Fatos ao seu alcance: bandejas de destilação e embalagem

Jul 09, 2023

1º de março de 2020 | Por Scott Jenkins

As colunas de destilação industrial utilizam bandejas ou embalagens para promover o contato vapor-líquido na separação dos componentes das misturas líquidas até a pureza desejada. Aproximadamente metade das colunas é equipada globalmente com bandejas e a outra metade contém recheios. Esta referência de uma página analisa as diferenças entre os dois e as situações de processo que se prestam a um ou outro.

À medida que uma mistura líquida é aquecida em uma coluna de destilação industrial, o vapor gerado fica mais concentrado no material de menor ponto de ebulição (mais volátil), enquanto o líquido fica mais concentrado no material de maior ponto de ebulição. Ao aproveitar este princípio, as colunas de destilação podem separar componentes de misturas. Pilhas de bandejas de metal, orientadas horizontalmente no interior da coluna, são projetadas para reter o líquido enquanto o vapor ascendente flui para cima. As bandejas possuem aberturas para permitir que o vapor flua para cima através da coluna, bem como conduítes (downcomers) para permitir que o líquido condensado flua para baixo (Figura). A bandeja é projetada para promover contato íntimo entre o vapor que se move para cima e o líquido que se move para baixo. Cada bandeja efetua uma parte da separação antes que o vapor e o líquido se movam para a próxima bandeja na coluna até que as concentrações desejadas (purezas) sejam alcançadas. Os tipos comuns de bandejas incluem bandejas com tampa de bolha, bandejas de válvula e bandejas de peneira.

Em vez de uma pilha de bandejas discretas proporcionando contato vapor-líquido, as colunas de destilação facilitam o contato líquido-vapor preenchendo o interior da coluna com materiais de empacotamento projetados para fornecer uma grande área superficial por unidade de volume. À medida que a fase líquida flui através da torre, o vapor e o líquido estão em contato contínuo nas superfícies da embalagem metálica, cerâmica ou plástica. As torres compactadas geralmente apresentam uma de duas formas: embalagem aleatória e embalagem estruturada. O empacotamento aleatório consiste em pequenas unidades com formatos de grande área superficial que são despejadas em uma coluna e deixadas assentar. A embalagem estruturada é feita de chapas onduladas de metal perfurado, plástico ou tela de arame e fixada no local. O empacotamento estruturado é projetado com altas proporções entre área de superfície e volume e para maximizar a dispersão do líquido. Ao mesmo tempo, tentam manter baixa resistência ao fluxo. Tanto as torres com empacotamento aleatório quanto as torres com empacotamento estruturado requerem distribuidores de líquido no topo da coluna e placas de suporte de empacotamento na parte inferior da coluna.

Colunas em bandeja e colunas compactadas têm vantagens e desvantagens importantes, incluindo as seguintes:

Queda de pressão. Quando comparadas às bandejas, a maior vantagem associada às gaxetas são as menores quedas de pressão. Isto é particularmente verdadeiro com colunas que operam a pressões abaixo da atmosférica. Geralmente, a queda de pressão através de um leito de enchimento estruturado é cerca de um sexto daquela através de uma pilha de bandejas com a mesma altura total.

Alta pressão. Há situações em que o empacotamento é menos aplicável, como em colunas de destilação de alta pressão, onde o alvo são produtos puros. As bandejas apresentam melhor desempenho nesses casos, e de forma muito mais previsível, em colunas onde as proporções volumétricas de líquido para vapor são altas.

Sujeira. A incrustação é um desafio para todos os tipos de colunas. Com bandejas, as peças podem ficar obstruídas e perder a capacidade de passar líquido ou vapor. Com as gaxetas, os distribuidores de líquidos podem ficar entupidos, tornando a distribuição abaixo do ideal. Os recheios estruturados são muito mais propensos a incrustações do que os recheios aleatórios, porque as folhas de metal dos recheios estruturados são bem espaçadas.

Renovações. Com o tempo, as empresas fornecedoras que desenvolvem novas geometrias de bandejas e embalagens melhoraram o desempenho desses produtos. Novas gerações de bandejas, recheios aleatórios e recheios estruturados tornaram possível, às vezes, melhorar substancialmente o desempenho das colunas com renovações relativamente fáceis das colunas. Quando as bandejas substituem as gaxetas, geralmente é porque o desempenho da gaxeta foi decepcionante. Quando a embalagem substitui as bandejas, geralmente é em busca de quedas de pressão reduzidas.