Desenvolvimento de prato perfurado sem downcomer com geometria fractal: avaliação fluidodinâmica e ambiental
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Data
2019-12-16Primeiro coorientador
Mayer, Flávio Dias
Segundo coorientador
Rasteiro, Maria da Graça Bontempo Vaz
Primeiro membro da banca
Dotto, Guilherme Luiz
Segundo membro da banca
Castilhos, Fernanda de
Terceiro membro da banca
Possani, Germano
Quarto membro da banca
Steffani , Evandro
Metadata
Mostrar registro completoResumo
Colunas de destilação são classificadas como colunas de pratos, recheio ou mista
(híbrida) conforme o tipo de internos de torre colocados em seu interior. Os internos
do tipo prato são classificados em com e sem vertedouro (downcomer) e os modelos
mais simples de pratos sem downcomer são denominados dual-flow. Pratos dualflow
possuem vantagens como baixo custo, simplicidade construtiva e capacidade
autolimpante. No entanto, possuem desvantagens como restrição a faixas
operacionais de projeto e menor eficiência causada pela instabilidade de fluxo
devido a formação de regiões de passagem exclusiva de líquido e vapor através das
aberturas do prato segregando as fases. Uma vez que colunas de destilação são
equipamentos importantes para obtenção de matéria-prima e produtos com elevado
grau de pureza, a melhoria desses equipamentos se torna necessário. Este estudo
avaliou a influência do diâmetro do furo (d) e da fração de área livre do prato dualflow
(φ) sobre o parâmetro fluidodinâmico queda de pressão em prato seco (ΔPd)
através de comparação de resultados experimentais, computacionais e preditos por
correlações da literatura. Na sequência, foi realizado um estudo que propôs uma
nova geometria de prato dual-flow baseada no conceito fractal através de
experimentos em escoamento multifásico. Os parâmetros fluidodinâmicos avaliados
foram ΔPd, queda de pressão em prato molhado (ΔPw), altura de espuma (H), altura
de líquido claro (hCL), porosidade da espuma (ε) e regime formado sobre o prato. Por
fim, foi avaliado a manufatura de colunas de destilação de pratos e híbrida com
internos do tipo dual-flow através da aplicação da metodologia de Avaliação do Ciclo
de Vida (ACV) para identificar a coluna com menores impactos ao meio ambiente.
Os resultados mostraram que a φ tem efeito mais pronunciado que o d sobre a ΔPd
e uma φ de 20% foi indicada. A avaliação seguinte mostrou que o prato dual-flow
com φ de 20% e com diâmetros alternados de 5 e 7 mm distribuídos de forma fractal
melhorou a operacionalidade do prato, estabilizando a ΔPw e mantendo valores
similares de H, hCL e, regime formado sobre o prato aos obtidos para o melhor prato
dual-flow convencional. A última avaliação mostrou que a manufatura de uma coluna
de destilação híbrida reduziu os impactos ao meio ambiente em 15% quando
comparada com a manufatura de uma coluna de pratos. Essa redução equivale a
redução de emissões de 180,7 kg CO2eq devido a substituição dos pratos
confeccionados em aço inxodável por recheios do tipo anel de Raschig
confeccionados em polipropileno, na seção de retificação da coluna.
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