo possuem caractersticas distintas. Portanto, no h como ignorar a carga da refinaria, que se configura com um primeiro desafio. A caracterizao mais simples do petrleo pode ser dada pela equao:

PETRLEO = HC + CONTAMINANTES

No encontramos, praticamente, hidrocarbonetos insaturados (olefinas) no petrleo cru. Isso porque esses compostos so extremamente reativos, e reagem com o gs natural, tambm presente no reservatrio de petrleo. O gs natural, rico em hidrognio, sob condies de presso e temperatura, hidrogena as ligaes duplas (insaturaes) destes hidrocarbonetos. Predominam, portanto, os hidrocarbonetos saturados, parafnicos (cadeias abertas) e naftnicos (cadeias fechadas), e os hidrocarbonetos aromticos (presena de pelo menos um anel). A quantidade relativa de cada grupo de hidrocarbonetos, entretanto, varia muito entre os petrleos e refletir nas propriedades fsico-qumicas destes. Essa proporo de hidrocarbonetos vai influenciar na produo de um ou outro derivado.

Tabela 1: Caractersticas dos hidrocarbonetos

Caracterstica Densidade Gasolina Diesel Lubrificantes Resistncia oxidao

Parafinas Isoparafinas Naftnicos Aromticos Baixa Baixa Mdia Alta Ruim Boa Mdia Muito alta Bom Mdio Mdio Ruim timo Bom Mdio Ruim Boa Boa Boa Ruim Fonte: Thomas, 2004.

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Contaminantes: As impurezas, presentes no petrleo, podem apresentar-se dissolvidas ou integrarem o prprio petrleo. Alguns exemplos: Compostos sulfurados: O Enxofre o terceiro elemento mais abundante no leo cru. Normalmente, quanto maior for a densidade do petrleo, maior ser o seu teor de enxofre. raro aparecer isoladamente (S). A forma mais comum a de H2S, nas mais variadas propores. Podem aparecer tambm nas formas de Mercaptan ou de Sulfetos. Os compostos de enxofre so indesejveis por que: Estabilizam as emulses (dificultam a separao da gua), Provocam corroso, Contaminam catalisadores Conferem cor e odor aos produtos finais. Geram poluentes (formao de SO2 e SO3 altamente txicos) Classificaes de petrleos, de acordo com o teor de enxofre apresentado: Classificao usada pelo American Petroleum Institute API, ATE (alto teor de enxofre): teor acima de 1,0% BTE (baixo teor de enxofre): teor inferior a 1,0% Obs. Todo petrleo nacional, com rarssimas excees BTE. Classificao adotada na legislao brasileira: Petrleos azedos: teor acima de 2,5% Petrleos doces: teor abaixo de 0,5% Obs. Faixa intermediria (0,5% 2,5%) semi-azedos ou semidoces.

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1. Introduo O petrleo uma complexa mistura de compostos orgnicos e inorgnicos, em que predominam os hidrocarbonetos. Para que ele tenha seu potencial energtico plenamente aproveitado, bem como sua utilizao como fonte de matrias-primas importante que seja realizado seu desmembramento em cortes, com padres preestabelecidos para determinados objetivos, que denominamos fraes. Alm da complexidade de sua composio, no existem dois petrleos idnticos. Suas diferenas vo influenciar, de forma decisiva, tanto nos rendimentos quanto na qualidade das fraes. Dessa forma, o petrleo deve ser processado e transformado de maneira conveniente, com o propsito de obter-se a maior quantidade possvel de produtos de maior qualidade e valor comercial. Atingir este objetivo, com o menor custo operacional, a diretriz bsica da refinao. O processo de separao por destilao um processo eminentemente fsico, pois no h alterao das propriedades qumicas dos componentes da mistura a ser destilada, no existindo, portanto, qualquer reao qumica entre as molculas da mistura. A destilao baseia-se na diferena entre os pontos de ebulio dos diversos componentes de uma mistura. Geralmente, a destilao o processo de separao mais barato, devendo por isso ser usado sempre que os produtos gerados no se deteriorem com o calor ou quando a volatilidade relativa entre os componentes no for prxima de 1. As caractersticas dos petrleos tm pondervel influncia sobre a tcnica adotada para a refinao e, freqentemente, determinam os produtos que melhor podem ser obtidos. Assim, bvio que nem todos os derivados podem ser produzidos a partir de qualquer tipo de petrleo.

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Da mesma forma, no existe uma tcnica de refino adaptvel a todos os tipos de petrleo. A arte de compatibilizar as caractersticas dos vrios petrleos que devam ser processados numa dada refinaria, com a necessidade de suprir-se de derivados, em quantidade e qualidade, que atendam certa regio de influncia dessa indstria, faz com que surjam arranjos de vrias unidades de processamento, para que tal objetivo seja alcanado da forma mais racional e econmica possvel. O encadeamento das vrias unidades de processo dentro de uma refinaria o que denominamos de Esquema de Refino. Os esquemas de refino variam de uma refinaria para outra, no s pelos pontos acima expostos, como tambm pelo fato do mercado de uma dada regio modificarse com o tempo. A constante evoluo na tecnologia dos processos faz com que surjam alguns de alta eficincia e rentabilidade, enquanto outros, de menor eficincia ou com maiores custos operacionais, entram em obsolescncia. Os processos de refino no so estticos e definitivos, e sim dinmicos num horizonte de mdio e longo prazo. 2 - Fundamentos Promovemos o aquecimento da mistura a ser destilada, de modo a vaporizarmos parte desta. A massa desta mistura ento se dividir em duas fases distintas: uma fase vapor, formada pelos vapores desprendidos das misturas devido ao aquecimento e outra lquida, formado pelo restante da mistura que no se vaporizou (lquido residual). Se recolhermos a fase vapor desta mistura e a resfriarmos, parte dela se condensar, gerando ento, novamente, duas fases, sendo que a fase lquida condensada ser mais rica em componentes leves do que a mistura inicial. Se repetirmos' esta operao de vaporizao parcial, separao das fases e posterior condensao da fase vapor inmeras vezes, obteremos um vapor com alto grau de pureza para o composto mais voltil da mistura original, porm teremos a formao de produtos intermedirios indesejveis e um baixo rendimento.

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Em uma torre de destilao normal, os estgios de equilbrio so bandejas (pratos) dispostas verticalmente umas sobre as outras, dentro de uma mesma envoltria.

Para melhorar o rendimento da operao, usemos o esquema proposto na Fig.02. Neste esquema, o lquido que desce do estgio superior esfria o vapor ascendente do estgio inferior, promovendo uma ampla transferncia de massa e energia entre as duas fases, aumentando assim a eficincia do processo de separao

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O contato lquido-vapor ento estabelecido prato a prato, criando condies para uma eficiente troca de massa e energia ao longo de toda a torre. O vapor enriquecido de produtos volteis medida que sobe na torre, enquanto que os produtos menos volteis concentram-se no lquido que caminha para o fundo da torre. 3. Objetivos do Refino Produo de combustveis; Matrias-primas petroqumicas; Produo de lubrificantes bsicos; Parafinas.

