Diametro de Torres

Internos de Torres

São denominados internos de torres todos os dispositivos colocados no interior das torres de separação e que são responsáveis pelo adequado funcionamento das mesmas. Na destilação, que é um processo normalmente empregado para a separação de produtos, a variedade de dispositivos de contato líquido-gás é grande, sendo os principais tipos de internos deste caso os pratos e os recheios.

Os pratos estão presentes nos processos de separação desde o início do século XIX, no tipo de pratos borbulhadores. Essas torres de pratos com borbulhadores foram usadas pela primeira vez, de forma comercial em 1818, entretanto, estes pratos vêm entrando em considerável desuso devido ao seu preço e alta queda e pressão. Outros tipos de pratos os vêm substituindo como os pratos perfurados e pratos valvulados.

Os pratos perfurados foram usados pela primeira vez em 1832. Entretanto, até início de 1950 seu uso era muito raro. São um dos mais baratos dispositivos de contato, bem como apresentam uma baixa perda de carga.

Os pratos valvulados foram patenteados em maio de 1923, vindo ocupar uma faixa de aplicação mais ampla que sobrepõe as faixas do prato com borbulhadores e do prato perfurado. São os pratos com maiores flexibilidades. Na atualidade os projetos de torres de pratos fixam-se quase que exclusivamente em pratos perfurados e/ou valvulados.

Mas, recentemente, o aparecimento de métodos mais confiáveis para outros dispositivos, o encarecimento do material, da mão-de-obra, da energia e o aparecimento de especificações mais rígidas, fizeram com que os pratos, em grande número de casos, tenham sido substituídos por recheios randômicos e estruturados devido a maior eficiência, maior capacidade e menor perda de carga destes últimos.

Essas torres recheadas tiveram sua primeira referência de utilização em 1820, quando bolas de vidro com 25 mm de diâmetro foram usadas em alambiques de álcool. Em 1847, patenteou-se uma coluna de destilação recheada com coque e, mais tarde nesse mesmo século, obteve-se sucesso com o emprego de elementos esféricos, que mais tarde, visando a redução de custos, passou a se usar formas não-esféricas.

Com essa mudança, se descobriu que, como consequência da não-uniformidade do recheio, uma elevada má distribuição do líquido ocorria, com graves consequências, principalmente para torres com diâmetros maiores.

Para aplicações em destilação, as torres recheadas tiveram um renascimento durante o período que foi de 1950 a 1975, intervalo no qual foram desenvolvidas formas de dimensionar torres recheadas e, durante os anos 60, os recheios estruturados foram propostos pela Sulzer, praticamente na forma atual, demonstrando grande desempenho.

Sistemas de contato gás-líquido

Os sistemas ou equipamentos de contato gás-líquido são usados para transferir

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massa calor e movimento entre fases, tendo como limitante o equilíbrio químico ou físico. Os equipamentos projetados para estas tarefas devem fazê-lo com mínimo de energia e custo.

Estes equipamentos podem ter duas configurações (conforme figura 1):

• Contracorrente

• Fluxo Cruzado

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Figura 1 – Modo do Fluxo das Correntes.

Torres de Pratos

Nas torres de pratos a transferência de massa em um prato realiza-se através das gotas ou bolhas formadas pela passagem do vapor dentro da fase líquida. Este contato (borbulhamento) começa quando o líquido chega ao prato através de um downcomer, espécie de chapa ou tubo junto ao costado da torre que leva o líquido do prato superior ao inferior. Ao chegar ao prato, o líquido encontra com o vapor que esta passando através dos furos, válvulas ou borbulhadores existentes na bandeja, formando assim uma espuma. Esta espuma percorre o prato, vertendo ao final deste em novo downcomer. Neste downcomer, a espuma será desfeita e somente o líquido desaerado passará ao prato inferior. Acima da bandeja a espuma coalesce em gotas, e o vapor, praticamente sem líquido continua para o prato superior.

Os pratos sem downcomer são geralmente planos e contêm furos através dos quais passam o líquido e o vapor, intermitentemente e em contracorrente. Enquanto os pratos com downcomer reservam parte da área transversal da coluna para a descida de líquido ao prato imediatamente inferior, por gravidade.

Os pratos sem ou com downcomer são divididos em vários grupos, conforme mostra a figura 2.

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[pic 2]

Figura 2 – Classificação dos pratos quanto à presença de downcomer.

Cálculo do Diâmetro da Torre de Pratos

Para o cálculo do diâmetro de uma torre de pratos geralmente é usado uma correlação desenvolvida por Souders e Brown, em 1934, a partir da equação de Stokes. Essa correlação determina a velocidade máxima do vapor que manteria uma gota de tamanho médio suspensa sobre o prato.

Essa correlação pode ser dada pela seguinte fórmula:

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(1)

Para estimar a constante C​sb,​ na Equação (1), é preciso calcular o fator de fluxo de líquido-vapor (​ ​ )​ pela Equação (2), e obtê-la pela figura do gáfico 1.

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(2)

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Gráfico 1: Relação entre espaçamento entre pratos e o fator de fluxo líquido-vapor.

Então, obtém-se o valor da área livre ativa (A​n)​ dividindo-se a vazão de vapor V​w pelo​ produto entre a massa específica do vapor e a velocidade de inundação (u​v),​ conforme Equação (3).