DESTILAÇÃO

Acadêmicas: Bruna Nazário VieiraDébora ModolonKaroliny VargasLayane Corrêa

Destilação é uma das mais importantes operações unitárias de transferência de calor e massa principalmente na indústria de petróleo e gás na etapa de refino.

Esta técnica permite a separação de misturas de líquidos em seus componentes puros ou próximos da pureza, por meio de evaporação e condensação. Na destilação pode-se afirmar que o agente de separação é o calor, pois o vapor formado tem composição diferente da mistura original.

INTRODUÇÃO

Os principais tipos de destilação são: destilação diferencial ou simples, destilação fracionada, destilação de equilíbrio ou flash e destilação por arraste a vapor d’água.

O presente trabalho tratará de informações detalhadas sobre alguns destes processos de destilação.

INTRODUÇÃO

Apresentar de maneira resumida, os principais tipos de destilação;

Destacar o princípio de funcionamento de cada tipo de destilação;

Definir suas aplicações;

Resolver exercícios aplicando o conhecimento adquirido na pesquisa.

OBJETIVO

Também conhecida como Destilação diferencial ou destilação em batelada.

É um processo que permite a separação de um líquido de uma substância não volátil (tal como um sólido), ou de outros líquidos que possuem uma diferença no ponto de ebulição maior do que cerca de 80o C.

É um método rápido de destilação, é uma técnica rápida, fácil e, se respeitado seus limites, eficaz.

DESTILAÇÃO SIMPLES

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Consiste em uma etapa de vaporização e condensação. Utiliza-se quatro equipamentos: um balão de destilação, um condensador, um receptor e um termômetro

A vaporização se dá pelo aumento rápido da temperatura ou pela redução de pressão no balão. O vapor gerado no balão é imediatamente resfriado no condensador. O líquido condensado, também chamado de destilado, é armazenado por fim no receptor.

Observa-se o termômetro durante todo o processo. A temperatura tem a tendência de estacionar inicialmente no ponto de ebulição da substância mais volátil. Quando a temperatura voltar a aumentar, deve-se pausar o aquecimento e recolher o conteúdo do receptor: o líquido obtido é a substância mais volátil, que se separou da mistura original.

Os destilados obtidos desta forma não estão 100% puros, apenas mais concentrados do que a mistura original. Para obter graus de pureza maiores, pode-se fazer sucessivas destilações do destilado. Como este processo é demorado, utiliza-se em seu lugar a destilação fracionada.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Imagem 1: Esquema de funcionamento da destilação simples

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Fonte: CORTEZ, G. G. (2008).

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Imagem 2: Esquema de funcionamento da destilação simples

Fonte: ROITMAN, V. (2002).

Produção de bebidas alcoólicas como a vodka e o uísque;

Processo de dessalinização, aproveitando a água do mar.

APLICAÇÕES

VANTAGENS DESVANTAGENS

Simples operação Baixa eficiência

Baixo custo de implementação

Normalmente, não é necessário um agente auxiliar na separação

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Tabela 1: Vantagens e Desvantagens do processo de destilação simples.

Fonte: As autoras, 2013.

A destilação fracionada é uma operação de separação de misturas por intermédio de vaporizações e condensações sucessivas, que, aproveitando as diferentes volatilidades das substâncias, torna possível o enriquecimento da parte vaporizada, com as substâncias mais voláteis.

Estas vaporizações e condensações sucessivas são efetuadas em equipamentos específicos, denominados de torres ou colunas de destilação.

DESTILAÇÃO FRACIONADA

O equipamento de destilação fracionada é constituído por um recipiente cilíndrico dentro do qual se encontra uma série de pratos internos entre os quais circulam vapor e líquido em contracorrente.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

No topo da coluna existe um condensador que arrefece e condensa o vapor proveniente da coluna, sendo parte do condensado, designado por refluxo, reenviado para o prato superior. A outra corrente que deixa a coluna, é denominada de destilado.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Na base da coluna encontra-se um revaporizador que vaporiza parte da corrente de líquido da base, para o prato inferior, onde entra sob a forma de vapor. A corrente retirada na base da coluna designa-se por Resíduo. 

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

A coluna de destilação fracionada é constituída por uma série de andares em equilíbrio que vão promovendo a separação, dos componentes mais voláteis, da fase vapor que sobem na coluna, e dos componentes menos voláteis, da fase líquida que desce na coluna.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Imagem 3: Esquema da destilação fracionada

Imagem 4: Colunas de destilaçãofracionada industrial

Fonte: http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?Itemid=413&id=223&option=com_content&task=view

Fonte: http://www.chinelodepneu.xpg.com.br/Materias/OP2_Destilacao.doc

Separação dos componentes do petróleo;

Separação dos componentes de uma mistura gasosa;

Separação do ar produzindo oxigênio líquido, nitrogênio líquido;

Extrair diversos tipos de compostos, como o asfalto, gasolina, gás de cozinha entre outros.

APLICAÇÕES

VANTAGENS E DESVANTAGENS

VANTAGENS DESVANTAGENS

A alimentação poderá ser na fase líquida, vapor, ou a

mistura dos dois.

Pode ocorrer problema nas bandejas da coluna de destilação, como vazamento

de líquido, inundação e pulsação.

Alta demanda de energia

Às vezes, é necessário outro método de separação para purificar a substância

desejada

Tabela 2: Vantagens e Desvantagens do processo de destilação fracionada.

Fonte: As autoras, 2013.

Conhecido também por destilação por Equilíbrio, a Destilação Flash pode ser definido como um processo de simples estágio que consiste na vaporização de uma fração definida da corrente material a ser separada, de tal forma que o vapor obtido neste processo é separado e condensado, estando em equilíbrio termodinâmico com o líquido residual obtido.