O primeiro e segundo objetivo constitui a maioria dos casos, uma vez que a demanda por combustveis muitssimo maior que a de outros produtos, fundamental a produo em larga escala de fraes destinadas obteno de GLP, gasolina, diesel, querosene (QAV), leo combustvel (Bunker), dentre outros. Todas as refinarias brasileiras encontram-se neste grupo. a) b) c) d) e) f) Destilao (em suas vrias formas); Desasfaltao a Propano; Desaromatizao a Furfural; Desparafinao/Desoleificao a solvente (MIBC); Extrao de Aromticos; Adsoro de N-parafinas.

O terceiro grupo, de menor expresso, constitui-se num grupo minoritrio, cujo objetivo a maximizao de fraes bsicas lubrificantes e parafinas. Estes produtos tm valores agregados cerca de duas a trs vezes muito maiores que os combustveis e conferem alta rentabilidade aos refinadores, embora os investimentos sejam tambm maiores.

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No Brasil, no temos nenhuma refinaria dedicada exclusivamente produo de lubrificantes e parafinas, existem, no entanto, conjuntos dentro de alguns de nossos parques de refino que tm esse objetivo e funcionam quase como refinarias independentes. Nesta situao, podemos citar as refinarias: Reduc (Refinaria Duque de Caxias - RJ, RLAM (Refinaria Landulpho Alves - BA), Lubnor (Lubrificantes do Nordeste - CE).

4. Tipos de Processos Processos de Separao So sempre de natureza fsica e tm por objetivo desdobrar o petrleo em suas fraes bsicas, ou processar uma frao previamente produzida, no sentido de retirar dela um grupo especfico de compostos. Os agentes responsveis por estas operaes so fsicos, por ao de energia (na forma de modificaes de temperatura e/ou presso) ou de massa (na forma de relaes de solubilidade a solventes) sobre o petrleo ou suas fraes. Uma importante caracterstica nos processos de separao o fato dos produtos obtidos poderem, exceto em situaes de eventuais perdas ou contaminaes, quando novamente misturados, reconstituir a carga original, uma vez que a natureza das molculas no alterada. Processos de Converso; Os processos de converso so sempre de natureza qumica e visam transformar uma frao em outra(s), ou alterar profundamente a constituio molecular de uma dada frao, de forma a melhorar sua qualidade, valorizando-a. Isto pode ser conseguido atravs de reaes de quebra, reagrupamento ou reestruturao molecular.Prof Marcelo Rocha Pgina 9

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As reaes especficas de cada processo so conseguidas por ao conjugada de temperatura e presso sobre os cortes, sendo bastante freqente tambm a presena de um agente promovendo a reao, denominado catalisador. Conforme a presena ou ausncia deste agente pode-se classificar os processos de converso em dois subgrupos: catalticos ou no catalticos. a) b) c) d) Tratamento Merox de GLP; Tratamento Merox de naftas e querosene; Tratamento Bender; Tratamento DEA;

importante ressaltar que, devido s alteraes qumicas processadas, os produtos que saem desses processos, se misturados, no reconstituem a carga original. Processos de converso Tratamento Custico; so, em geral, de elevada rentabilidade, principalmente quando transformam fraes de baixo valor comercial (gasleos, resduos) em outras de maiores valores (GLP, naftas, querosenes e diesel). De forma similar aos processos de separao, os de converso apresentam tambm como caracterstica, elevado investimento para suas implantaes, no entanto principalmente os processos de craqueamento trmico ou cataltico apresentam curto tempo de retorno do capital investido. Em alguns casos, o retorno do capital pode ocorrer em cerca de um ano apenas. Como exemplos destes processos podem ser citados: a) Catalticos: Craqueamento Catalltico: Hidrocraqueamento (Cataltico e Cataltico Brando); Alcoilao; Reformao; Isomerizao.

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b) No catalticos: Craqueamento Trmico; Viscorreduo; Coqueamento Retardado ou Fluido.

Cabe ressaltar que a Alcoilao e a Reformao so processos de sntese e rearranjo molecular, respectivamente, enquanto os outros exemplos aqui abordados so de craqueamento. Processos de Tratamento; Os processos de tratamento tm por finalidade principal eliminar as impurezas que, estando presentes nas fraes, possam comprometer suas qualidades finais; garantindo, assim, estabilidade qumica ao produto acabado. Dentre as impurezas, os compostos de enxofre e nitrognio, por exemplo, conferem s fraes propriedades indesejveis, tais como, corrosividade, acidez, odor desagradvel, formao de compostos poluentes, alterao de cor, etc. As quantidades e os tipos de impurezas presentes nos produtos so extremamente variados, diferindo tambm conforme o tipo de petrleo processado que gerou as fraes. medida que os cortes vo ficando mais pesados, a quantidade de impurezas cresce proporcionalmente, o que dificulta a remoo. Os processos de tratamento podem ser classificados em duas categorias: Processos Convencionais e Hidroprocessamento. Os primeiros so aplicados s fraes leves, enquanto o segundo grupo usado, principalmente, para fraes mdias e pesadas.

5 -Destilao O petrleo, para que tenha seu potencial energtico efetivamente aproveitado, deve ser desdobrado em cortes de faixas de ebulio caractersticas, denominados fraes. Assim, para que esse objetivo seja alcanado, o leo bruto submetido ao processo de destilao.Prof Marcelo Rocha Pgina 11

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A destilao um processo fsico de separao, baseado na diferena de temperaturas de ebulio entre compostos coexistentes numa mistura lquida. As temperaturas de ebulio de hidrocarbonetos aumentam com o crescimento de suas massas molares. Desta forma, variando-se as condies de aquecimento de um petrleo possvel vaporizar os compostos leves, intermedirios e pesados, que, ao se condensarem, podem ser fracionados. Paralelamente, ocorre a formao de um resduo bastante pesado, constitudo principalmente de hidrocarbonetos de elevadas massas molares, que, s condies de temperatura e presso em que a destilao realizada, no se vaporizam. Por ser a destilao um processo fsico, as propriedades fsicas dos componentes de cada frao no so modificadas. Os principais tipos de destilao so: a) Destilao Integral A mistura lquida separada em dois produtos: vapor e lquido. tambm conhecida como destilao de equilbrio, auto vaporizao ou "flash". Uma parte do lquido vaporizada sob condies tais que todo o vapor produzido fica, durante a vaporizao, em contato ntimo com o lquido residual.

