Aula da Disciplina Processos de Produção Quimcos, da Faculdade Area1 - Grupo DeVry - Tema: Introdução as Operações Unitárias (Parte 1) - Destilação Simples, Destilação Fracionada, Destilação Flash, Destilação Azeotrópica. Processo de Refino de Petróleo – Parte 1

1. Processo de Produção Química 1º. Sem./2011 Engenharias

3. Destilação Fracionada

4. Destilação Flash

5. Destilação AzeotrópicaProcesso de Refino de Petróleo – Parte 1

6. 3 Operações Unitárias Processos Químicos Produto especificado Mistura a separar Reagentes que não reagiram Sub produtos Impurezas Reagentes que não reagiram

8. a concentração,

9. tamanho das partículas,

10. consistências, etc. O que é Operação Unitária ?

12. Aquecimento ou resfriamento (trocadores de calor)

13. Britagem, moagem (britadores, moinhos)

14. Mistura e homogeneização, dispersão (agitadores misturadores)

15. Separação (filtração, decantação, destilação, etc.) Como são utilizadas ?

16. Operações Unitárias Introdução 6

17. Operações Unitárias Introdução 7

18. Operações Unitárias Introdução 8

19. Operações Unitárias Introdução 9

20. 10 Operações Unitárias Princípios

21. 11 Operações Unitárias Princípios Estágio (andar) em equilíbrio. Promove o contato entre as correntes de líquido e de vapor em circulação (na coluna), para produzir duas novas correntes de líquido e de vapor, em equilíbrio.

22. 12 Operações Unitárias Princípios

23. 13 Operações Unitárias Destilação - Princípios

27. 17 Operações Unitárias Destilação - Princípios

29. Na destilação, uma fase vapor entra em contato com uma fase líquida, havendo transferência de massa do líquido  vapor e do vapor  líquido (equilíbrio de fases)

30. Em geral o vapor é mais rico que o líquido quanto aos componentes mais voláteis

33. Normalmente utilizada como uma etapa inicial de remoção de componentes mais voláteis

34. Baseia-se no aquecimento de um liq. até seu ponto de ebulição(1ª. bolha vapor retirada do contato com liq. por condensação)

37. Mistura é alimentada a um vaso de modo contínuo e separada em duas correntes (liq e vap)

38. Processo “adiabático” (sem troca de calor)  expansão brusca

39. Processo “não adiabático”  há troca de calor22

40. 23 Operações Unitárias Destilação Flash Unidade de dessalinização da água do mar por Destilação (destilação flash sucessivas). O vapor que se forma é condensado e retirado como água pura

42. Utilizada em múltiplos estágios de equilíbrio liq-vapor.

43. O vapor se concentra nos mais voláteis (leves) e o líquido nos menos voláteis (pesados)

47. 30 Operações Unitárias Diagrama – Mistura Durante as mudanças de estado da mistura, as temperaturas de fusão e ebulição não permanecem constantes

48. 31 Operações Unitárias Diagrama – Azeotrópica Misturas de líquidos (fervem à Temperatura constante), e o gráfico apresenta um patamar durante a ebulição álcool comum (96% de etanol e 4% de água)

49. 32 Operações Unitárias Destilação - Azeótropo O que é um azeótropo ? Azeótropoé uma mistura de duas ou mais substâncias que, a uma certa composição, possui um ponto de ebulição constante e fixo, como se fosse uma substância pura, não podendo, por isso, seus componentes serem separados por processo de destilação simples. Como é possível separa os componentes de uma mistura azeotrópica ? Através da “quebra do azeótropo”, por meio de técnicas especiais, consegue-se a purificação de um azeótropo. Um azeótropo não pode ser purificado por destilação comum e sim através da destilação azeotrópica

51. Quando a volatilidade relativa entre os componentes da mistura é muito baixa

52. Adição de componente externo para modificar as volatilidades entre os componentes

53. Composto externo mais pesado, aumenta a volatilidade relativa dos componentes (forças intermoleculares)

55. Quando a mistura forma um “azeótropo” ou apresenta baixa volatilidade relativa

56. Adição de componente de arraste para formar um novo azeótropo heterogêneo (duas fases)

58. 36 D E Operações Unitárias Destilação Multi-Estágios

59. 37 Torre de Destilação

61. Internos

62. Refervedor

63. Condensador

65. 40 Torre de Destilação

66. 41 Torre de Destilação Região de Retificação ou absorção. Condensam os menos voláteis e enriquece o vapor no componente mais volátil. Região de Esgotamento ou “Stripping”. Vaporizam os mais voláteis e enriquece o líquido no componente menos volátil.

