Seções da Coluna e Tipos de Coluna

Teoria Completa

Agora vamos ver um pouco sobre as seções da coluna e quais são os tipos de coluna. Com isso estaremos aptos a entender o que acontece em qualquer configuração desse equipamento que apareça, beleza?

Seções da Coluna

Pra começar, vamos explicar o que é seção. Seção é o pedaço da coluna entre duas correntes que inserem e/ou retiram material da nossa coluna. Então, vamos olhar para a nossa representação genérica:

No caso acima, independente do tipo da carga, o que estiver entre a nossa carga e a saída de vapor que vai para o condensador vai ser a seção de absorção ou enriquecimento e abaixo da carga vai ser a seção de esgotamento.

Mas, às vezes, a coluna opera com mais de uma entrada ou com diversas saídas (retiradas laterais de produto). Nesse caso, one fica a seção de enriquecimento? E a de esgotamento? Para isso, vamos combinar a seguinte regra:

A parte da coluna acima da última (mais superior) carga/retirada vai ser a nossa seção de absorção e a parte que ficar abaixo da primeira (mais inferior) carga/retirada será a nossa seção de esgotamento. Beleza, mas e as seções do meio? Vamos chamar todas elas de seção intermediária!

Então, bora ver um exemplo:

Nesse caso, temos duas cargas. Pela regra, acima da Carga 1 teremos a seção de absorção, abaixo da carga 2, seção de esgotamento. E entre elas, seção intermediária.

Tipos de Coluna

Bem, vimos que as colunas de destilação nem sempre seguem o padrão de uma carga, uma seção de absorção e uma de esgotamento. Na verdade, elas podem aparecer em várias configurações diferentes.

Vamos falar aqui das principais que podem aparecer na prova, ok?

Coluna com Vapor de Arraste

A coluna com vapor de arraste é uma coluna que, como já usa vapor de arraste, dispensa a utilização de um refervedor. Afinal, já tem vapor entrando nela!

Esse tipo de coluna, geralmente, utiliza vapor d’água como vapor de arraste. No entanto, isso só pode ser utilizado quando ocorre a separação de soluções aquosas em que a água é o componente mais pesado. Então, fica a mesma coluna, sem o refervedor!

Coluna de Retificação ou Enriquecimento

Bem, nesse tipo de coluna só temos uma seção, que é a seção de absorção ou enriquecimento.

Mas como assim só uma seção?

Bem, para ter só uma seção a carga PRECISA entrar no estado vapor e, mais do que isso, ela precisa entrar por baixo da coluna. Então o vapor vai subir e vai interagir com o líquido que está descendo, para ocorrer a separação, ok? Olha o desenho para ver se fica mais claro:

Coluna de Esgotamento

Da mesma forma que existe uma coluna só com a seção de absorção, pode existir uma só com a seção de esgotamento! E nessa coluna a carga PRECISA entrar por cima e ser líquida. Assim, o líquido da carga vai interagir com o vapor que está subindo do refervedor.

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Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Quais tipos de carga uma coluna de retificação pode receber?

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Passo 1

Primeira coisa que precisamos fazer é lembrar o que é uma coluna de retificação. Esse tipo de coluna só tem a seção de absorção (ou enriquecimento ou retificação) e, portanto, não tem refervedor.

Portanto, a carga dessa coluna já tem que entrar como vapor para conseguir subir na coluna. Logo, ela pode ser tanto vapor saturado quanto vapor superaquecido. Lembrando que vapor superaquecido é quando ele está numa temperatura acima da temperatura de saturação para uma dada pressão.

Resposta

Vapor Saturado ou Vapor Superaquecido

Exercício Resolvido #2

Elaboração Própria

Quais tipos de carga uma coluna de esgotamento pode receber?

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Passo 1

Primeira coisa que precisamos fazer é lembrar o que é uma coluna de esgotamento. Esse tipo de coluna só tem a seção de esgotamento e, portanto, não tem condensador.

Portanto, a carga dessa coluna precisa já entrar líquida para conseguir descer e interagir com o vapor que está subindo do refervedor. Então, ela pode ser tanto líquido saturado quanto líquido subresfriado, ou seja, que está numa temperatura abaixo da sua temperatura de saturação para uma dada pressão.

Resposta

Líquido Saturado ou Líquido Subresfriado.

Exercício Resolvido #3

Elaboração Própria

Tanto colunas de arraste a vapor quanto colunas de absorção não possuem refervedores. Diferencie esse dois tipos de colunas.

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Passo 1

Vamos revisar sobre essas colunas para poder diferenciá-las, ok?

