Grupo 4 Tutorial Torre de Destilação de Benzeno.docx

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UNIVERSIDADE SALVADOR 
ESCOLA DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
TUTORIAL DA SIMULAÇÃO DE UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO NO 
SIMULADOR COMERCIAL ASPEN PLUS V8.8 
 
 
 
 
 
ALEX NEVES 
CLARA CARIBÉ 
CAMILA REIS 
DANIELA NEVES 
LORENA OLIVEIRA 
LUANA PIMENTEL 
MARIA CAROLINA 
 
 
 
 
 
Salvador 
03 de maio de 2017 
 ii 
 
 
ALEX NEVES 
CLARA CARIBÉ 
CAMILA REIS 
DANIELA NEVES 
LORENA OLIVEIRA 
LUANA PIMENTEL 
MARIA CAROLINA 
 
 
 
 
TUTORIAL DA SIMULAÇÃO DE UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO NO 
SIMULADOR COMERCIAL ASPEN PLUS V8.8 
 
 
 
 
 
 
Tutorial da simulação de uma torre de destilação no 
Aspen Plus referente à disciplina simulação de 
processos, do curso de engenharia química, da 
Universidade Salvador – UNIFACS, como requisito de 
avaliação parcial da I unidade, realizado pelo grupo 4. 
Nome da Orientadora: Mariana Lima Acioli Murari 
 
 
 
 
 
Salvador 
03 de maio de 2017 
 iii 
SUMÁRIO 
1. OBJETIVOS.............................................................................................................. 4 
1.1. Geral .............................................................................................................................. 4 
1.2. Específico ...................................................................................................................... 4 
2. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 4 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 5 
3.1. Classificação quanto a quantidade de estágios .............................................................. 5 
3.1.1. Flash ...................................................................................................................... 5 
3.1.2. Destilação fracionada ............................................................................................ 5 
3.2. Hidráulica da coluna...................................................................................................... 6 
3.2.1. Pratos Perfurados ................................................................................................... 6 
3.2.2. Pratos Valvulados .................................................................................................. 6 
3.2.3. Pratos com Borbulhador ........................................................................................ 7 
3.2.4. Recheio .................................................................................................................. 7 
3.3. Métodos de projeto ........................................................................................................ 8 
3.3.1. MacCabe-Thiele .................................................................................................... 8 
3.3.2. Short-cut ................................................................................................................ 8 
3.3.3. Métodos rigorosos ................................................................................................. 9 
4. DESENVOLVIMENTO DA SIMULAÇÃO ............................................................ 9 
4.1. Modelo Termodinâmico de Soave Redlich Kwong (SRK) ......................................... 10 
5. ESTUDO DE CASO ............................................................................................... 12 
6. METODOLOGIA: SIMULAÇÃO DA TORRE DE DESTILAÇÃO .................... 13 
7. RESULTADOS ....................................................................................................... 31 
8. CONCLUSÕES ....................................................................................................... 33 
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. OBJETIVOS 
1.1. Geral 
Elaboração de um tutorial mostrando o passo a passo de uma simulação referente a 
colunas de destilação. 
 
1.2. Específico 
Realizar um estudo de caso fictício na planta de produção de Benzina com o intuito de 
transmitir de forma dinâmica toda a sistemática que envolve uma simulação de colunas 
de destilação utilizando o Aspen Plus. 
 
