Operações Unitárias III Aula 03 Respostas da Verificação de Conhecimento

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Universidade Federal do Maranhão
Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
Curso: Engenharia Química
Disciplina: Operações Unitárias III
Docente: Prof. Dr. Wendell Ferreira de la Salles
Discente: Rodrigo Pereira Vieira
Número de matrícula: 2014005307
Aula 03 – Respostas da Verificação de Conhecimento
Os pratos constituem os estágios reais de uma coluna de destilação e possuem como principal função proporcionar contato estreito entre o gás e o líquido.
Essa substituição se deve ao menor custo e à maior simplicidade dos pratos perfurados. A principal desvantagem desse tipo de prato, quando comparados aos pratos com borbulhadores, consiste na ocorrência de vazamento do líquido através das perfurações quando a velocidade do gás é baixa, o que pode prejudicar a eficiência do estágio de forma muito significativa. As consequências dessa limitação sempre devem ser avaliadas em projetos de equipamentos que utilizem esse tipo de prato.
a) O gotejamento consiste na passagem do líquido através dos orifícios destinados à passagem do gás, e ocorre quando a velocidade do vapor é muito baixa. Esse fenômeno provoca uma redução significativa na eficiência do estágio, e pode ser evitado por meio da seleção do diâmetro adequado para a coluna; afinal, para determinada vazão de vapor, a velocidade da corrente depende da área transversal da coluna e, consequentemente, do seu diâmetro.
b) O arrasto ocorre quando a corrente de vapor transporta consigo partículas de líquido para andares superiores da coluna. Trata-se de um fenômeno associado a altas vazões de vapor e baixas vazões de líquido. Assim como o gotejamento, o arrasto reduz a eficiência do estágio e também pode ser controlado pela seleção de uma coluna de diâmetro adequado, que permita que o vapor escoe a uma velocidade que não seja elevada o suficiente para causar esse fenômeno.
c) Há dois tipos de inundação: a inundação tipo I ocorre quando a espuma instável alcança o andar superior da coluna, fazendo com que os andares se confundam e com que o nível de líquido nos condutos descendentes se eleve até que não haja escoamento suficiente desse fluido; a inundação tipo II, por sua vez, ocorre quando o nível de líquido nos condutos descendentes atinge o estágio superior. Ambos os tipos de inundação reduzem a eficiência da coluna e estão associados a vazões elevadas de líquido; a inundação tipo I está normalmente associada a vazões relativamente mais elevadas de vapor. Esses fenômenos também podem ser controlados por meio da seleção de uma coluna cujas dimensões permitam que as velocidades de ambas as fases fluidas se encontrem no domínio satisfatório de operação.
Os fenômenos de gotejamento e de arrasto levam o líquido de determinado andar da coluna a estágios inferiores ou superiores, respectivamente, e, consequentemente, altera a composição do líquido presente em cada estágio. Dessa forma, o funcionamento do prato em que houve essa alteração se torna diferente (e menos eficiente) daquele que ocorreria na ausência desses fenômenos.
As placas móveis (válvulas) dos pratos valvulados reduzem o vazamento do líquido a baixas pressões; além disso, direcionam o fluxo de gás horizontalmente no líquido, o que proporciona uma mistura mais completa se comparada à que ocorre nos pratos perfurados simples, em que o gás flui pela camada líquida na direção vertical.
Nessas condições, os borbulhadores previnem o gotejamento ou despejo do líquido pelas passagens do gás, que provocaria uma redução significativa da eficiência do estágio.
(V) Em um projeto de qualidade de uma coluna de pratos perfurados, o vapor circulará apenas pelos orifícios ou regiões abertas dos pratos entre as duas condutas descendentes e o líquido apenas pelos condutos descendentes.
(F) O escoamento indesejado de vapor pelos condutos descendentes aumentaria a queda de pressão na fase vapor.
(F) As perfurações nas bandejas valvuladas são geralmente menores que nos pratos perfurados simples.
(V) O risco de arrasto deve ser minimizado ajustando-se a velocidade de escoamento do vapor, o que pode ser feito selecionando-se o diâmetro adequado para a coluna.
(V) Se a vazão de vapor na coluna for muito elevada pode ser necessário o emprego de um maior espaçamento entre os pratos para minimizar o arrasto e aumentar a pressão hidrostática, o que favoreceria o escoamento da fase líquida.
(F) A formação de espuma no prato é um fator desfavorável para a operação da coluna.
8) a) O arrastamento excessivo de gotículas, pois, nessa situação, a corrente de vapor é capaz de arrastar consigo, para o andar superior, uma quantidade significativa de gotículas de líquido.
b) O gotejamento, pois, nesse caso, a pressão da corrente de vapor não é suficiente para impedir que o líquido goteje através dos orifícios dos pratos; consequentemente, a eficiência do estágio se reduz significativamente.
9) a) O recheio deve apresentar elevada área superficial molhada específica, a fim de proporcionar contato suficiente entre as duas fases fluidas.
b) O recheio deve apresentar grande volume de vazios, que permita que as fases escoem sem que haja excessiva perda de pressão.
c) O recheio deve apresentar baixa massa específica, para que o seu peso não ocasione problemas de sustentação.
10) a) Colunas de pratos são normalmente utilizadas quando são necessários grandes diâmetros e/ou um grande número de estágios; portanto, podem operar com maiores cargas de líquido sem que ocorra inundação, se comparadas às colunas de recheio, que são normalmente utilizadas quando são necessárias colunas de diâmetro pequeno (inferior a um metro).
b) Uma particularidade importante das colunas de recheio é a possibilidade de formação de caminhos preferenciais, pois os fluidos tendem a se deslocar para as proximidades das paredes, onde há maiores espaços vazios. A utilização de colunas de diâmetros reduzidos colabora para a minimização desse problema.
c) A função primária dos pratos desse tipo de coluna é proporcionar contato estreito entre o líquido e o vapor; a coluna se torna mais eficiente com o aumento de seu diâmetro em decorrência do aumento da área disponível para que ocorra esse contato.