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Alternativas (ainda) não convencionais para a destilação industrial

Quimica e Derivados
25 de agosto de 2019
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    Costuma-se dizer que a destilação é uma operação tecnologicamente madura, sobre a qual há muito pouco para se estudar ou desenvolver. Contudo, nos últimos anos, novas configurações foram apresentadas, todas com alto potencial de economia de energia. Entre essas, podem-se destacar a coluna com parede divisória, a parastilação/metastilação, e a microstilação.

    Para separação de misturas multicomponentes, são necessárias várias colunas de destilação operando em sequência. Por exemplo, para separar uma mistura de três componentes, são necessárias pelo menos duas colunas operando sequencialmente (Figura 1).

    Química e Derivados - Figura 1: Sequencia de destilação para separar mistura de três componentes (Yildirim et al., 2011).

    Se as duas colunas forem integradas em um único equipamento, são possíveis economias em custo de capital e em até 30% no consumo de energia. A Figura 2 mostra como seria a coluna com parede divisória (DWC, do inglês dividing wall column) para a separação de uma mistura de três componentes.

    Química e Derivados - Figura 2: Coluna de parede divisória (DWC, adaptado de Yildirim et al., 2011)

    A primeira aplicação de DWC foi da BASF em 1985, mas até 2010 só existiam 100 aplicações similares no mundo. Alguns autores estimam que em algumas décadas será uma aplicação padrão de destilação. A BASF contava, em 2011, com cerca de 70 dessas colunas em diversos sites pelo mundo, e a Sulzer e a Koch instalaram 20 e 10 colunas, respectivamente, em diversas indústrias.

    O Departamento de Energia dos EUA apontou em 2005 as colunas com parede divisória como uma das principais alternativas para diminuir o consumo de energia em função do uso de destilação pela indústria. Contudo, eram apontados diversos obstáculos para a implantação maciça das DWC, entre os quais: a falta de metodologia de cálculo e de avaliação econômica, dificuldades operacionais percebidas e falta de informações sobre o controle dos processos, e poucas alternativas comercialmente disponíveis. As demandas para P&D passariam por revisões da tecnologia e guias independentes de quando aplicar a tecnologia, demonstrações do controle de processos que incluíssem modelagem dinâmica e validação experimental, e determinação da economia efetivamente alcançada.

    Yildirim et al. (2011) concluíram a partir de uma revisão de literatura que o controle de processos para as colunas DWC não seria difícil, desde que se usasse a estrutura adequada – controle MIMO em vez de PID multi-loop. Os autores ressaltaram que os equipamentos são consideravelmente maiores – os diâmetros das colunas chegam a 5 metros – e que todas as aplicações industriais existentes são todas de destilações extrativas. Contudo, quando comparados com sistemas de destilação baseados em colunas simples, os ganhos com os custos de capital e de consumo energético seriam bastante compensatórios.

    A diferenciação entre os conceitos de parastilação ou metastilação e colunas DWC é sutil. Nas colunas DWC, as vazões internas são divididas em parte da coluna de modo que o resultado se assemelhe a uma segunda coluna embutida na primeira. Na parastilação, a fase de vapor se divide na parte inferior da coluna entrando em contato, em bandejas alternadas, com toda a vazão da fase líquida. Já na metastilação corresponde ao oposto: a fase líquida se divide e entra em contato com toda a vazão da fase vapor em bandejas alternadas. A figura 3 mostra a representação esquemática da parastilação e da metastilação.

    A parastilação é capaz de reduzir o consumo de energia ou o custo do equipamento, em relação à destilação convencional, pois um número maior de estágios pode ser acomodado mantendo a mesma altura de coluna e espaçamento de pratos de uma coluna convencional. Ainda, a parastilação permite uma perda de carga menor. Como consequência, a parastilação permite a separação de misturas de baixa volatividade relativa, ou de misturas que exigem a destilação em baixas pressões, como é o caso de substâncias termossensíveis. Essas características são especialmente interessantes para a destilação de misturas contendo ácidos graxos e ésteres.



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