2. INTRODUÇÃO 
A destilação é um processo de separação dos componentes de uma mistura de 
líquidos miscíveis, baseado na diferença das temperaturas de ebulição de seus 
componentes individuas (EQUIPE PETROBRAS, 2002, p.8). Sendo uma operação 
unitária de grande importância na indústria, que tem por objetivo a separação de uma 
mistura com dois ou mais componentes, cujas composições diferem da corrente de 
alimentação. Esse processo utiliza-se da diferença de volatilidade entre dois compostos, 
ou seja, da facilidade com que componente passa para a fase vapor. Os principais tipos 
de destilação são a destilação integral, diferencial, fracionada, atmosférica e a vácuo, onde 
sua escolha dependerá do tipo de processo. 
Na indústria, a destilação é largamente utilizada tendo em vista sua grande 
aplicabilidade. Um dos setores frequentemente citados é o de petróleo, ao qual se obtém 
diversos insumos onde são utilizados para fabricação de inúmeros produtos com alto valor 
agregado. 
 Por ser a destilação um processo físico, as propriedades físicas dos componentes 
de cada fração recuperada não são modificadas, isso confere uma grande vantagem ao 
uso de colunas de destilação. Além disso, essa operação unitária dispensa à adição de 
componentes a parte para sua operação, o que descarta a possibilidade de contaminação. 
 As colunas ou torres de destilação são equipamentos industriais utilizados para se 
realizar o processo de destilação. O projeto do equipamento é de suma importância nessa 
tarefa, uma vez que, o processo é altamente dependente de energia, especialmente quando 
a volatilidade relativa dos compostos a serem separados apresentam valores baixos 
(SEADER et al., 1998). Elas são projetadas para se obter a especificação desejada com o 
 5 
menor gasto possível, para isso elas promovem contato entre as fases líquido e vapor de 
modo que a transferência de massa e calor sejam os maiores possíveis. 
 Dado que a transferência de massa é favorecida pelo contato entre as fases, a 
interação entre as fases líquida e vapor deve ser a máxima possível, fato que raramente é 
obtido utilizando-se apenas um estágio (FOUST; CLUMP, 1982). Por isso a destilação 
normalmente apresenta-se em vários estágios, sendo que quanto maior melhores serão os 
resultados. 
 Os componentes internos das colunas podem ser do tipo recheio ou prato sendo 
função do tipo de composto que está presente na carga. Os recheios são mais usados para 
sistemas muito corrosivos e os pratos para processos com muitas retiradas laterais por 
exemplo. Os pratos podem ser classificados em perfurados, valvulados e borbulhadores. 
Além disso, a energia para o funcionamento da torre provém do condensador e do 
refervedor. O número de pratos, carga térmica do condensador e do refervedor, prato de 
alimentação são parâmetros de suma importância e sua análise é essencial para se ter um 
processo de separação eficiente e econômico. 
 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
3.1. Classificação quanto a quantidade de estágios 
3.1.1. Flash 
A destilação em flash pode ser considerada como sendo de um único estágio e é 
mais utilizada quando os componentes apresentam uma diferença significativa nos seus 
pontos de ebulição. Nesse processo a mistura líquida de dois ou mais componentes é 
parcialmente vaporizada atravésda passagem por uma válvula de expansão, ocorrendo à 
formação da fase vapor em equilíbrio com um líquido. Essa técnica é utilizada na 
indústria como uma pré-separação ou operação auxiliar de preparação da corrente que 
irão ser posteriormente tratadas em outros tipos de processos mais eficientes, como a 
destilação fracionada por exemplo. 
 
3.1.2. Destilação fracionada 
 A destilação fracionada é comumente utilizada quando a diferença de volatilidade 
não permite um processo de flash. Nesse caso a separação dos componentes da carga se 
dá em vários estágios (pratos ou recheios). Os vários estágios proporcionam um maior o 
 6 
contato entre a fase líquida e vapor aumentando as transferências de calor e massa 
culminando em uma separação mais eficiente dos componentes. Os projetos desses 
equipamentos são mais complexos uma vez se tem uma maior quantidade de internos: 
pratos, recheios e se utiliza também equipamentos periféricos para fornecer calor: 
condensador e refervedor. 
 
3.2. Hidráulica da coluna 
As colunas possuem pratos em número variado e com um espaçamento 
determinado, que depende da função destinada para a torre. Os pratos possuem vertedores 
com as funções de formar um nível de líquido sobre o prato e direcionar o líquido que 
transborda para o prato abaixo. Na superfície do prato existem dispositivos de passagem 
para o vapor. Formam-se assim uma corrente descendente de líquido e outra corrente 
ascendente de vapor e gases que se cruzam perpendicularmente. O vapor borbulha no 
meio do líquido, na superfície do prato, promovendo o arraste pelo líquido de substâncias 
mais pesadas, enquanto que a fase vapor arrasta os componentes mais leves. Há diversos 
tipos de pratos, classificados quanto ao princípio de funcionamento dos dispositivos, que 
proporcionam o contato entre vapor e líquido, sendo eles: 
 
3.2.1. Pratos Perfurados 
Pratos perfurados são simplesmente pratos de metal com orifícios através dos 
quais o vapor passa borbulhando através do líquido. Consistem basicamente em uma 
chapa com furos. Atualmente não são mais usadas, estando presentes apenas em 
equipamentos muito antigos. O arranjo, número e tamanho dos orifícios são parâmetros 
de projeto. 
 
3.2.2. Pratos Valvulados 
Em pratos valvulados, as perfurações são cobertas por “caps” móveis. O 
escoamento do vapor move os “caps”, e assim cria por si próprio uma área de escoamento 
para a passagem do vapor de maneira a não permitir vazamentos de líquidos. O cap móvel 
direciona o escoamento do vapor horizontalmente dentro do líquido, promovendo assim 
uma melhor mistura do que em uma bandeja perfurada. Seu uso é difundido devido a seu 
baixo custo e alto rendimento. 
 
