DEST 001 - Funcionamento das colunas de fracionamento

Esta descrição deve ser acompanhada olhando a seguir. Nesta Figura, está esboçada uma coluna de fracionamento completa. Nela, a linha azul representa a corrente líquida e a linha vermelha a corrente gasosa. Quando uma linha azul fica lado a lado com uma linha vermelha a corrente é bifásica.

DESCRIÇÃO

Como mostra esta Figura, a coluna de fracionamento é basicamente constituída por um corpo tubular cilíndrico vertical dentro do qual uma corrente de vapor ascendente é posta em contato com uma corrente de líquido descendente. Por enquanto, a forma como o contato é realizado dentro da coluna não importa.

Se as correntes forem misturas multicomponentes, então, durante o contato, haverá troca de componentes entre as correntes. Os componentes mais voláteis vão se movimentar, preferencialmente, no sentido do líquido para o vapor e os componentes menos voláteis vão se movimentar, preferencialmente, no sentido contrário, isto é, do vapor para o líquido. O resultado deste processo de transferência de massa entre fases é o enriquecimento da corrente gasosa nos componentes mais voláteis à medida que ascende na coluna, e o conseqüente empobrecimento da corrente líquida descendente nestes componentes à medida que desce na coluna. Obviamente, o contrário ocorre quando os componentes menos voláteis são considerados. A corrente líquida enriquece nestes componentes a medida que desce a coluna e a corrente gasosa empobrece nestes componentes a medida que sobe.

A corrente gasosa, que sai no topo, rica nos componentes mais voláteis, é levada para um trocador de calor denominado condensador onde é resfriada e parcialmente condensada. A mistura bifásica resultante é levada para um tambor de separação onde a fase gasosa é separada da fase líquida formando duas correntes. A corrente gasosa sai como produto de topo da coluna e a corrente líquida condensada retorna a coluna como refluxo para formar a corrente líquida descendente.

A corrente líquida que sai na base, rica nos componentes menos voláteis, é levada para um trocador de calor, denominado refervedor, onde é aquecida de forma a vaporizar parcialmente. A mistura bifásica resultante é levada para um tambor de separação onde as fases são separadas dando origem a duas correntes: a corrente gasosa que retorna a coluna para formar a corrente de vapor ascendente e a corrente líquida que sai como produto de base da coluna.

Para compensar a retirada de vapor no topo e de líquido na base, uma corrente bifásica do tipo líquido-vapor é introduzida na coluna numa posição intermediária entre o topo e a base, com o vapor desta corrente se incorporando a corrente de vapor ascendente e o líquido, a corrente líquida descendente.

O resultado global é que uma corrente multicomponente bifásica entra na coluna sendo fracionada em duas correntes: uma de topo, rica nos componentes mais voláteis, e uma de base, rica nos componentes menos voláteis.

Nesta altura convém ressaltar que esta é a descrição de uma coluna de fracionamento genérica e está para as colunas de fracionamento reais assim como o indivíduo médio está para as populações. Existem colunas mais simples e mais complicadas, mas isso será assunto a ser discutido mais adiante.

ALIMENTAÇÃO

A coluna é alimentada por uma mistura multicomponente que vem de uma operação anterior, por exemplo, de um reator, e deve ser fracionada, isto é, dividida em duas frações como parte de um processo de separação e purificação industrial. As condições são determinadas por esta operação anterior. Na coluna genérica descrita acima a mistura a ser fracionada é bifásica. No entanto, existem outras possibilidades. A mistura alimentada pode estar completamente liquefeita entrando na coluna na forma líquida, ou pode estar completamente vaporizada entrando na coluna na forma de vapor.

A forma mais comum de alimentação é na forma líquida o mais próximo possível do ponto de bolha. Em alguns casos, a mistura pode estar parcialmente vaporizada, entrando na coluna como uma corrente bifásica do tipo líquido-vapor. Este é o caso da coluna esboçada na Figura 1.1.1.

Sob o ponto de vista térmico, a alimentação líquida pode ser na temperatura de bolha ou abaixo da temperatura ponto de bolha da mistura. Já a alimentação gasosa pode ser na temperatura de orvalho ou acima desta temperatura. Misturas alimentadas entre a temperatura de orvalho e bolha são bifásicas.

Em geral, antes de ser levada para a coluna, a mistura a ser fracionada pode passar por um trocador de calor que a deixará no ponto desejado, isto é, líquida no ponto de bolha.

SEÇÕES DA COLUNA

A alimentação divide a coluna em duas seções: a seção localizada acima da alimentação é chamada seção de absorção. A seção localizada abaixo da alimentação é denominada seção de esgotamento.