67. 42 Operações Unitárias Destilação - Simulação

68. 43 Operações Unitárias Destilação - Refluxo

69. 44 Operações Unitárias Destilação - Refluxo

71. Reagido (reação)Sistema (limites) ACÚMULO = ENTRADA – SAÍDA + GERADO - CONSUMIDO 45

72. Balanço de Massa Aberto - sem reação Entrada de massa nos limites do sistema Saída de massa nos limites do sistema Acúmulo de massa dentro do sistema Geração de massa dentro do sistema Consumo de massa dentro do sistema - - + = 0 0 Sistema aberto sem reação química ACÚMULO = ENTRADA – SAÍDA 46

74. D = destilado – massa/t

75. R = resíduo – massatCOLUNA D = ? F F = D + R R = ? aquecedor 47

77. 2º. Sistema aberto em regime permanente sem reação química

78. 3º. Eq. Geral : Acumulo = 0  Entra = Sai

79. 4º. Estabelecer : no. equações = no. Incógnitas (F, D e R)

80. 5º. Estabelecer uma base de cálculo

81. 6º. Resolver o sistema de equações48

83. D = destilado – mol/ t

84. R = resíduo – mol/ tSolução de água + etanol 70 mol % COLUNA D = ? F F = D + R Solução de água + etanol 50 mol % Solução de água + etanol 1 mol % R = ? aquecedor 49

86. F = D + R

87. F.xf = D.xd + R.xr, onde

88. xf, xd e xr = fração molar do etanol na alimentação, destilado e resíduo

89. xf = 0,5 : xd = 0,7 e xr = 0,01

90. Logo resolvendo o sistema teremos:

91. D = F . (xf – xr) / (xd – xr)

92. R = F . (xd – xf) / (xd – xr)

93. Para qualquer valor de F podemos substituir as incógnitas nas equações

94. F = 100 mol (base cálculo)  100 = D+ R ou R = (100 – D)

95. F.xf = D.xd + R.xr

96. 100 . 0,5 = 0,7 . D + 0,01. (100 – D)

97. D = 71 mol e R = 29 mol50

99. Otimizar a limpeza nos trocadores de calor, já que incrustações nos refervedores e condensadores aumentam as vazões dos fluidos de aquecimento e resfriamento.

100. Usar isolamento térmico adequado e na espessura correta que minimize as perdas de calor para o ambiente.

101. Reduzir ao máximo a pressão da coluna, até o limite dos equipamentos, isto é, capacidade de troca térmica do condensador e diâmetro da coluna, o que reduzirá as temperaturas e aumentará a volatilidade relativa, facilitando a separação, exigindo menores refluxos.

103. Verificar se o vapor usado para aquecer os reboilers estão saindo como líquido, isto é se está sendo usado o calor latente para a troca térmica. Recomendar dessuperaquecedores para as áreas que não os possuem.

104. Recomendar melhoria nos sistemas de controle que podem estabilizar melhor o processo, permitindo uma economia de energia.

106. 54 Petróleo O que é ?

114. Compostos nitrogenados

115. Compostos oxigenados

116. Metais

117. Resinas e Asfaltenos

119. Petróleo Tipos de Petróleo Características dos hidrocarbonetos

120. 67 Petróleo - Refino Tópicos O que faz uma Refinaria ? Objetivos da Refinaria Esquema de Refino

121. 68 Petróleo - Refino Introdução Objetivo do Refino Refinarias no Brasil Tipos de Processo de Refino Aspectos Ambientais de uma Refinaria de Petróleo

122. 69 Refinarias

124. Esses produtos comercializáveis são chamados de DERIVADOS DE PETRÓLEO

126. Petróleo - Refino Produtos da Refino

127. 75

128. REMAN - 47.000 BPD LUBNOR – 6.300 BPD REPLAN - 352.200 BPD RLAM – 312.800 BPD RECAP – 53.500 BPD REGAP – 151.000 BPD REDUC – 239.000 BPD REVAP – 251.600 BPD MANGUINHOS – 17.000 BPD REPAR – 201.000 BPD RPBC – 170.000 BPD IPIRANGA – 14.000 BPD REFAP – 189.000 BPD Petróleo - Refino Refinarias no Brasil