 7 
3.2.3. Pratos com Borbulhador 
Esse tipo de prato possui uma chaminé encaixada acima de cada orifício, sobre os 
quais são montados os borbulhadores circulares ou retangulares (caps) cobrindo a 
chaminé. O borbulhador é montado de tal forma que existe um espaço entre o conduto 
ascendente e o “cap” para permitir a passagem do vapor. “O vapor sobe através da 
chaminé e é direcionado para baixo pelo “cap”, sendo descarregado através de sua 
abertura”. Está caindo em desuso por seu maior custo, maior perda de área útil e menor 
flexibilidade. 
 
Tabela 1 – Analise comparativa entre os tipos de pratos perfurado, valvulado e com borbulhador. 
 
Fonte: Hidráulica de Colunas, material de aula do docente José Cunha. 
 
3.2.4. Recheio 
São torres que contêm, ao invés de pratos, seções preenchidas com elementos 
diversos, por isso denominados recheios, cuja finalidade é prover uma enorme superfície 
de contato líquido-vapor. Com o desenvolvimento da tecnologia dos recheios, nos últimos 
anos as refinarias vêm substituindo seções que contém pratos por leitos recheados, com 
a finalidade de reduzir a queda de pressão e aumentar o rendimento do processo (SENAI-
PETROBRAS, 2008). Os recheios são divididos em dois grupos: estruturados e 
randômicos. 
Um bom recheio deve possuir as seguintes características: Apresentar grande 
superfície de interface entre líquido e vapor, ser quimicamente inerte para os fluidos 
processados, possuir boa resistência mecânica, a fim de evitar quebras e ser de baixo 
custo. 
 
 
 8 
3.3. Métodos de projeto 
3.3.1. MacCabe-Thiele 
Segundo Azevedo e Alves (2009), a condição de molar constante do método de 
Lewis transforma em linhas retas as equações dos balanços mássicos, partindo dessa 
simplificação o método de McCabe-Thiele é o método gráfico de simples e fácil aplicação 
em colunas de destilação, que pode ser usado na separação de misturas binárias. Este 
método assenta em várias hipóteses, como: a coluna é considerada adiabática, desprezam-
se as variações de calor sensível, a entalpia de misturas das várias correntes é desprezível 
e a entalpia de vaporização é constante. 
Este método baseia-se na resolução gráfica das equações dos balanços de massa e 
de energias às seções de retificação, de esgotamento e de alimentação usando para isso 
um diagrama (y – x) onde as linhas operatórias são retas, necessários para atingir um 
determinado grau de operação. A reta operatória de retificação relaciona a composição 
do líquido de um prato com a composição do vapor que vem do prato inferior. A reta 
operatória de esgotamento relaciona a composição do líquido de um prato da seção de 
esgotamento com a composição do vapor que chega do prato inferior. Já a reta operatória 
de alimentação é a relação entre as retas de retificação e esgotamento. 
O andar teórico, de acordo com este método, é descrito por um degrau entre a 
linha operatória e a curva de equilíbrio. O andar o qual mudamos a linha operatória indica 
a localização do prato de alimentação que conduz o número total ótimo. 
 
3.3.2. Short-cut 
Além dos métodos rigorosos, que envolvem a resolução das equações de balanços 
mássicos e energéticos e das equações de equilíbrio, existem métodos aproximados para 
o cálculo de coluna de destilação que envolve mistura de multicomponentes. Estes 
métodos possuem uma metodologia bastante simplificada, sendo muito usados para um 
projeto preliminar e para estabelecer as relações entre os parâmetros de projeto de modo 
que estes sirvam como primeira estimativa. São utilizados para determinar o número de 
andares de equilíbrio, razão de refluxo, localização do prato de alimentação e distribuição 
dos componentes pelas correntes do destilado e resíduo. 
Dentre os inúmeros métodos short-cut existentes, destaca-se pela larga utilização 
e pela simplicidade o método FUG, cujo nome advém do uso das equações de Fenske, 
Underwood e Gilliland. Este método segue uma sequência de passos calculando o Nmin, 
 9 
Rmin, Refluxo real, número de andares reais e a localização ótima de andar. Dentre as 
várias simplificações adotadas podem ser destacadas a consideração de que as vazões 
molares de líquido e de vapor nas seções de retificação e esgotamento não sofrem 
alterações de prato para prato e de que as volatilidades relativas entre os componentes 
também são constantes (AZEVEDO E ALVES, 2009). 
Sendo assim, as equações de FUG são usadas frequentemente numa primeira 
abordagem ao dimensionamento da coluna de destilação, onde se pretende estimar o 
número de andares de equilíbrio necessário para efetuar uma determinada separação. 
 
