aula 7 destila- ¦ção

aula 7 destila- ¦ção

Disciplina:Refino de Petróleo90 materiais371 seguidores
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Destilação

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torres de fracionamento
torres de retificação
fornos
trocadores de calor
tambores de acúmulo ou refluxo
dessalgadoras
bombas
tubulações
instrumentos de medição e controle
compressores
COMPONENTES DE UMA UNIDADE
DE DESTILAÇÃO

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DESSALGAÇÃO
Remoção da água, dos sais dissolvidos e sedimentos presentes no crú.
A água pode estar presente no petróleo em três formas:
Livre
Emulssionada
Solubilizada

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DESSALGAÇÃO
A água existente com o petróleo é na verdade uma solução salina (salmoura), muito semelhante a água do mar
 Pode alcançar teores de sais (expresso em NaCl) entre 15.000 a 300.000 ppm, situando-se entre 20.000 e 130.000 ppm

 Os sais mais comuns solúveis em água são:
 carbonatos (CO3)2-
 sulfatos e cloretos de sódio (NaSO4 e NaCl)
 potássio (K)
 cálcio (Ca)
 magnésio (Mg)
Encrustação

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Sedimentos básicos residuais: Partículas molháveis pela a água (alta energia superficial), retiradas com a água de diluição.

Valores da ordem de 0,01 a 1% de sedimentos podem ser encontrados no crú, dependendo da fase da produção, da idade do campo e da quantidade de salmoura no petróleo.

Outros compostos, não solúveis nem em água nem em óleo são encontrados no petróleo. O FeS é o sal metálico mais comum encontrado no petróleo – é um dos principais estabilizadores de emulsão óleo/água natural.
DESSALGAÇÃO

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RAZÕES DO TRATAMENTO
Principalmente:
Problemas operacionais das refinarias;
Anti-econômico transportar contaminantes junto com o óleo;
Problemas graves de corrosão e incrustação
reduzir de consumo de combustível para aquecer e evaporar a água;
estabilizar o processo evitando a entrada de bolsões de água na torre de destilação.

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DESSALGAÇÃO
Fundamentos do processo de dessalgação:
Uma emulsão é formada quando dois líquidos imiscíveis são colocados em contato íntimo por agitação, causando a distribuição de uma das fases sob a forma de gotículas, que se dispersam na outra fase
Para o sistema petróleo/água existem dois tipos de emulsões:
Água em óleo: gotas de água, finamente divididas, são circundadas por um meio contínuo de óleo
Óleo em água: gotas de óleo, finamente divididas, são circundadas por um meio contínuo de água

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DESSALGAÇÃO
As gotas de água em óleo são envoltas por agentes emulsificantes, que estabilizam a emulsão. O meio de se separar as gotas de água é reduzir o filme de agentes emulsificantes ao redor das gotas de água.
Aquecimento - produz efeitos de redução da viscosidade do óleo e a redução da coesão do filme emulsificante
Mais dois processos são usados:
processo químico
processo elétrico

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DESSALGAÇÃO
O processo de dessalgação elétrica é dividido em três estágios:
Aquecimento: bateria de trocadores de calor
Mistura: injeção de água no petróleo antes da dessalgadora
Separação: a emulsão água em óleo entra na dessalgadora elétrica onde água e sais dissolvidos são separados
São usados dois tipos de dessalgadoras:
Baixa velocidade
Alta velocidade

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DESSALGADORA DE BAIXA VELOCIDADE
1 – Distribuidor de entrada
2 – Injeção de vapor ou àgua
3 – Grade de eletrodos superior
4 – Grade de eletrodos inferior
5 - Alimentadores
6 – Chave de nível
7 – Amostrador ajustável para interface
8 – Coletor de saída
9 – Coletor de saída de salmoura
10 – Boca de visita

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BAIXA VELOCIDADE corte transversal
Petróleo Dessalgado
Campo Elétrico Forte
Campo Elétrico Fraco
Emulsão Petróleo
Salmoura
Interface àgua - óleo

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DESSALGADORA DE ALTA VELOCIDADE
Salmoura
Interface àgua - óleo
Petróleo Dessalgado
Emulsão petróleo àgua
Campo Elétrico Forte
Campo Elétrico Fraco

