(Compartilhar) Apresentação das propriedades e características dos preenchimentos ordenados para separação por destilação

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Os preenchimentos regulares possuem vantagens como grande área de superfície específica, estrutura regular, alta porosidade, grande fluxo de fluido, baixa queda de pressão e grande flexibilidade operacional. À medida que o diâmetro da torre de enchimento aumenta, há uma maior atenção à otimização da estrutura dos enchimentos, ao desenvolvimento de enchimentos de diversos tamanhos e materiais que ofereçam alta eficiência, baixa perda de pressão e grande vazão. Também é dada maior importância à compatibilidade ideal entre os enchimentos e os componentes internos da torre, bem como ao estudo do fluxo e da distribuição do líquido dentro da camada de enchimentos. Os preenchimentos ondulados de malha e os preenchimentos ondulados em forma de placa, desenvolvidos a partir da década de 1960, são atualmente os preenchimentos padronizados mais amplamente utilizados. Para preenchimentos regulares modernos, a empresa Sulzer é a melhor opção. Na década de 1960, a empresa desenvolveu preenchimentos em formato de ondas feitos de arame metálico. Em 1977, foi lançado o preenchimento Mellapak, com estrutura em formato de placas onduladas. Em 1994, foi desenvolvido o preenchimento Optiflow, que possui uma estrutura inovadora e vários canais. Isso mostra que as pesquisas e desenvolvimentos relacionados a preenchimentos estruturados continuam em andamento. O preenchimento Mc-pak, desenvolvido pela Mitsubishi Corporation do Japão, é baseado no preenchimento Mellapak. Nos últimos anos, os preenchimentos Rombopak da empresa suíça KUHNI e os preenchimentos Raschig-Superpak da empresa alemã RASCHIG tiveram um desenvolvimento e aplicação bastante bem-sucedidos. Desde a década de 1960, nosso país tem realizado pesquisas sistemáticas sobre materiais de preenchimento estruturado, desenvolvendo assim um sistema de pesquisa e produção bastante completo. A Universidade de Tianjin, em parceria com a Universidade Aston do Reino Unido, desenvolveu um material de preenchimento regularizado por pulsos, chamado UnaPak ； A Universidade de Tsinghua e o Instituto de Química de Xangai desenvolveram, respectivamente, preenchimentos ondulados para placas de laminação ； A Sinopec Luoyang Engineering Company desenvolveu o preenchimento padronizado do tipo LH. Dentre eles, o Centro Nacional de Pesquisa em Tecnologia de Destilação da Universidade de Tianjin desenvolveu um novo tipo de material de preenchimento eficiente, baseado em materiais de preenchimento já existentes: o material de preenchimento ondulado bidirecional. Esse tipo de material de preenchimento possui uma grande área superficial de transferência de massa; os canais para o fluxo de ar e líquido são otimizados. Além disso, ele apresenta uma forte capacidade de difusão lateral. Em termos de resistência à obstrução, rigidez, queda de pressão e capacidade de fluxo, ele é significativamente superior aos materiais de preenchimento ondulados feitos de metal. Nos últimos anos, com o desenvolvimento acelerado de setores como a química fina, a petroquímica e os fertilizantes, houve um aumento no interesse pela pesquisa de novos tipos de materiais para preenchimento de torres. O desenvolvimento e a aplicação industrial de recheios eficientes mostram que os recheios ordenados, especialmente os recheios ondulados, possuem vantagens significativas. Eles são muito eficazes na substituição dos recheios tradicionais e na modernização de algumas colunas de tipo placa. O desenvolvimento de novos tipos de cargas e sua aplicação em larga escala na indústria representam uma conquista importante nos estudos e aplicações de colunas de destilação no cenário internacional atual. A queda de pressão nos recheios regulares é significativamente menor. Isso se deve ao fato de que, nos recheios regulares, as duas fases – gasosa e líquida – entram em contato de maneira semelhante a uma membrana. Diferentemente disso, nas colunas com placas de filtragem, as duas fases entram em contato por meio de bolhas. Por isso, a queda de pressão nas colunas com recheios regulares é de apenas 1/4 a 1/6 daquela observada nas colunas com placas de filtragem. Se a resistência operacional em uma coluna com material de preenchimento regular for de 3,5 a 4,2 kPa, e a pressão operacional na parte inferior for de apenas 35 a 45 kPa, então, na coluna inferior, geralmente ainda se utiliza uma coluna com placas de peneira. A resistência operacional não muda, portanto, a pressão operacional na coluna inferior diminui em 0,05 a 0,06 MPa. Geralmente, essa pressão fica entre 0,44 e 0,48 MPa. Dessa forma, a potência do motor do compressor de ar pode ser reduzida em 5% a 7%. 