3.3.3. Métodos rigorosos 
Os métodos rigorosos possuem uma metodologia diferente do método de short-cut (não 
rigoroso), pois não fazem uso de simplificações para sua resolução. Solucionar as 
entradas e saídas dos estágios presentes na coluna através dos balanços de massa e 
energia, bem como da imposição do equilíbrio é o fato inicial do método rigoroso.O uso deste método tem como objetivo determinar a entrada e saída das vazões 
de liquido e vapor em cada prato e também as composições de todas elas. Sendo assim, 
são realizadas algumas simplificações somente quando todas as equações relacionadas 
aos balanços e ao equilíbrio são respeitadas. Dentre as simplificações existentes, podemos 
destacar a consideração que os estágios de equilíbrio são ideais, isso quer dizer que a 
eficiência é de 100% e não existem perdas energéticas. 
Os métodos rigorosos visam à resolução do sistema através dos métodos de 
convergência, isto é, em métodos que se baseiam em estimativas iniciais de certo conjunto 
de variáveis seguidas de verificação pós-cálculos. 
 Existem inúmeros métodos para convergência, o inserido no presente trabalho 
trata-se do método RadFrac. Este método consiste em um método de resolução rigorosa 
para qualquer tipo de fracionamento. Tal método é utilizado pela sua ampla aplicação em 
sistemas com multicomponentes, sistemas com fases fortemente não ideais, entre outros. 
Tem a capacidade de projetar pratos de vários tipos e projetar enchimentos para uma 
variedade de aleatórios e estruturados. 
 
4. DESENVOLVIMENTO DA SIMULAÇÃO 
A simulação da coluna de destilação do trabalho proposto foi realizada através de 
uma modelagem no software Aspen Plus V 8.8, disponibilizado pela FACS Serviços 
 10 
Educacionais S.A. sob a Licence Server número 172.22.31.100, considerando as 
condições de projeto do sistema modeladas a partir da equação de estado de Soave Redlich 
Kwong (SKR) por ser a que mais se adequa ao comportamento dos hidrocarbonetos 
utilizados neste projeto. 
 
4.1. Modelo Termodinâmico de Soave Redlich Kwong (SRK) 
Neste trabalho, a equação de estado selecionada para a modelagem da coluna de 
destilação foi a equações Soave-Redlich-Kwong (SRK), devido a presença de compostos 
aromáticos na composição da coluna. 
 Segundo Chvidchenko 2008, a equação de SRK é, atualmente, uma das equações 
de estado mais difundidas e utilizadas na indústria, devido ao fato de aliar uma estrutura 
matemática relativamente simples a uma boa capacidade preditiva para misturas 
constituídas por substâncias de caráter apolar ou fracamente polar. Esta última 
característica fez com que esta equação tenha se tornado a mais utilizada para a 
modelagem de processos na indústria de petróleo e gás, principalmente na descrição da 
fase orgânica das misturas. 
A equação SRK foi proposta por Soave, em 1972, como um melhoramento da 
equação de estado de Redlich-Kwong (Redlich e Kwong, 1949). Desde que foi proposta 
em 1972, esta equação se estabeleceu entre as equações de estado mais utilizadas em 
simulação e modelagem termodinâmica de processos pela indústria em geral, juntamente 
com a equação Peng-Robinson. 
Neste trabalho, foi empregada esta equação na forma apresentada a seguir na 
Equação 1: 
𝑃 = 
𝑅𝑇
𝑣 − 𝑏
−
𝑎(𝑇)
𝑣(𝑉 + 𝑏)
 
 
( 1 ) 
 
Onde v é o volume molar do sistema, T é a temperatura, P é a pressão do sistema 
e R é a constante universal dos gases perfeitos. 
Os parâmetros da mistura “a(T)” e “b” são definidos a partir de parâmetros dos 
componentes puros como mostrado nas Equações 2, 3, 4, 5 e 6 abaixo: 
𝑏 = 
1
𝑁
∑ 𝑁𝑖𝑏𝑖
𝑛𝑐
𝑖=1
 
 
( 2 ) 
 11 
𝑎(𝑇) =
1
𝑁2
∑ ∑ 𝑁𝑖𝑏𝑖√𝑎𝑖∅𝑖(𝑇)√𝑎𝑗∅𝑗(𝑇)(1 − 𝑘𝑖𝑗)
𝑛𝑐
𝑗=1
𝑛𝑐
𝑖=1
 
 
( 3 ) 
𝑏𝑖 = 0,08663
𝑅𝑇𝑐𝑖
𝑃𝑐𝑖
 
( 4 ) 
𝑎𝑖 = 0,42748
(𝑅𝑇𝑐𝑖)
2
𝑃𝑐𝑖
 
( 5 ) 
∅𝑖 = [1 + (0,480 + 1,574𝜔𝑖
2) (1 − √
𝑇
𝑇𝑐𝑖
)]
2
 
( 6 ) 
 