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b) Destilao Diferencial D-se pelo aquecimento de um lquido at a formao da primeira bolha de vapor, retirada do contato com o restante do lquido e condensada. O aquecimento continua, ento, retirando-se do restante do lquido e condensando o vapor. A destilao intermitente. O destilador carregado com uma mistura lquida cada vez mais rica em componentes pesados. A temperatura do lquido no destilador sobe continuamente durante a destilao, pois o lquido vai tornando-se mais pesado. O destilado (vapor condensado) coletado em pores separados, chamadas de cortes. normalmente utilizada em laboratrios, para controle da qualidade dos produtos de petrleo.

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c) Destilao Fracionada a separao dos componentes por sucessivas vaporizaes e condensaes proporcionando produtos com grau de pureza. A destilao fracionada uma evoluo da destilao integral ou por bateladas. O incremento da destilao fracionada a utilizao de mltiplos estgios de condensao e vaporizao simplificadamente, destilando integralmente vrias vezes para a obteno de cortes intermedirios. Na condensao, para tornar o processo mais compacto (diminuir o nmero de permutadores de aquecimento) e melhorar o fracionamento, incorporou-se destilao de multi-estgios o reflexo resultando em: Uma temperatura final intermediria entre as temperaturas do vapor e do lquido, graas troca de calor entre eles; Um vapor e um lquido de composies diferentes dos originais devido condensao preferencial do produto mais pesado presente no vapor e uma vaporizao preferencial do produto mais leve presente no lquido. O vapor proveniente do estgio sai com temperatura menor do que o vapor original e mais enriquecido em produto leve o lquido sai com temperatura maior e mais enriquecido de produto pesado. Na destilao fracionada, quanto maior o nmero de estgios empregados, maior ser o grau de pureza dos produtos e, quanto mais condensado retorna, o produto melhor ser o grau de separao porque maior ser o grau de enriquecimento do vapor no componente mais voltil o retorno de condensado chamado de refluxo.

6. Destilao Atmosfrica e a Vcuo Outro fator importante no processo de destilao, alm da temperatura de aquecimento do leo, a presso a que ele est sendo submetido. Sabe-se que a temperatura de ebulio de um determinado lquido funo da presso que sobre ele est exercendo o ambiente.Prof Marcelo Rocha Pgina 14

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Quanto maior for presso exercida, maior ser a temperatura de ebulio do lquido. Logicamente, baixando- se a presso reduz-se tambm a temperatura de ebulio do lquido em questo. A conjugao dos parmetros temperatura e presso permitem que o petrleo seja separado em suas diversas fraes. De um modo geral, todas as unidades de destilao de petrleo possuem os seguintes equipamentos: torres de fracionamento, retificadores ("strippers), fornos, permutadores de calor, tambores de acmulo e refluxo, bombas, tubulaes e instrumentos de medio e controle.

O arranjo fsico desses equipamentos e seus mtodos de operao so diferentes de refinaria para refinaria, entretanto os princpios bsicos de operao so os mesmos. Uma unidade de destilao pode ser dividida, para efeito de estudo, em trs sees principais (visto anteriormente):Prof Marcelo Rocha Pgina 15

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7. Pr-Aquecimento e Dessalinizao O processo de destilao tem incio com o bombeamento contnuo de petrleo frio atravs de vrios trocadores de calor, onde este progressivamente aquecido, ao mesmo tempo em que resfria os produtos acabados que deixam a unidade. O conjunto dos permutadores de calor dessa seo conhecido como bateria de pr-aquecimento. O sistema permite uma economia operacional bastante elevada, pois oferece a vantagem de aquecer a carga com fraes que se deseja resfriar, economizando, assim, combustvel necessrio para o aquecimento total da carga, alm de oferecer um menor dimensionamento dos fornos. Antes de o petrleo ser enviado seo de fracionamento, dever passar pela dessalgadora (ou dessalinizadora), para a remoo de sais, gua e partculas slidas suspensas. Esses contaminantes, quando no removidos do cru, causam srios danos a unidades de destilao, limitando o tempo de campanha, e provocando operao ineficiente da unidade. Os principais problemas resultantes da presena desses contaminantes no petrleo so: Os sais de cloro (principalmente o MgCI2) geram HCI (cido clordrico), o que pode causar corroso acentuada nas torres de fracionamento e linhas (principalmente na regio de topo); Os sais e slidos depositam-se em trocadores de calor e tubos de fornos, causando entupimentos, baixa eficincia de troca trmica e "superaquecimentos localizados" em tubos de fornos; Sais e sedimentos atuam como catalisadores para a formao de coque no interior dos tubos de fornos e linhas de transferncias, provocando tambm entupimentos e diminuio da transferncia de calor nos equipamentos. O processo de dessalinizao consiste basicamente na lavagem do petrleo da seguinte maneira: o leo cru pr-aquecido recebe gua de processo para misturar com a gua residual, sais e slidos presentes no cru. Uma vlvula misturadora provoca o ntimo contato entre a gua injetada, os sais e sedimentos. A seguir, a mistura de petrleo, gua e impurezas penetram no vaso de dessalgao, passando atravs de um campo eltrico de alta voltagem, mantido entre pares de eletrodos metlicos.Prof Marcelo Rocha Pgina 16

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As foras eltricas do campo provocam a coalescncia das gotculas de gua, formando gotas maiores, que, por terem uma maior densidade, caem atravs do cru para o fundo da dessalgadora, carregando os sais dissolvidos e sedimentos. O petrleo dessalgado flui pelo topo do tambor e continua seu fluxo dentro da unidade, enquanto que a salmoura (gua, sais e sedimentos) contnua e automaticamente, descartada do vaso de dessalgao. importante o controle do nvel da interface petrleo/salmoura, porque, caso haja arraste de gua na corrente de petrleo, sua sbita vaporizao, que ocorrer nas torres, poder provocar variaes de presso, podendo danificar as bandejas de fracionamento. O petrleo, aps ser dessalinizado, passa numa segunda bateria de praquecimento, onde sua temperatura elevada ao mximo valor possvel conseguido por troca trmica com as correntes quentes que deixam o processo. Quanto mais alta for temperatura atingida no pr-aquecimento, menor ser a quantidade de combustvel gasta nos fornos para o aquecimento final do leo. Segue adiante, o arranjo tpico:

g)Prof Marcelo Rocha Pgina 17

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8 - Torre de destilao Basicamente, uma torre de destilao constituda de um envlucro cilndrico que tem no seu interior camadas de recheio (no caso de uma torre recheada) ou bandejas (no caso de torres convencionais). O nmero e o tipo destas bandejas determinam o grau de separao obtido entre os produtos de topo e fundo, sendo que, quanto maior o nmero de pratos, melhor ser a separao (obteremos produtos mais puros). A torre possui uma fonte de calor no fundo, responsvel pela vaporizao parcial da mistura, chamada refervedor, que pode ser um trocador de calor a vapor ou um outro fluido trmico qualquer, ou um forno, no qual circule o prprio produto de fundo da torre. Possui ainda uma fonte fria no topo chamada condensador de topo, o qual pode funcionar com gua, ar ou um fluido refrigerante mais eficiente, quando se deseja atingir temperaturas muito baixas no topo da torre. Ex.: Propano, propeno, amnia ... Alm das bombas de carga, de refluxo e de retirada de produtos, outros equipamentos completam uma torre de destilao, como o vaso acumulador de topo, o qual armazena o produto condensado de topo. Pr-aquecedores de carga tambm podem ser usados, assim como torres auxiliares de retificao, no caso de retiradas laterais. A carga entra na torre lquida ou parcialmente vaporizada (no caso de uso de pr-aquecedores) no local conhecido como "Zona de Flash" ou "Zona de Vaporizao". A parte lquida da carga contendo as fraes mais pesadas ir para o fundo da torre, abaixo da Zona de Flash, e a parte vaporizada, mais rica em componentes leves, subir pela torre em direo ao topo. A "Zona de Flash" ou prato de entrada de carga (conhecido apenas por prato de carga) divide a torre em duas sees definidas: a seo de absoro ou fracionamento (tambm chamada de seo de enriquecimento) e a seo de esgotamento ou retificao.Prof Marcelo Rocha Pgina 18

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A seo de absoro promove um fracionamento dos vapores ascendentes devido absoro dos componentes pesados presentes na fase vapor pelo lquido das bandejas. Na seo de absoro, o produto de topo da torre enriquecido com os componentes mais volteis da mistura. Parte do calor cedido no fundo da torre retirada do topo da seo de absoro pelo condensador de topo. A seo de esgotamento promove a remoo dos componentes leve presentes no lquido que desce pela torre. Para promover a "retificao" deste lquido a torre consome carga trmica, que cedida pelo refervedor de fundo.

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Para que se consiga vaporizar todos os produtos que sero retirados na torre de destilao atmosfrica, a carga dever ser aquecida at o valor estipulado, porm no deve ser ultrapassada uma temperatura limite, a partir da qual tem incio a decomposio das fraes pesadas presentes no leo bruto. 9. Destilao Atmosfrica. O petrleo, aps deixar o ltimo trocador da bateria de pr-aquecimento, est ainda com uma temperatura abaixo da requerida para que ocorra um fracionamento eficaz. Com a finalidade de levarem-se mais a temperatura, possibilitando, desta forma, que as condies ideais de fracionamento sejam atingidas, a carga introduzida em fornos tubulares, onde recebe energia trmica produzida pela queima de leo e/ou gs combustvel. O craqueamento trmico uma ocorrncia altamente indesejvel em unidades de destilao, porque provoca a deposio de coque nos tubos dos fornos e nas regies das torres, causando diversos problemas operacionais. A mxima temperatura a que se pode aquecer o petrleo, em que se inicia a decomposio trmica, corresponde 400C. sada dos fornos, com a temperatura prxima de 400C, boa parte do petrleo j se encontra vaporizado, e, nessas condies, a carga introduzida na torre. O ponto de entrada conhecido como zona de vaporizao ou "zona de flash", o local onde ocorre a separao do petrleo em duas correntes: uma constituda de fraes vaporizadas que sobem em direo ao topo da torre, e outra, lquida, que desce em direo ao fundo. As torres possuem em seu interior bandejas e/ou pratos e recheios, que permitem a separao do cru em cortes pelos seus pontos de ebulio, porque, medida que os pratos esto mais prximos ao topo, suas temperaturas vo decrescendo. Assim, o vapor ascendente, ao entrar em contato com cada bandeja, tem uma parte de seus componentes condensada. medida que os vapores seguem em direo ao topo, trocam calor e massa com o lquido existente em cada prato.Prof Marcelo Rocha Pgina 20

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Os hidrocarbonetos cujos pontos de ebulio so maiores ou iguais temperatura de uma determinada bandeja, ficam retidos, enquanto a parte restante do vapor prossegue em direo ao topo at encontrar outra bandeja, mais fria, onde o fenmeno repete-se. Como o lquido existente em cada prato est em seu ponto de ebulio e existe sempre uma diferena de temperatura entre dois pratos vizinhos, sua composio varia de prato a prato, o que torna o lquido mais pesado medida que se aproxima do fundo da torre, e o vapor mais leve medida que se aproxima do topo. proporo que as fraes condensam-se, o nvel em cada bandeja vai aumentando, e o excesso derramado ao prato inferior. Ao atingir este prato, que se encontra a uma temperatura mais alta, as fraes leves, pertencentes ao prato superior so revaporizadas. O lquido que transborda prato a prato conhecido como refluxo interno, sendo essencial a um bom fracionamento. Em determinados pontos da coluna, os produtos so retirados da torre, segundo as temperaturas limites de destilao das fraes desejadas. Os componentes mais leves da carga, que no se condensaram em nenhum prato, saem pelo topo, sendo condensados em trocadores de calor fora da torre. O lquido, depois de resfriado, recolhido em um tambor de acmulo. Deste, uma parte retoma a torre como refluxo de topo e a outra parte enviada para armazenamento ou alimentao de outro sistema. As finalidades principais do refluxo de topo so o controle da temperatura de sada de vapor da torre e a gerao do refluxo interno, que, como j comentado, fundamental a um perfeito fracionamento. Como complemento ao refluxo de topo, pode existir um refluxo de produto lateral circulante. O refluxo circulante ou intermedirio uma corrente que deixa a torre como lquido resfriada e devolvida coluna alguns pratos acima da retirada. Sua funo principal retirar calor da torre, gerando mais refluxo interno, porm esta corrente no interfere diretamente no fracionamento, uma vez que o mesmo produto que coletado num determinado prato devolvido inalterado em sua composio coluna.Prof Marcelo Rocha Pgina 21