129. REPLAN SP 1971 352.200 REFINARIA DO PLANALTO PAULISTA RLAM BA 1950 312.800 REFINARIA LANDULPHO ALVES REDUC RJ 1961 239.000 REFINARIA DUQUE DE CAXIAS REVAP SP 1980 251.600 REFINARIA HENRIQUE LAGE REPAR PR 1977 201.000 REFINARIA GETÚLIO VARGAS RPBC SP 1955 170.000 REFINARIA PRESIDENTE BERNARDES REGAP MG 1968 151.000 REFINARIA GABRIEL PASSOS REFAP RS 1969 189.000 REFINARIA ALBERTO PASQUALINI RECAP SP 1955 53.500 REFINARIA DE CAPUAVA REFINARIA DE MANAUS REMAN AM 1953 47.000 REPSOL RJ 1954 17.000 REFINARIA DE MANGUINHOS IPIRANGA RS 1938 14.000 REFINARIA IPIRANGA FÁBRICA DE LUBRIF. DO NORDESTE LUBNOR CE 1966 6.300 CAPACIDADE TOTAL 2.004.400 Petróleo - Refino Refinarias no Brasil SIGLA REFINARIA UF PARTIDA CAPACIDADE (BPD)

130. CAPACIDADE TOTAL 950.000 Petróleo - Refino Refinarias no Brasil Refinarias futuras SIGLA REFINARIA UF PARTIDA CAPACIDADE (BPD) PE 2011 200.000 ABREU E LIMA COPERJ RJ 2012 150.000 CIA PETROQUÍMICA RJ MA 2014 600.000 PREMIUM

131. Petróleo - Refino Refinarias no Brasil Volume de petróleo refinado e capacidade de refino, por refinarias - 2007 Fontes: ANP/SRP; Ipiranga, Manguinhos e Petrobras/Abast (Tabelas 2.21 e 2.24).

132. Petróleo - Refino Refinarias no Brasil Volume de petróleo refinado por origem (nac. e imp.) 2000-2009 (m³) Fontes: ANP/SRP; Ipiranga, Manguinhos e Petrobras/Abast

134. Desta forma são montados arranjos de várias unidades de processamento, para que tal objetivo seja alcançado da forma mais racional e econômica possível.

136. Um esquema de refino define o tipo e a quantidade de derivados. Por isso, alguns derivados só podem ser produzidos em determinadas refinariasTanques Tanques UP2 UP2 UP1 UP1 UP3 UP3 UP4

139. Dificilmente adotada como configuração única em um esquema de refinoGás Combustível DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA GLP Naftas PETRÓLEO Querosene + Diesel Óleo Combustível

140. Petróleo - Refino Esquema de Refino Esquema simplificado de uma Refinaria Processos Separação (físicos) Processos Conversão (químicos)

141. 86 Petróleo - Refino Tipos de Processo

142. 87 Petróleo - Refino Tipos de Processo

144. Extração líquido - líquido

145. Separação física (peneira molecular)88

146. TIPOS DE UNIDADES Unidades de um estágio: Destilação Atmosférica Unidades de dois estágios: Torre de Pré-Flash e Destilação Atmosférica Destilação Atmosférica e Destilação a Vácuo Unidades de três estágios: Torre de Pré-Flash, Destilação Atmosférica e a Vácuo

147. DIAGRAMA DE BLOCOS GLP Unidade de Destilação com 3 estágios Nafta Leve (Petroquímica) ESTABILIZAÇÃO FRACIONAMENTO DE NAFTA Nafta Média Nafta Pesada GC RETIFICAÇÃO DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA Querosene RETIFICAÇÃO DESSALINAÇÃO E PRÉ-AQUECIMENTO PETRÓLEO PRÉ-FLASH Diesel RETIFICAÇÃO GOL FORNO ATMOSFÉRICO DESTILAÇÃO A VÁCUO GOP FORNO A VÁCUO RV

149. 94 Destilação Atmosférica

150. Equipamentos torres de fracionamento retificadores fornos trocadores de calor tambores de acúmulo e refluxo bombas tubulações instrumentos de medição e controle

151. Destilação Atmosférica Nafta Leve, CG e GLP 110 ºC CG 30 ºC 60 ºC CG Água Ácida Água Ácida GLP Nafta Pesada 200 ºC Querosene Nafta Leve Petróleo 400 ºC Diesel RETIFICADORES Vapor D’Água Resíduo Atmosférico (RAT)

152. Petróleo - Refino Esquema de Refino RAT RV Esquema simplificado de uma Refinaria

153. Destilação a Vácuo

154. Destilação a Vácuo Gás Residual, Água Ácida e Gasóleo Residual Gasóleo Leve Gasóleo Pesado RAT Gasóleo Residual “slopcut” Óleo Combustível Vapor D’Água Asfalto RV

156. Extração

157. Absorção

158. Adsorção