Nas equações acima, nc representa o número total de componentes no sistema, N 
representa o número total de mols da mistura, Ni é o número de mols do componente i, e 
i Tc e i Pc representam a temperatura e pressão crítica, respectivamente, do componente 
i. R representa a constante universal dos gases perfeitos (=8,314 J.K-1.mol-1). O fator 
acêntrico ωi do componente i é definido através da Equação 7. 
𝜔𝑖 = −1,0 − log10 (
𝑃𝑖
𝑠𝑎𝑡
𝑃𝑐𝑖
)
𝑇𝑟𝑗=0,7
 
( 7 ) 
 
Na qual Pi
sat é a pressão de saturação do componente i e Tr é a temperatura 
reduzida do componente i. 
O termo kij representa um parâmetro de interação binária entre os componentes i 
e j. Numa mistura, sua determinação deve ser feita para cada par de componentes i e j, 
utilizando-se para isto dados experimentais de equilíbrio do sistema binário 
correspondente. Os parâmetros kij têm como função corrigir os desvios apresentados por 
cada par de componentes da mistura, de modo a se obter um melhor ajuste da equação 
aos dados experimentais. 
Se observado atentamente as equações descritas acima, repara-se em última 
análise, a aplicação da equação de estado SRK depende de três parâmetros para cada 
componente da mistura: os valores da pressão e temperatura crítica e o fator acêntrico. 
Estes três parâmetros (Tc, Pc e ω) devem ser determinados experimentalmente para cada 
substância. Cabe ainda lembrar que, na descrição de uma mistura, devem ser 
determinados os parâmetros de interação kij para cada par de compostos presente no 
sistema. 
 
 
 12 
5. ESTUDO DE CASO 
O estudo de caso é um caso fictício de separação presente em uma planta de 
produção de Benzina. Em uma fábrica de benzina deseja-se separar o benzeno de uma 
mistura de Benzeno, Tolueno, Orto-xileno, Meta-xileno e Para-xileno, com uma pureza 
de 98,8%. A alimentação da torre está a uma temperatura de 30°C e pressão de 2 
kgf/cm2g. As composições (em %) da carga em massa de benzeno, tolueno, O-xileno, M-
xileno e P-xileno são respectivamente: 76,9, 11,70, 3,8, 3,8 e 3,8. O topo da coluna 
encontra-se a uma pressão de 0,01 kgf/cm2g, perda de carga total da torre é de 0,09 
kgf/cm2, vazão do destilado é de 3000 kg/h e razão de refluxo igual a 1,0. A coluna possui 
28 pratos reais, com uma eficiência média de 70% cada. A alimentação é feita no 8º prato 
(real), deseja-se alcançar uma pureza de 98,9% para o benzeno no destilado. 
 
Tabela 2 – Composição em % da corrente de alimentação em base mássica. 
Componente %(m/m) 
Benzeno 76,9 
Tolueno 11,7 
O-Xileno 3,8 
M-Xileno 3,8 
P-Xileno 3,8 
Fonte: Adaptado a Chvidchenko, 2008. 
 
Tabela 3 – Dados de entrada da corrente de alimentação. 
Dado de entrada 
Vazão 13000 kg/h 
Temperatura 30 °C 
Pressão 2 kgf/cm²g 
Fonte: Adaptado a Chvidchenko, 2008. 
 
Tabela 4 – Especificações da coluna de destilação. 
Especificações da coluna 
Número de estágios 28 - 
Estágio de carga 8 - 
Pressão do topo 0,01 kgf/cm²g 
∆P da coluna 0,09 kgf/cm² 
Vazão do destilado 3000 kg/h 
Benzeno no topo 98,9 %massa 
Fonte: Adaptado a Chvidchenko, 2008. 
 13 
6. METODOLOGIA: SIMULAÇÃO DA TORRE DE DESTILAÇÃO 
 
1° Passo: Ao abrir o aplicativo, ASPEN PLUS V8.8, criamos um novo arquivo para 
simulação, clicando em “New”. Em seguida, aparecerá outra janela onde confirmaremos 
a opção, selecionando “Create”. 
 
 
 
 
2° Passo: Para definir as substâncias químicas que estão envolvidas no processo, 
clicaremos no campo “Component name” onde serão digitados os nomes dos 
componentes, em inglês, linha por linha. 
 
 
 
 
 14 
 
 
 
 
3° Passo: Com o intuito de selecionar o método termodinâmico, clicaremos na aba 
“Methods” localizada na barra de propriedades no canto direito da página. Em seguida, 
localizaremos em “Base method” o modelo SRK. 
 
 15 
 
 
4° Passo: Nesta etapa, configuraremos as unidades de medidas para que sejam adequadas 
à nossa simulação. Para isto, partiremos para aba “Properties” e selecionaremos na barra 
de propriedadeso item “Setup” seguido de “Unit Sets”, neste criaremos um novo conjunto 
de unidades, clicando em “New”. Feito isto, uma nova janela aparecerá e digitaremos 
nesta o nome, NEW, do novo conjunto de unidades e confirmaremos, clicando em “OK”. 
 