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As fraes intermedirias, que saem lateralmente na torre, possuem componentes mais leves que so retidos no lquido, quando o vapor atravessa o prato de retirada. Esses compostos baixam o ponto inicial de ebulio e o ponto de fulgor dos cortes, sendo necessria a sua eliminao. Isto feito em pequenas torres conhecidas como retificadoras laterais ou "strippers". Nesses equipamentos, injeta-se vapor d'gua, que baixa a presso parcial dos hidrocarbonetos. Embora a presso total mantenha-se constante, o abaixamento da presso parcial dos hidrocarbonetos equivale a uma diminuio da presso total, e, dessa maneira, sem que haja variao na temperatura, as fraes mais leves so vaporizadas e levadas juntamente com o vapor d'gua de volta torre principal. Na torre de destilao, usa-se o vapor d'gua para retificar o produto de fundo, recuperando fraes arrastadas que pertencem retirada imediatamente superior "zona de flash". As correntes de vapor d'gua que entram na coluna saem pelo topo juntamente com os hidrocarbonetos leves, sendo condensados ambos em conjunto. Devido diferena de densidade entre a gua e os hidrocarbonetos lquidos condensados, a primeira facilmente eliminada no tambor de acmulo do produto de topo. Uma torre de destilao de petrleo que trabalhe em condies prximas da atmosfrica tem como produtos laterais o leo diesel, o querosene, e a nafta pesada. Pelo topo saem vapores de nafta leve e GLP, que so condensados fora da torre, para, posteriormente, serem separados. O resduo da destilao atmosfrica que deixa o fundo da coluna conhecido como resduo atmosfrico (RAT). Dele ainda podem ser retiradas fraes importantes, atravs da destilao a vcuo, que ser estudada mais tarde. Quando h a necessidade de se projetar unidades de grande capacidade de carga, ou de se ampliar a carga de uma unidade de destilao j existente, utiliza-se uma torre de pr- fracionamento (pr-flash). Essa torre retira do petrleo os cortes mais leves (GLP e nafta leve), permitindo, desta forma, ampliar a carga total da unidade ou dimensionar os fornos e o sistema de destilao atmosfrica para um menor tamanho.Prof Marcelo Rocha Pgina 22

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10. Destilao a Vcuo O RAT (resduo atmosfrico), subproduto da destilao atmosfrica do petrleo, um corte de alta massa molar e de baixo valor comercial. Sua nica utilizao prtica como leo combustvel. Contudo, nele esto contidas fraes de elevado potencial econmico, tais como os gasleos (GOL ou GOP), que no podem ser separados por meio da destilao usual, pois, devido a suas altas temperaturas de ebulio presso atmosfrica, impossvel vaporiz-los, em face do limite de 400C, imposto pela decomposio trmica dos hidrocarbonetos pesados. Sabemos que a temperatura de ebulio varia diretamente com a presso. Logo, se baixarmos a presso, as temperaturas de ebulio das fraes tambm cairo, ou seja, elas sero vaporizadas a uma temperatura menor que necessria sua vaporizao quando se trabalha sob presso atmosfrica. Assim, trabalhando-se a presses sub-atmosfricas, possvel retirar-se do cru reduzido os gasleos, por meio da destilao a vcuo. A destilao a vcuo empregada usualmente em dois casos: produo de leos lubrificantes ou produo de gasleos para carga do craqueamento cataltico.Prof Marcelo Rocha Pgina 23

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O RAT (resduo atmosfrico) que deixa o fundo da torre principal bombeado e enviado aos fornos da seo de vcuo, para que sua temperatura seja aumentada. Da mesma forma que na destilao atmosfrica, a temperatura de sada dos fornos no deve ultrapassar a temperatura inicial de craqueamento trmico. A decomposio dos hidrocarbonetos, alm da formao de depsitos de coque nas tubulaes e na regio abaixo da "zona de flash", provoca a gerao de gases leves, fazendo com que a presso aumente, devido sobrecarga no sistema de produo de vcuo. O petrleo pr-vaporizado que deixa a torre de pr-flash encaminhado aos fornos e da torre atmosfrica, onde so retirados a nafta pesada, o querosene e o diesel, tendo como produto de fundo o resduo atmosfrico (RAT):

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A carga aquecida, aps deixar os fornos, entra na "zona de flash" da torre de vcuo. A presso nessa regio da torre em torno de 100 mmHg (2 psi), o que provoca a vaporizao de boa parte da carga. importante salientar que quanto mais baixas forem as presses atingidas, melhores sero as condies de fracionamento. As torres de vcuo possuem normalmente um grande dimetro, pois o volume ocupado por uma determinada quantidade de vapor bem maior em presses reduzidas que em presses atmosfricas. Os hidrocarbonetos vaporizados na "zona de flash", como na destilao convencional, atravessam bandejas e/ou recheios de fracionamento e so coletados em duas retiradas laterais: gasleo leve (GOL) e gasleo pesado (GOP). O gasleo leve um produto ligeiramente mais pesado que o leo diesel e pode, em certas ocasies, ser a ele misturado, desde que seu ponto final de ebulio no seja muito elevado. O gasleo pesado um produto bastante importante devido sua utilizao (em conjunto com o gasleo leve) como carga para unidades de craqueamento cataltico ou pirlise. No existe retirada de produto de topo, saindo somente vapor d'gua, hidrocarbonetos leves e uma pequena quantidade de ar. Esses gases so continuamente succionados da torre pelo sistema de produo de vcuo. O abaixamento de presso feito por intermdio de uma srie de condensadores e ejetores, que por intermdio da condensao do vapor d'gua e de algum hidrocarboneto, produzem o vcuo. Aps o ltimo estgio de ejetores e condensadores, os gases incondensveis (ar e hidrocarbonetos leves) podem ser queimados em fornos ou em tocha qumica. Quando os cortes laterais so destinados ao craqueamento cataltico, deve-se controlar, principalmente, o ponto final de ebulio, o resduo de carbono e o teor de metais do GOP. Isto feito variando-se a vazo de retirada desse produto da torre. Entre a "zona de flash" e a retirada de gasleo pesado existe um conjunto de telas de ao superpostas, conhecido como "Demister pad". Esse equipamento tem por finalidade evitar o arraste pelo vapor de partculas pesadas do produto de fundo, que iria contaminar os cortes laterais, aumentando o resduo de carbono e o teor de metaisProf Marcelo Rocha Pgina 25

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da carga para craqueamento. O produto residual da destilao conhecido como resduo de vcuo (RAV). constitudo de hidrocarbonetos de elevadssimas massas molares, alm de contar com uma razovel concentrao de impurezas. Conforme as suas especificaes podem ser vendidas como leo combustvel ou asfalto. Tal como na destilao atmosfrica, tambm pode ser injetado vapor d'gua no fundo da torre, visando a retificar-se o resduo de vcuo (rav), vaporizando as fraes mais leves arrastadas. Segue abaixo o desenho esquemtico:

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11. Mecanismo do processo de destilao. Como j foi visto, uma torre de destilao recebe calor pelo fundo e perde calor pelo tempo, nos refervedores e condensadores respectivamente. Dessa forma, criado um diferencial de temperatura prato a prato ao longo da torre. A temperatura de um prato ser ligeiramente mais elevada do que a do prato superior. Isto equivale a dizer que estabelecido um diferencial de temperatura entre os estgios de equilbrio da torre, sendo que prato da torre representa um "estgio de equilbrio".Prof Marcelo Rocha Pgina 27

