Adaptação e avaliação do desempenho de uma coluna de destilação de bancada para fluxo contínuo

Abstract

A destilação é uma operação crucial em indústrias químicas e petrolíferas, usada para separar componentes de misturas líquidas com base na diferença de composição entre vapor e líquido em equilíbrio. Existem métodos de destilação simples e fracionada, e processos contínuos e em batelada. Neste trabalho foi alterado o fluxo para contínuo de uma coluna de destilação de bancada disponível no laboratório de Engenharia Química do IFRS – Campus Feliz. Na configuração anterior, a coluna operava em batelada em um sistema dinâmico ou em estado estacionário sem remoção de produto. Com as adaptações, a coluna de destilação opera em fluxo contínuo, utilizando um sistema de pré-aquecimento da solução de alimentação e bombas peristálticas para alimentação da coluna e remoção dos produtos de topo e de fundo. Foram avaliados os efeitos da vazão de alimentação, razão de refluxo e potência do refervedor na pureza, vazão dos produtos e estabilidade da coluna. A partir dos resultados, foram obtidos os melhores pontos operacionais, que foram os pontos com razão de refluxo igual a 2 e 4 para as três vazões de alimentação e três potências de refervedor testadas. Os parâmetros definidos para escolha dos melhores pontos operacionais foram a eficiência energética, estabilidade, vazão efetiva de etanol e teor de etanol no topo. Foram obtidos pontos operacionais com estágios estáveis, possuindo camada de líquido e vapor ascendente, o que possui grande importância para o adequado funcionamento da coluna. A partir da análise dos resultados e dos parâmetros definidos, foi obtido o melhor ponto operacional, com vazão de 49 mL/min, razão de refluxo igual a 2 e potência do refervedor de 352 W.

Distillation is a crucial operation in chemical and petroleum industries, used to separate components of liquid mixtures based on the difference in composition between vapor and liquid in equilibrium. There are both simple and fractional distillation methods, as well as continuous and batch processes. In this work, the flow of a bench-scale distillation column available at the Chemical Engineering Laboratory of IFRS – Campus Feliz was changed to continuous. In the previous configuration, the column operated in batch mode in a dynamic or steady-state system without product removal. With the adaptations, the distillation column now operates in continuous flow, using a pre-heating system for the feed solution and peristaltic pumps for feeding the column and removing top and bottom products. The effects of feed flow rate, reflux ratio, and reboiler power on product purity, flow rates, and column stability were evaluated. Based on the results, the best operating points were obtained, which were the points with reflux ratios of 2 and 4 for the three feed flow rates and three reboiler power levels tested. The parameters defined for selecting the best operating points were energy efficiency, stability, effective ethanol flow, and ethanol content at the top. Stable operating points were achieved, with stages having a liquid layer and ascending vapor, which is crucial for the proper functioning of the column. From the analysis of the results and the defined parameters, the best operating point was obtained, with a flow rate of 49 mL/min, a reflux ratio of 2, and reboiler power of 352 W.