 
 
 
 16 
 
 
Em seguida, selecionaremos “MET” em “Copy from” como base de dados e 
modificaremos algumas unidades nas abas “Satandard” e “Heat”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 17 
 
 
Feito isso, confirmaremos o uso do novo conjunto de unidades, clicando em “Setup” 
seguido de “Specifications”, onde localizaremos “NEW” em “Global unit set”. 
 
 
 
5º Passo: Neste momento, escolheremos o tipo de coluna de acordo com o método de 
projeto em questão. Sendo assim, na aba “Main Flowsheet”, selecionaremos o método 
“RadFrac” seguido de um clique no espaço em branco acima. 
 
 
 
 18 
 
 
Em seguida, adicionaremos as correntes na coluna de destilação, selecionando o ícone 
“Material” e ligando este aos espaços destinados em vermelho. Feito isso, clicaremos nos 
nomes sobre itens para renomea-los, digitando: ENTRADA, DEST e FUNDO nas 
correntes e COLUNA na torre. 
 
 
 
 
 19 
 
 
6° Passo: Para adição dos dados de alimentação da coluna, clicaremos duas vezes 
seguidas sobre a corrente CARGA e uma nova janela se abrirá. Nesta, serão digitados os 
valores de temperatura, pressão e vazão. Em seguida, na caixa “Composition”, 
selecionaremos “Mass-Frac” e digitaremos, para cada substância, as suas respectivas 
composições em fração mássica. 
 
 
 
7° Passo: Neste momento, faremos a configuração da coluna de destilação. Em “Main 
Flowsheet”, clicaremos duas vezes seguidas na figura da torre, onde aparecerá uma aba 
de configurações à serem especificadas. Neste, informaremos o número de estágios em 
“Number of stages”, o tipo de condensador em “Condenser”, vazão de fundo e carga 
térmica do refervedor, selecionando “Distillate rate” e “Reflux ratio”, respectivamente, 
 20 
em “Operating specifications”. As demais informações sugeridas pelo próprio programa 
são mantidas. 
 
 
8° Passo: Na aba “Streams”, faremos a especificação do estágio de alimentação no campo 
“Stage”. Em seguida, na aba “Pressure”, adicionaremos a pressão do condensador em 
“Condenser pressure” e a perda de carga na coluna em “Column pressure drop”. 
 
 
 
 21 
 
 
9° Passo: Antes de rodar o programa, é necessário adicionar as variáveis que se quer obter 
nos resultados. Para isto, na aba “Setup”, clicamos em “Report Options, seguido de 
“Stream”, e selecionados os campos onde tem “Mass” e “Mole”“. 
 
 
 
 
10° Passo: A partir de agora, já podemos rodar o programa para obter os resultados do 
simulador. Para isto, clicaremos em “Run” no topo da tela e acompanharemos o status da 
simulação na tela do “Control Panel”, onde, se não houver erros na simulação, aparecerá 
uma mensagem de “No Erros or Warnings” como exibido abaixo. 
 
 
 22 
 
 
11° Passo: Após verificar a convergência da simulação, fixaremos a especificação de 
pureza do Benzeno de 98,9% no topo. Para tal, localizaremos “COLUNA” na barra 
lateral, seguido de “Design Specifications”, onde clicaremos em “New” e uma nova 
janela aparecerá. Nesta, nomearemos a especificação em “Description” e determinaremos 
o tipo, “Mass purity”, e o valor, 0,989, da especificação. 
 
 
 
12° Passo: Neste, iremos identificar o componente referente a especificação de pureza e 
 
 
 23 
selecionaremos a corrente em que o componente está. Desta forma, clicaremos em 
“Components” e selecionaremos o Benzeno, em seguida, clicaremos em “Feed/Product 
Streams” e selecionaremos “Dest”, de acordo com as figuras abaixo. 
 
 
 
 
 
13° Passo: Para completar a especificação, clicaremos em “Vary” onde adicionaremos a 
variável a ser ajustada, “Reflux ratio, e os seus relativos limites: 0,1 a 2”. 
 
 
 
 24 
 
 
14° Passo: Uma vez que todas as especificações foram preenchidas, já podemos colocar 
o programa para rodar, clicando em “Run” e acompanhando a convergência em “Control 
Panel”. Em seguida, selecionaremos “Stream Results” na barra lateral para verificar os 
resultados e, a partir disto, perceberemos que os dados convergem com a especificação 
de pureza do Benzeno, igual 98,9%, informada no 11° passo. 
 
 
 
 
 
 25 
 
 
15° Passo: Após a especificação da coluna, iniciaremos as especificações dos pratos. Para 
isto, na barra lateral, selecionaremos na seção “COLUNA” a pasta “Sizing and Rating” e 
clicaremos em “Tray Sizing”. Uma nova aba será aberta, onde clicaremos em “New” 
seguido de “OK” para criarmos a primeira secção da coluna. 
 