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Esta diferena de temperatura responsvel pelas diferentes composies de lquido e vapor em cada prato. Assim, cada prato ter uma temperatura de ebulio, e este valor de temperatura vai diminuindo medida que os pratos vo ficando mais elevados, permitindo com isso, a formao de lquidos mais leves (com menor ponto de ebulio) a cada prato superior, os quais, por sua vez, geraro vapores tambm mais leves. A construo das bandejas permite contato ntimo entre lquido e vapor, atravs do borbulhamento dos vapores atravs do lquido da bandeja. Assim, os vapores ascendentes trocam calor e massa com o lquido que desce pela torre. Devido ao fato dos vapores estarem (prximo) do seu ponto de orvalho, os componentes mais pesados se condensam, cedendo calor aos componentes mais leves do lquido do prato, que se vaporizam devido absoro deste calor. O vapor, aps sua passagem pelo prato, torna-se mais leve e o lquido que escoa atravs dos vertedores para o prato inferior fica mais pesado. Como o lquido de um prato est no seu ponto de bolha (prximo) existe uma diferena de temperatura entre dois pratos vizinhos e por isso a composio do lquido e do vapor que abandonam cada prato varia ao longo de toda a torre. Dessa forma, o produto de topo possui ponto de ebulio mais baixo e o produto de fundo apresenta ponto de ebulio mais alto. OBSERVAO: Teoricamente, o lquido que desce de um prato estaria em equilbrio com o vapor que sobe deste mesmo prato. Quanto maior for eficincia do estgio de equilbrio (prato), mais este equilbrio terico verificado na prtica. Quanto maior for o tempo de residncia do vapor, traduzido por uma menor velocidade de escoamento, maior ser a eficincia do prato, portanto mais prximos do ponto de bolha e do ponto de orvalho estaro o lquido e o vapor que saem deste prato, respectivamente. medida que o lquido dos pratos enriquecido de fraes pesadas, o nvel do prato aumenta e o excesso de lquido derramado para o prato inferior da torre.Prof Marcelo Rocha Pgina 28

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Ao atingir o prato inferior, encontrando uma temperatura mais elevada, as fraes leves que foram arrastadas, novamente se vaporizam. O lquido que desce prato a prato constitui-se no refluxo interno, e gerado pelo refluxo de topo. Quanto maior for o refluxo de topo, melhor ser a separao e o grau de pureza dos produtos de topo e de fundo aumenta. Porm, o consumo energtico ser maior, pois ser necessria maior carga trmica do refervedor e maior a retirada de calor do condensador (gasto de gua de resfriamento ou fluido refrigerante). Por outro lado, o refluxo da torre muito pequeno, gera um refluxo interno insuficiente e pode acarretar "falta de equilbrio" nas bandejas, ou seja, o vapor pesado ascendente no encontrar lquido no prato superior, por isso subir direto sem trocar massa energia, ocasionando assim o aparecimento de componentes pesados no produto de topo por arraste. Devido s perdas de carga proporcionadas pela passagem do vapor pelos borbulhadores e atravs da coluna de lquido acima do prato, existe um diferencial de presso entre o fundo da torre e o topo da mesma. Este diferencial funo do projeto mecnico dos borbulhadores e da altura de lquido acima do prato. Obviamente, quanto maior for coluna de lquido em cada prato, maior ser a perda de carga na torre.

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12- Tipos de Refluxo Como na operao de uma bandeja com borbulhadores, se processa a condensao de vapores pesados e vaporizao de lquidos leves, seria possvel obter-se uma separao perfeita das fraes com um nmero infinito de pratos. Entretanto, por questes econmicas, o nmero de bandejas limitado e, portanto, o fracionamento no perfeito. Este fato atenuado aumentando-se a quantidade de lquido que escoa ao longo das bandejas atravs do aumento do refluxo interno. Este incremento de lquido tem como efeito o aumento da quantidade de componentes leves no primeiro prato do topo da torre, assim como o refluxo que desce, prato a prato. Dessa forma, o refluxo que desce pelas bandejas passa a ser uma varivel operacional, influindo significativamente na qualidade de fracionamento obtida. Podemos distinguir trs modalidades de refluxo: a) Refluxo de topo o refluxo proveniente da condensao dos vapores ascendentes que saem da torre em direo ao condensador. Pode ser frio ou quente. O refluxo frio aquele fornecido ao sistema a uma temperatura abaixo do seu ponto de bolha. Ele remove uma quantidade de calor igual soma do calor sensvel e latente necessria para elevar a sua temperatura desde a entrada at a temperatura de controle do topo da torre. Quanto mais baixa for temperatura de retorno do refluxo frio, maior ser o volume do refluxo interno produzido. O refluxo quente aquele admitido na torre sua temperatura de ebulio (no seu ponto de bolha). Ao entrar na torre, no mais ser aquecido, somente vaporizado. b) Refluxo interno o lquido que desce, prato a prato, pela torre. provocado pelo refluxo de topo, o qual ao entrar na torre, absorve calor e condensa uma parte dos vapores que nela sobem.Prof Marcelo Rocha Pgina 30

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um refluxo essencialmente tipo quente, pois o lquido que desce de um prato est sempre no seu ponto de bolha (prximo). c) Refluxo circulante Este refluxo retirado da torre como lquido quente a alta temperatura e retorna ao sistema aps ter sido resfriado. usado para remoo de calor de pontos especficos de uma torre de destilao. Razo de refluxo: a relao entre a vazo de refluxo de topo e a vazo de retirada de destilado RR = R/D a) Razo de refluxo mnima. a razo de refluxo para a qual a coluna teria que ter um nmero infinito de pratos para alcanar-se o fracionamento esperado. Razo de refluxo mnima correspondente a um nmero infinito de pratos de separao da torre. b) Refluxo total: Se operarmos sem retirada de destilado e sem retirada de lquido de fundo, todo vapor que chegar ao topo retornar torre como refluxo e todo o lquido que chegar ao fundo ser novamente vaporizado. Nessas condies, a torre necessitar de um nmero mnimo de pratos para atingir determinado fracionamento.

OBSERVAO: Quanto maior for o nmero de pratos de separao de uma torre, e quanto maior for a razo de refluxo desta torre, melhor ser a qualidade dos produtos, melhor ser a eficincia da separao, pois maior ser a pureza conseguida dos produtos.Prof Marcelo Rocha Pgina 31

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Para um determinado nvel de separao fixo, quanto maior for o nmero de pratos de uma torre, menor poder ser o refluxo interno, e vice-versa. Fig. 06: Grfico nmero de pratos x razo de refluxo.

CONTROLE DE REFLUXO a) Razo de refluxo mnima a razo de refluxo para a qual a coluna teria que ter um nmero infinito de pratos para alcanar-se o fracionamento esperado. Razo de refluxo mnima correspondente a um nmero infinito de pratos de separao da torre. b) Refluxo total: Se operarmos sem retirada de destilado e sem retirada de lquido de fundo, todo vapor que chegar ao topo retornar torre como refluxo e todo o lquido que chegar no fundo ser novamente vaporizado. Nessas condies, a torre necessitar de umProf Marcelo Rocha Pgina 32

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nmero mnimo de pratos para atingir determinado fracionamento. Observao: Quanto maior for o nmero de pratos de separao de uma torre, e quanto maior for a razo de refluxo desta, melhor ser a qualidade dos produtos, melhor ser a eficincia da separao, pois maior ser a pureza conseguida dos produtos. Para um determinado nvel de separao fixo, quanto maior for o nmero de pratos de uma torre, menor poder ser o refluxo interno, e vice-versa.