2. O preenchimento regular permite uma eficiência elevada na separação. Quanto menor a pressão de operação da coluna, maior será a eficácia na separação de oxigênio, nitrogênio e argônio. Em particular, a separação entre oxigênio e argônio é facilitada. Geralmente, a taxa de extração de oxigênio pode aumentar em 1% a 3%, enquanto a taxa de extração de argônio pode aumentar em 5% a 10%. Na prática, foi possível alcançar uma taxa de extração de oxigênio superior a 99%, e uma taxa de extração de argônio superior a 80%. A taxa de extração da coluna de destilação depende, em grande medida, da quantidade de ar expandido que entra na coluna. Isso afeta especialmente a taxa de extração do árgon. Portanto, melhorar a eficiência isentrópica dos turbinas de expansão e a relação de pressurização dos compressores é fundamental para aumentar a taxa de extração da coluna de destilação. 3. A capacidade de retenção de líquido nos pacotes regulares é baixa. Geralmente, a capacidade de retenção de líquido nas colunas com pacotes regulares é de apenas 1% a 6% do volume da coluna. Já nas colunas com placas filtrantes, essa capacidade é de 8% a 10% do volume da coluna. Uma menor quantidade de líquido significa que o líquido permanece no interior da torre por um curto período de tempo, resultando em uma menor queda de pressão durante a operação. Isso é vantajoso para operações em condições variáveis. O intervalo de projeto para torres de enchimento padronizadas pode chegar a 40% a 120%. No equipamento de separação de ar da Fábrica 5 de Aço, com capacidade de 12.000 m3/h, a produção de oxigênio pode ser ajustada entre 9.000 e 14.000 mm3/h. A carga operacional varia entre 75% e 117%. 4. As lacunas nos materiais de preenchimento regulares são grandes; a porcentagem de lacunas nesses materiais é superior a 95%. Nas colunas de placa de peneira, a área das placas perfuradas representa 80% da seção transversal da coluna, enquanto a taxa de porosidade é de 8% a 12%. Esses valores são bem menores do que a taxa de porosidade dos camadas de material de preenchimento. Para a mesma carga, o diâmetro do tubo da coluna de enchimento é menor do que o da coluna com placas de filtragem ； Em geral, sua área de seção transversal é de apenas cerca de 70% da das colunas com placas de peneira. Isso é vantajoso para equipamentos grandes de separação de ar, pois a redução do tamanho da coluna facilita seu transporte. 5. O tempo de inicialização do equipamento é significativamente reduzido. O processo de inicialização dos equipamentos de separação de ar ocorre sem a produção de produto algum; portanto, reduzir o tempo de inicialização é uma das maneiras de economizar energia e reduzir o consumo nos equipamentos de separação de ar. O tempo de inicialização refere-se ao tempo necessário para que o expansor comece a funcionar e comece a ser produzido oxigênio. Com o uso de recheios padronizados no tanque superior, a quantidade de líquido presente durante a destilação normal diminui significativamente, o que faz com que o tempo de inicialização do equipamento seja drasticamente reduzido. Geralmente, o tempo de inicialização é de apenas 26 a 30 horas. 6. A concentração de oxigênio na fração de argônio é de aproximadamente 90%. Para reduzi-la diretamente para 1–2×10-4%, é necessário utilizar o método de destilação a baixa temperatura. Nesse caso, são necessários cerca de 180 pratos teóricos na coluna de destilação; já nas colunas com placas filtrantes, são necessárias mais de 300 placas. A resistência exercida é de aproximadamente 100 kPa. Obviamente, o argônio bruto não pode ser extraído da coluna. Além disso, a altura dos materiais de preenchimento necessários é de aproximadamente 45 m. A resistência é de apenas 14 a 16 kPa, portanto, torna-se possível a implementação de um processo de destilação completa para a produção de argônio.