 
 
16° Passo: Nesta secção, digitaremos os números dos estágios onde se localizam o prato 
inicial (posterior ao condensador) e o prato de alimentação em “Starting stage” e “Ending 
 26 
stage”, respectivamente. Feito isto, especificaremos o tipo de pra em “Tray type”. 
 
 
 
17° Passo: Analogamente aos passos 15 e 16, a segunda seção da coluna será criada. Na 
qual serão especificados os estágios onde se localizam o prato seguinte ao de alimentação 
e o prato final (anterior ao refervedor). Feito isso, rodaremos o programa, clicando em 
“Run”. 
 
 
 
 27 
 
 
18° Passo: Nesta etapa especificaremos os diâmetros nas seções da coluna. Para isto, 
selecionaremos “Tray Rating” na barra lateral e criaremos a primeira secção, clicando em 
“New” seguido de “Ok”. 
 
 
 
19° Passo: Para especificar o diâmetro, voltaremos em “Tray Sizing” e na secção 1 
clicaremos em “Results”, onde copiaremos o valor de “Column diameter” sugerido pelo 
simulador. Feito isso, continuaremos em “Tray Rating” para colar o valor em “Diameter” 
e preencher os números dos estágios e o tipo de prato. 
 28 
 
 
 
 
20° Passo: De forma análoga à secção 1, faremos a especificação do diâmetro para a 
secção 2. De modo que, copiaremos o valor do diâmetro em “Results” da secção 2 do 
“Tray Sizing”. A partir do qual, voltaremos para “Tray Rating” para colar o mesmo valor 
em “Diameter” e preencher os números dos estágios e o tipo de prato. Feito isto, já 
podemos rodar o programa, clicando em “Run”. 
 
 29 
 
 
 
 
 30 
 
 
21° Passo: Acompanharemos o status da simulação na tela do “Control Panel”, onde um 
aviso mostrará que o fator de inundação ultrapassou o seu limite de 80%. Para constatar 
isto, voltaremos para “Tray Rating” tanto na secção 1 quanto na 2 e verificaremos na aba 
“Results” os valores de Maximum flooding factor”. Será possível perceber que o limite 
foi ultrapassado apenas na quinta casa decimal, uma discrepância desprezível, de modo 
que podemos avaliar o uso de tais especificações viável. 
 
 
 31 
 
 
 
 
7. RESULTADOS 
Os resultados das correntes de carga, destilado e fundo, de desempenho da coluna e 
performance dos pratos, apresentados pelo simulador, serão exibidos nas tabelas a seguir. 
 
 
 
 
 32 
Tabela 5 – Resultados das correntes da coluna. 
 Corrente 
Propriedade/condição CARGA DEST FUNDO 
Estado físico Líquido Vapor Líquido 
Vazão molar (kmol/h) 
 BENZENO 127,9802 126,6104 1,369799 
 TOLUENO 16,5074 1,193678 15,31372 
 O-XILENO 4,653029 1,20E-05 4,653017 
 M-XILENO 4,653029 5,10E-05 4,652978 
 P-XILENO 4,653029 6,75E-05 4,652962 
Fração molar 
 BENZENO 0,8077178 0,9906591 0,0447026 
 TOLUENO 0,10418269,34E-03 0,4997546 
 O-XILENO 0,0293665 9,41E-08 0,1518486 
 M-XILENO 0,0293665 3,99E-07 0,1518473 
 P-XILENO 0,0293665 5,28E-07 0,1518468 
Vazão mássica (kg/h) 
 BENZENO 9997 9890 107 
 TOLUENO 1521 109,9861 1411,014 
 O-XILENO 494 1,28E-03 493,9987 
 M-XILENO 494 5,42E-03 493,9946 
 P-XILENO 494 7,16E-03 493,9928 
Fração mássica 
 BENZENO 0,769 0,989 0,0356666 
 TOLUENO 0,117 0,0109986 0,470338 
 O-XILENO 0,038 1,28E-07 0,1646662 
 M-XILENO 0,038 5,42E-07 0,1646649 
 P-XILENO 0,038 7,16E-07 0,1646643 
Vazão molar total (kmol/h) 158,4467 127,8042 30,64247 
Vazão mássica total (kg/h) 13000 10000 3000 
Temperatura (˚C) 30 80,89572 122,2051 
Pressão (kg/cm2g) 2 0,01 0,1 
Entalpia (kcal/kmol) 9510,197 20886,27 3459,176 
Entalpia (kcal/kg) 115,9123 266,9354 35,33257 
Entropia (cal/mol.K) -64,52906 -33,89352 -77,6788 
Entropia (cal/g.K) -0,7864936 -0,4331735 -0,7934235 
Densidade (mol/cm3) 0,0106314 3,58E-05 7,88E-03 
Densidade (g/cm3) 0,8722695 2,80E-03 0,7719596 
Peso molecular 82,04652 78,24468 97,90333 
Liq Vol 60˚F cm3/hr 14,77724 11,33262 3,444621 
Fonte: Própria 
 