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13- Estrutura interna de uma torre de destilao A estrutura de uma torre de destilao convencional (uso de bandejas) no varia muito de caso a caso, com exceo de algumas particularidades caractersticas de cada processo. Alguns termos so padres para designar partes ou sees da bandeja: a) Internos de uma bandeja: - Downcomer: a "calha" que conduz o fluxo de lquido do prato superior para o inferior. Normalmente so verticais. - Folga sob o downcomer: distancia vertical entre o prato inferior e a ponta da parede do downcomer do prato superior. Esta abertura deve ser normalmente, inferior altura do vertedor da sada do prato, para garantir um selo de lquido na sada do downcomer, mesmo em baixas vazes de lquido, mas ainda assim, suficiente para no provocar uma alta perda de carga na sada do downcomer. - Vertedor: a chapa colocada no incio ou no final do prato. - Vertedor de entrada: Colocado no incio do prato, tem sua utilizao bastante reduzida. No prato de topo, tem por finalidade homogeneizar a distribuio de lquido no prato. - Vertedor de sada: Tem como funo garantir um inventrio mnimo de lquido no prato, suficiente para manter o contato lquido-vapor a cada estgio de equilbrio.

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- Pote de selagem: Regio rebaixada no final do downcomer cuja finalidade prover um selo de lquido no downcomer de entrada: - rea sob o downcomer: a rea de escoamento entre o prato e a ponta da parede do downcomer. - rea livre: a rea acima do prato disponvel para a separao do lquido e do vapor contidos na espuma. - rea ativa (ou de borbulhamento): a rea do prato na qual esto colocados os furos, vlvulas ou borbulhadores. - Calming zones: So as reas do prato sem furos, para evitar passagem de vapor pelo caminho do lquido que desce. * Nmero de passagens: Para evitar uma altura excessiva de lquido no prato, podemos dividir a vazo de lquido do prato em diversos downcomers.

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Fig.-08: Imagem de uma torre aberta (retirada da universidade corporativa)

b) Tipos de pratos: As bandejas convencionais normalmente usadas podem apresentar trs tipos de passagem de vapor: valvulados, borbulhadores ou perfurados. Os pratos valvulados apresentam uma flexibilidade de trabalho maior que os pratos com borbulhadores, pois a rea de passagem de vapor do primeiro varivel, aumentando gradativamente com a vazo dos vapores ascendentes. Desse modo, o prato valvulado, alm de proporcionar uma queda de presso do vapor menor que a do prato com borbulhadores, diminuindo o problema com inundao, ainda permite uma: diminuio de ocorrncia de fenmenos como queda de lquido e pulsao. Os pratos perfurados diferem dos dois outros pelo fato de apresentarem apenas furos. So os pratos que do a menos perda de carga, alm de serem os mais baratos.Como desvantagem apresentam pequena flexibilidade operacional.Prof Marcelo Rocha Pgina 36

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c) Eficincia dos pratos de uma torre: Para atingirmos o equilbrio em um prato, necessrio certo tempo de contato entre o lquido e o vapor. No caso de uma torre, este tempo depende da construo do prato: quanto mais alto o nvel de lquido acima do prato, maior o tempo que o vapor levar para atravess-la, logo, maior ser o tempo de contato entre o lquido e o vapor. O prato com nvel de lquido mais alto , portanto, o prato que permite chegar mais prximo condio de equilbrio. O prato em que atingido o equilbrio lquido-vapor chamado de prato ideal. Observao: Na realidade, no se consegue atingir o equilbrio em nenhum prato de uma torre, pois no equilbrio, no haveria mais troca de massa e energia entre as fases lquida e vapor. O tempo necessrio para se atingir o equilbrio, normalmente, maior do que o tempo de contato entre as fases no prato, tempo este determinado pela velocidade de escoamento ascendente do vapor. A eficincia de um prato real mede o quanto o seu desempenho (enriquecimento dos vapores volteis para os pratos da seo de absoro ou retificao do lquido menos voltil para os pratos da seo de esgotamento) se aproxima do prato ideal. - Fenmenos tpicos em torres de destilao: *Weeping: Constitui-se na passagem de lquido atravs dos furos ou chamins de um prato para o inferior (caminho do vapor). Ocorre geralmente para baixas vazes de vapor e/ou altas vazes de lquido. Este no costuma ser um fator limitante da operao de uma torre, isto que a eficincia no muito afetada para pequenas taxas de weeping. * Dumping: o weeping levado a condies extremas, caracterizado por uma acentuada reduo de eficincia. Traduz a menor vazo de vapor admissvel para uma dada vazo de lquido.Prof Marcelo Rocha Pgina 37

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* Inundao por "downcomer": Tambm chamada de downcomer backup, ocorre altura de lquido aerado dentro do downcomer atinge o prato superior. Provoca alta perda de carga e m separao do vapor arrastado junto com a espuma. caracterstica de vazes incompatveis de vapor e/ou lquido com as dimenses do prato. * Arraste: A inundao por arraste caracterizada por um arraste de gotculas de um prato inferior para o superior. Provoca forte perda de eficincia. * Blowing: Ocorre para baixas vazes de lquido e alta velocidade de vapor. Nestas condies, as gotculas formadas so pequenas demais para coalescerem e o arraste torna-se inevitvel.

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* Gradiente de lquido: O lquido, ao escoar pelo prato, sofre uma perda de carga. Desta forma, o nvel de lquido varia atravs do prato, sendo maior no incio e menor no fim. Quanto maior for a altura de nvel sobre o prato, maior ser a eficincia do mesmo, pois se chegar mais prximo da condio de equilbrio, porm, maior tambm ser a perda de carga no prato, devido maior dificuldade que o vapor ter para atravessar o lquido. Prato Valvulado - Balano material: Uma torre de destilao, normalmente recebe uma carga (pode receber mais de uma) e gera produto de topo, de fundo e ocasionalmente, produtos laterais (como no caso de torres de destilao atmosfrica). O refervedor no fundo da torre pode ser total ou parcial, ou seja, todo lquido que passa no refervedor pode ser vaporizado ou apenas parte dele. Temos (ento, no caso de uma torre sem retirada lateral, a carga se dividindo entre o produto de topo (componentes leves) e o produto de fundo (componentes pesados). Como normalmente em uma torre de destilao no ocorrem reaes qumicas, mas apenas um processo fsico de separao, no existe destruio ou gerao de massa no interior da torre, e como no pode haver acmulo contnuo de massa na torre (restrio fsica do equipamento) a equao do balano material fica reduzida a: Ou melhor, dizendo: - Balano energtico: A energia total de uma torre igual energia que entra com a carga mais a energia cedida pelo refervedor, menos a energia retirada pelo condensador de topo. No caso de torres de destilao atmosfrica, esta energia total diminuda da energia transferida para fora da torre pelas correntes de refluxo circulante.Prof Marcelo Rocha Pgina 39