A coluna com vapor de arraste é uma coluna que, como já usa vapor de arraste, dispensa a utilização de um refervedor. E ela tem tanto a seção de absorção quanto a de esgotamento, que são separadas pela entrada da carga. A carga dessa coluna não tem nenhuma restrição quanto ao seu estado físico.

Passo 2

E a coluna de absorção ou enriquecimento?

Esse tipo de coluna só tem uma seção. Para ter só uma seção, a carga PRECISA entrar no estado vapor e, mais do que isso, ela precisa entrar por baixo da coluna. Então o vapor vai subir e vai interagir com o líquido que está descendo, para ocorrer a separação, ok?

Passo 3

Bora comparar?

Coluna de arraste a vapor

-Carga não tem restrição de estado físico.

- Tem mais de uma seção: Absorção e esgotamento.

-Troca o refervedor pelo vapor de arraste.

Coluna de Absorção

-Carga precisa ser vapor

- Tem apenas a seção de absorção

-Não tem refervedor.

Resposta

Coluna de arraste a vapor

-Carga não tem restrição de estado físico.

- Tem mais de uma seção: Absorção e esgotamento.

-Troca o refervedor pelo vapor de arraste.

Coluna de Absorção

-Carga precisa ser vapor

- Tem apenas a seção de absorção

-Não tem refervedor.

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

É possível utilizar uma coluna de arraste a vapor d’água para a separação de uma mistura de hidrocarbonetos?

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Passo 1

A coluna com vapor de arraste é uma coluna que, como já usa vapor de arraste, dispensa a utilização de um refervedor. Esse vapor é, geralmente, vapor d’água.

A limitação dessas colunas é que elas só podem ser utilizadas quando ocorre a separação de soluções aquosas em que a água é o componente mais pesado (denso).

Portanto, para a separação de hidrocarbonetos, não estamos nem falando de solução aquosa. Logo, não podemos aplicar esse tipo de coluna.

Resposta

Não

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

É possível utilizar uma coluna de arraste a vapor d’água para a separação de uma mistura de metanol e água?

Dados:

Densidade metanol : 792   k g / m 3

Densidade água: 1000   k g / m 3

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Passo 1

Conforme vimos, para podermos aplicar uma coluna de arraste a vapor precisamos atender duas condições:

- A solução que será separada é uma solução aquosa.

- A água é o componente mais pesado.

Bora avaliar se esse sistema proposto atende os nossos requisitos.

Passo 2

A mistura que estamos trabalhando é de metanol e água, portanto temos uma solução aquosa! O primeiro requisito foi atendido. 😊

Para verificar o segundo requisito, precisamos comparar as densidades. A água deve ser o componente mais denso da mistura a ser tratada. E, de fato, a densidade da água ( 1000   k g / m 3 ) é maior que a do metanol ( 792   k g / m 3 ) . Logo, o segundo requisito também foi satisfeito.

Então, a princípio, podemos sim utilizar essa coluna para esse sistema.

Resposta

Sim

Exercício Resolvido #6

Elaboração Própria

Dada a representação abaixo de uma coluna de destilação, indique os componentes numerados na mesma.

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Passo 1

Essa questão pede para numerarmos alguns componentes envolvidos em um processo de destilação. Para isso, vamos avaliar um a um, começando pela carga e relembrando o funcionamento da coluna de destilação, beleza?

Vamos começar pela carga entrando na coluna que é representada pelo número 5. Essa carga pode ser líquido saturado ou subresfriado, vapor aquecido ou subaquecido ou uma mistura de líquido e vapor.

Em seguida, o vapor, que pode ou não estar presente na carga, e o vapor que está subindo do reboiler ( vaporizador) chegam na seção de absorção. Logo, acima da carga, temos a seção de absorção, que é representada pelo número 4. Todo esse vapor é condensado, através de um condensador, que nesse caso é total e representado pelo número 3.

Repara como marcamos no desenho essa numeração:

Já o número 2 é um vaso que recebe o líquido do condensador e que promove a divisão entre o líquido que volta para a coluna e o líquido que sai como condensado. O nome do 2 é um vaso ( tambor) de refluxo, que pode aparecer em algumas representações.

Bora para o próximo passo avaliar a parte inferior da coluna.

Passo 2

Na parte abaixo da carga, temos a seção de esgotamento, representada pelo número 6. O líquido que sai dela entra no refervedor (Reboiler) para ser aquecido e gerar o vapor (10) que entra novamente na coluna. O produto de fundo que sai do refervedor é identificado por 9. E o reboiler é aquecido com um fluido de aquecimento ( correntes 7 e 8).

Resposta

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