 
 
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Tabela 6 – Resultados de desempenho do topo da coluna. 
Resultado Valor Unidade 
Temperatura 80,8957 ˚C 
Taxa de calor -0,358197 Gcal/h 
Vazão de destilado 38,34126 kmol/h 
Vazão de refluxo 48,44429 kmol/h 
Razão de refluxo 1,263502 - 
Fonte: própria. 
 
Tabela 7 – Resultados de desempenho do fundo da coluna. 
Resultado Valor Unidade 
Temperatura 89,46526 C 
Taxa de calor 0,9512108 Gcal/h 
Vazão do fundo 120,1054 kmol/h 
Vazão no reboiler 126,0774 kmol/h 
Razão de reboiler 1,049722 - 
Fonte: própria 
 
Tabela 8 – Resultados da secção anterior ao estágio de alimentação. 
Resultado Valor Unidade 
Estágio inicial 2 
Estágio final 8 
Diâmetro da Coluna 0,954770068 metros 
Máximo fator de inundação 0,800044501 
Estágio 8 
Perda de carga 0,042332464 kg/cm² 
Fonte: própria 
 
Tabela 9 – Resultados da secção posterior ao estágio de alimentação. 
Resultado Valor Unidade 
Estágio inicial 9 
Estágio final 29 
Diâmetro da Coluna 0,954503268 metros 
Máximo fator de inundação 0,800044496 
Estágio 9 
Perda de carga 0,193294623 kg/cm² 
Fonte: própria 
 
 
8. CONCLUSÕES 
O software, ASPEN PLUS V8.8, apresentou resultados satisfatórios para as 
condições requeridas de destilação e uma ideal convergência tanto para o modelo 
 34 
termodinâmico, SRK, quanto para o método de projeto rigoroso, RadFrac. Além disso, 
foi possível avaliar como viável a utilização das especificações para o prato do tipo Sieve 
(perfurado), ainda que este tenha excedido, de forma desprezível, o limite do fator de 
inundação. Sendo assim, foi possível perceber a capacidade da simulação em reproduzir, 
de maneira ideal, a destilação de Benzeno em uma fábrica de Benzina, atendendo as 
especificações indicadas. 
 
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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Trabalho de conclusão de curso - Universidade Federal de Alfenas. Poço de Caldas, 
Minas Gerais, 2013. 
 
AZEVEDO, Edmundo Gomes de; ALVES, Ana Maria. Engenharia de Processos de 
Separação: Coleção Ensino da Ciência e da Tecnologia. 2. ed. Ist - Instituto Superior 
Técnico, 2009. Capítulos 4 e 5. 
 
CHVIDCHENKO, V. Estudo Comparativo das Equações de Estado CPA, SRK E PR na 
Modelagem de Sistemas de Interesse para Indústria de Gás Natural, 2008. Mestrado, 
Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2008. 
 
CUNHA, J. A. C. Hidráulicas de Colunas, 2017. Material de aula da matéria operações 
unitárias IV, Unifacs, Salvador, 2017. 
 
Equipe Petrobras. Curso de Formação de Operadores de Refinaria Processos de 
Refino. Curitiba, 2002. 
 
FOUST, Alan S.; CLUMP, Curtis W. Princípios das Operações Unitárias. 2. ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 1982. 
 
LISTIK, E.; Guedes M. S. F.; Design, dimensionamento e análise econômica de um 
sistema de separação para mistura BTX oriunda da reforma catalítica da nafta. 
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Química, 
 35 
2014. Disponível em: <http://sites.poli.usp.br/p/augusto.neiva/TCC/TCCs-finais-
2014/2014-24.pdf>. Acessado em 01 Maio 2017 
 
SEADER, J. D.; ROPER, D. Keither; HENLEY, Ernest J. Separation Process 
Principles: Chemical and Biochemical Operation. 3. ed. New York: John Wiley & 
Sons, 1998. 
 
SENAI. Monitoramento e controle de processos. Petrobras. Disponível em: 
<https://fabioferrazdr.files.wordpress.com/2008/08/1-8-torres_petrobras.pdf.> 
Acessado em: 01 Maio 2017 
 
SILVA, Maxwell Gomes da. Modelagem e simulação de uma coluna de destilação 
para separação dos componentes reacionais do biodiesel em matlab. 2015. Trabalho 
de conclusão de curso apresentado - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal, 
2015.