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Em outras palavras, o balano energtico de uma torre mostra que a energia cedida pelo refervedor mais a energia que entra com a carga (proveniente de praquecedores de carga, por exemplo), em parte retirada da torre pelo condensador, e o restante sai da torre com as correntes de topo e fundo (quando no existem retiradas laterais). Controle das variveis operacionais A eficincia da operao de uma torre de destilao requer um controle efetivo das principais variveis envolvidas no processo. - Temperatura de topo: Determina o P.F.E. (ponto final de ebulio) do produto de topo da torre. Quanto maior for temperatura de controle de topo, maior ser o P.F.E., do produto e vice-versa. Esta varivel controlada atuando-se na vazo de refluxo de topo. Quanto maior for esta vazo, menor ser a temperatura de topo. Normalmente, a vazo do fluido refrigerante do condensador de topo no uma varivel a ser alterada. - Temperatura de fundo: Determina o P.I.E. (ponto inicial de ebulio) do produto de fundo da torre. Quanto mais alta esta temperatura, mais carga trmica do refervedor ser requerida, e maior ser o P.I.E. do produto de fundo. Para um mesmo fracionamento, quanto mais alta a temperatura de fundo, maior o refluxo necessrio pra manter a temperatura de topo constante, e conseqentemente, maior a carga trmica dever ser retirada da torre pelo condensador de topo. Fazemos o controle de temperatura do fundo da torre atravs de atuaes na vazo do fluido quente circulante no refervedor. Uma maior vazo de fluido quente promover um aumento de temperatura no fundo da torre.

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- Temperatura de carga: Em torres equipadas com pr-aquecedores de carga, esta varivel pode ser manipulada no sentido de se aumentar a porcentagem de vaporizado ascendente na seo de absoro atravs de maior aquecimento da carga. - Presso: A presso de uma torre no uma varivel utilizada para ajustes normais. Deve ser mantida constante para se ter uma operao estvel. Se forem mantidas as temperaturas, um aumento de presso na torre diminuir a porcentagem vaporizada, o que causar aumento de produo de produto de fundo e diminuio de produto de topo. Ambos os produtos apresentaro um P.F.E. mais baixo, ou seja, todos os produtos da torre ficaro mais leves. Um aumento de presso dificulta o processo de destilao, pois diminui o fator de separao dos componentes de uma mistura. - Refluxo de topo: Normalmente esta uma varivel controlada indiretamente pela temperatura de topo da torre, desde que o valor da vazo de refluxo fique acima da vazo mnima necessria ao fracionamento esperado. Um aumento de refluxo "joga" os vapores mais pesados para baixo, diminuindo assim, o P.F.E do topo e o P.I.E do fundo. - Instrumentao bsica de uma torre: Para efetuarmos o controle das variveis operacionais em uma torre, necessitamos de equipamentos sensores, que "sentem" o valor das variveis, de equipamentos transmissores que transmitem as informaes colhidas pelos sensores, de equipamentos controladores que comparam estas informaes colhidas com o valor ideal pr-fixado e efetuam as devidas correes, e de equipamentos executores, que atuam diretamente no processo, proporcionando as alteraes necessrias nas variveis controladas.Prof Marcelo Rocha Pgina 41

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Os equipamentos de controle so dispostos em grupos chamados "malhas de controle". Cada malha de controle controla, efetivamente, uma varivel do processo. So estas as principais malhas de controle de uma torre de destilao: - Malha de controle de presso: Controla a presso da torre, aliviando o excesso de presso sempre que necessrio, ou permitindo a entrada de produto quente, by-passando o condensador, para aumentar a presso, no caso de presso baixa na torre. - Malha de Controle de Temperatura de Fundo: Controla a temperatura de fundo, atuando na vazo do fluido quente do refervedor. - Malha de controle de nvel: Controla o nvel de fundo da torre e do vaso acumulador, atuando na vazo de retirada de produto de fundo e do produto de topo, respectivamente. Tipos de Unidades de Destilao Conforme o nmero de estgios de destilao a que o petrleo submetido, possvel ter unidades de um, dois, ou trs estgios. Unidades de um estgio Consistem em uma torre de destilao nica, que trabalha a presses prximas da atmosfrica. A torre de destilao atmosfrica produz destilados desde gases at leo diesel, alm do produto residual (resduo atmosfrico), que vendido como leo combustvel. Normalmente, so encontradas quando a capacidade de refino bastante pequena e no h unidades adicionais de craqueamento.

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Unidades de dois estgios Podem ser de dois subtipos: Torres de "Pr-Flash" e Destilao Atmosfrica As torres de "pr-flash" so utilizadas para retirar do petrleo as fraes mais leves (GLP e nafta leve), permitindo, desta forma, que o sistema de destilao atmosfrica no seja de grande porte. O petrleo pr-vaporizado tem retirados, na destilao atmosfrica, a nafta pesada, o querosene e o leo diesel, tendo como produto de fundo o resduo atmosfrico. A torre de destilao atmosfrica produz destilados desde gases at leo diesel, e, como produto de fundo, tem-se o resduo atmosfrico. A torre de vcuo retira do resduo atmosfrico o gasleo leve e o gasleo pesado, tendo como produto de fundo o resduo de vcuo, vendido como leo combustvel ou asfalto, conforme sua especificao. Unidades de trs estgios Este tipo possui torre de "pr-flash", torre de destilao atmosfrica e torre de vcuo. Alm destas torres, encontrada tambm nas unidades de destilao de petrleo, a torre estabilizadora de nafta leve. Nesta torre, a carga (nafta leve no estabilizada) separada em duas correntes: GLP (mistura de C3 e C4) e nafta leve estabilizada. Este produto sai pelo fundo da torre com sua Presso de Vapor Reid (PVR) especificada, podendo ser adicionado ao "pool" de gasolina da refinaria. De modo a permitir que os gases de topo sejam liquefeitos aps a condensao, a estabilizadora opera a presses elevadas (em torno de 10 kg/cm2). Este mtodo empregado quando se trabalha com hidrocarbonetos leves, de alta volatilidade, que devido alta presso se liquefazem, sendo possvel seu fracionamento. Quanto mais leves forem os hidrocarbonetos a serem fracionados, maior dever ser a presso de trabalho da torre. Pode-se tambm encontrar em unidades de destilao, uma torre de fracionamento de nafta, cuja finalidade produzir outra nafta mais leve para ser vendida como solvente ou como carga para unidades petroqumicas.Prof Marcelo Rocha Pgina 43