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DESTILAÇÃO

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Pressão de vapor:
pressão do vapor de um líquido quando líquido e vapor estão em equilíbrio sob determinada temperatura. Quando a pressão de vapor de um líquido atinge a pressão do ambiente que o cerca, este entra em ebulição.
P kgf/cm²
T °C

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Pressão de vapor de uma mistura líquida: depende dos constituintes e da composição da mistura.
Para misturas ideais é válida a Lei de Raoult
Lei de Dalton
(mistura de gases ideais)
pi = yi * P

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Fração molar xi
T
Ponto de bolha
Ponto de orvalho
Composição da última gota
Composição da primeira bolha
Mistura líquida
Mistura gasosa
0
P=cte

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Ponto de bolha: temperatura na qual aparece a primeira bolha em uma mistura de líquido que começa a ebulir. Depende da composição da mistura líquida.

Ponto de orvalho: temperatura na qual aparece a primeira gota em uma mistura gasosa que começa a condensar. Depende da composição da mistura gasosa.

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Razão de equilíbrio K: razão entre a fração molar de um componente na fase vapor pela fração molar na fase líquida
O componente mais volátil de uma mistura apresenta maior K que o menos volátil.

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Volatilidade relativa : relação entre as razões de equilíbrio de dois componentes em uma mistura
O componente mais volátil de uma mistura apresenta maior K que o menos volátil.

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Expressa a facilidade ou dificuldade de separar uma mistura por destilação:

Quanto mais próxima da unidade for a volatilidade relativa, mais difícil é a separação

Quanto mais afastada da unidade, mais fácil é a separação
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Na prática:
AB 1,1 separação difícil
0,6  AB  1,5 separação fácil

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Volatilidade relativa
ij = Ki Kj
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Fração molar componente i no líquido, xi
Fração molar componente i no vapor, yi

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Efeito da pressão sobre a volatilidade relativa
Maiores pressões de operação diminuem a separação por destilação, pois diminui a volatilidade relativa

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PRÉ-AQUECIMENTO DO PETRÓLEO
Tem por finalidade aquecer a carga da unidade, aproveitando o calor efluente das retiradas laterais e dos refluxos laterais da torre de destilação atmosférica, bem como das correntes de gasóleo pesado e de resíduo de vácuo da torre de destilação a vácuo.
Esse aproveitamento implica:
Menores tamanhos e melhores condições de operação do forno
Economia de combustível consumido no forno
Menor utilização de água de refrigeração para os produtos acima citados

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PRINCÍPIOS DA DESTILAÇÃO
Diferenças na composição do líquido e do vapor do líquido em equilíbrio é o princípio na qual se baseia a destilação
A composição de equilíbrio de um componente no vapor é diretamente proporcional à sua composição no líquido e a sua pressão de vapor e inversamente proporcional a pressão total do sistema.
Uma mistura líquida em ebulição
Torna-se mais rica no componente menos volátil à medida que o mais volátil tende a escapar do líquido com mais facilidade.
Um vapor em processo de condensação
Torna-se mais rico no componente mais volátil à medida que o menos volátil tende a condensar preferencialmente.

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PRINCÍPIOS DA DESTILAÇÃO
Destilação com vapor d’água: permite que um componente volátil na fase líquida se vaporize em uma temperatura inferior ao seu ponto de ebulição
O vapor d’água reduz a pressão parcial do componente na mistura vapor, fazendo com que o ponto de ebulição deste composto seja menor.

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COLUNA DE DESTILAÇÃO CONVENCIONAL

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Fluxo no prato

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O topo da torre é o ponto de menor temperatura, menor pressão e maior concentração de componentes mais voláteis.
O fundo da torre é o ponto de maior temperatura, maior pressão e maior concentração dos componentes mais pesados.
Vapor que
abandona o
prato

Menor

temperatura

Mais rico nos
componentes mais
voláteis do que o
vapor que chega
ao prato

Porque o vapor deixou
componentes menos voláteis
no líquido e
 recebeu deste
maior quantidade de
componentes mais voláteis.

Líquido que
abandona o
prato

Maior
temperatura

Mais rico nos
componentes mais
pesados do que o
líquido que chega
ao prato

Porque o líquido recebe
maior quantidade de
componentes mais pesados e
perde maior quantidade