A destilação continua a ser uma das tecnologias de separação térmica mais importantes, amplamente aplicada, mas com uso intensivo de energia. As características contraditórias de extensa aplicação e intensificação de energia da destilação impulsionam o estudo em direção à economia e conservação de energia.
(...) O projeto de processos químicos, visando a otimização de parâmetros de projeto e operação, é uma das atividades mais criativas e desafiadoras. A seleção da pressão de operação é a primeira e provavelmente a mais importante decisão, especialmente para o projeto de destilação, conforme abordado em qualquer monografia de projeto de processos químicos [30-33]. Normalmente, para projetar uma coluna de destilação conforme a pressão diminui, as curvas do ponto de bolha e do ponto de orvalho geralmente distanciam-se mais e, portanto, a volatilidade relativa aumenta. Consequentemente, a pressão deve ser tão baixa quanto possível, o que permite a temperatura de vapor fique acima de pelo menos 40-50 ºC, o que permite o uso de água de arrefecimento relativamente barata (35ºC). (...) Para sistemas com componentes bastante leves, a pressão de operação uma temperatura de refluxo de 40-50 ºC é bastante alta e aproxima-se da pressão crítica dos componentes principais. A pressão de operação é comumente ajustada para metade da pressão crítica e, portanto, refrigeração ou recompressão de vapor pode ser necessária [34].
(...) As abordagens para selecionar a pressão de operação dependem da experiência e heurísticas comuns. Para algumas misturas que apresentam zona de pinch numa determinada seção da composição, ou em que há um ponto azeotrópico que desaparece com as variações de pressão, é necessário um maior consumo de energia, mesmo para destilação binária convencional, devido à negligência da característica especial. Ou seja, a possibilidade de um pinch / azeótropo sensível à pressão (mesmo em sistemas comuns) deve ser investigada cuidadosamente para obter benefício económico.
Diagramas T-xy e xy para sistemas com pinch/ azeótropo sensível à pressão: (a) sistema de acetona / água.
(...) Às vezes, o pinch existe e é um recurso bastante importante para sistemas binários. A zona de pinch mostra que a composição de vapor de equilíbrio é muito próxima da composição líquida, que é semelhante à característica azeotrópica. Isso sugere uma separação bastante difícil que requer estágios enormes para alcançar ou exceder a zona de pinch. Felizmente, se a zona de pinch for sensível à pressão de modo que a curva de vapor de equilíbrio possa estar mais longe da curva de líquido por meio da mudança de pressão, os andares podem reduzir-se significativamente. (...) O azeótropo sensível à pressão apresenta que a composição azeotrópica muda significativamente conforme a pressão muda. Especificamente, o azeótropo pode desaparecer à medida que a pressão varia abaixo / acima de um certo valor. Esta situação sugere que a pressão de operação deve ser selecionada com muito cuidado.
Investigadores da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade da Academia Chinesa de Ciências propuseram um procedimento de projeto sistemático para melhorar o projeto de destilação para uma mistura com pinch / azeótropo sensível à pressão. Para demonstrar o procedimento apresentado, três tipos diferentes de sistema foram investigados. Revela-se que o procedimento convencional pode produzir arbitrariamente um desenho não econômico, e que o procedimento proposto, complementando totalmente o convencional, é capaz de evitar essa situação adversa e confere um desenho económico.
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Fonte: M. Xia, H. Shi, C. Niu, Z. Ma, H. Lu, Y. Xiao, B. Hou, L. Jia, D. Li, The importance of pressure-sensitive pinch/azeotrope feature on economic distillation design, Separation and Purification Technology, 250 (2020) 116753.