DESTILAÇÃO FLASH

Normalmente, a corrente de alimentação (líquido) é aquecida num permutador de calor, passando depois por um “flash” adiabático (despressurização rápida) que dá origem a duas correntes saturadas, uma de líquido e outra de vapor, em equilíbrio. O tanque “flash” permite facilmente a separação e remoção das duas fases.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Uma vez que a mistura entra com um volume grande o suficiente no vaso de flash, o líquido e vapor se separam. Devido ao vapor e líquido estarem em contato antes da destilação ocorrer, os produtos líquidos e vapores formados estão aproximadamente em equilíbrio.

A Destilação “Flash” só permite um grau de separação razoável se a diferença de volatilidade entre os dois compostos a separar (A e B) for elevada.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Imagem 5: Esquema de destilação flash

Fonte: http://www.chinelodepneu.xpg.com.br/Materias/OP2_Destilacao.doc

Para um primeiro tratamento da mistura, sendo as duas correntes produzidas submetidas a tratamentos de destilação subsequentes

Preparação de carga para outros processos como absorção, extração, etc

Indústria de lubrificante

Refino de petróleo

APLICAÇÕES

VANTAGENS DESVANTAGENS

Permite facilmente a separação e remoção das duas fases

Baixa eficiência

É necessário outros tipos de tratamentos para purificação

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Tabela 3: Vantagens e Desvantagens do processo de destilação flash

Fonte: As autoras, 2013.

É uma destilação de misturas imiscíveis de compostos orgânicos e água (vapor). Os componentes de uma mistura imiscível "fervem“ a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais. Enquanto ambos componentes da mistura estiverem destilando junto, o ponto de ebulição ficará constante. Portanto, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água pode ser destilada à temperatura constante e menor que 100°C, que é o ponto de ebulição da água.

DESTILAÇÃO POR ARRASTE DE VAPOR

Na destilação por arraste a vapor a matéria-prima recebe uma corrente de vapor, ocorrendo a difusão dos óleos essenciais. Os óleos voláteis e a água são condensados, e devido à diferença de densidade são separados por decantação;

A pressão total de vapor da mistura torna-se igual à pressão atmosférica (e a mistura ferve) numa temperatura menor que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes;

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Desta forma a pressão de vapor total será a somatória das pressões de vapor de cada líquido a uma dada temperatura

PTOTAL = P1+P2 +...+ Pn

Onde P1+P2 é a soma das pressões parciais dos componentes da mistura

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Imagem 6: Esquema de destilação de arraste de vapor

Fonte: http://www.prp.unicamp.br/pibic/congressos/xvicongresso/paineis/043793.pdf

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Obtenção de óleo volátil de plantas medicinais e aromáticas na indústria;

Separar ou purificar uma substância cujo ponto de ebulição é alto e/ou apresente risco de decomposição;

Separar ou purificar substâncias contaminadas com impurezas resinosas;

Retirar solventes com elevado ponto de ebulição, quando em solução existe uma substância não volátil.

APLICAÇÕES

VANTAGENS E DESVANTAGENS

VANTAGENS DESVANTAGENS

Seletividade (*)

 Purificar líquidos antes de entrarem em ebulição

Moléculas aromáticas podem perder seus princípios ativos

Tabela 4: Vantagens e Desvantagens do processo de destilação por Arraste de vapor

Fonte: As autoras, 2013.

* Algumas substâncias são arrastadas com o vapor e outras não, além daquelas que são arrastadas tão lentamente que permitem a realização de boas separações empregando esta técnica.

CURIOSIDADES

Tabela 5: Cheiro dos grupos funcionais

Fonte: http://revistaescola.abril.com.br/ensino-medio/cheiros-milenares-500064.shtml.

Destilação Fracionada:

O álcool hidratado utilizado como combustível veicular é obtido por meio da destilação fracionada de soluções aquosas geradas a partir da fermentação de biomassa. Durante a destilação, o teor de etanol da mistura é aumentado, até o limite de 96% em massa. Considere que, em uma usina de produção de etanol, 800kg de uma mistura etanol/água com concentração 20% em massa de etanol foram destilados, sendo obtidos 100kg de álcool hidratado 96% em massa de etanol.

EXERCÍCIOS

A partir desses dados, é correto concluir que a destilação em questão gerou um resíduo com uma concentração de etanol em massa

A) de 0%.

B) de 8,0%.

C) entre 8,4% e 8,6%.

D) entre 9,0% e 9,2%.

E) entre 13% e 14%

EXERCÍCIOS

Resolução:

Mistura inicial Resíduo

m(total) = 800kg m(total) = 800 – 100 = 700kg

m(etanol) = 160kg m(etanol) = 160 – 96 = 64kg

Destilado m(total) = 100kg

m(etanol) = 96kg

700kg —— 100%

64kg —— x

x = 9,1%

Letra D

EXERCÍCIOS

Destilação flash:

EXERCÍCIOS

Balanço Material Global:

F = L + V

Balanço Material para

um dos componentes:Z F = x L + y V

Considere que uma mistura de benzeno e tolueno contendo 40% em mols de benzeno seja destilada em um tambor de flash operando a 300k e 50 mmhg. Se o fluxo molar da alimentação for de 1000 mol/h, calcule os fluxos e as frações molares nas saídas de líquido e de vapor.

EXERCÍCIOS

Dado: diagrama pressão versus composição.

EXERCÍCIOS

30

50

70

90

110

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

fração molar de benzeno

P (

mm

Hg

)

xA=(P-PBo)/(PAº-PBº) yA =(PAº xA) / P

l a v

Resolução:

F=1000 mol/h, z=0,4

Do diagrama pressão

versus composição:

x=0,24 e y=0,50

Balanço Material Global:

F = L + V V=1000-L (1)

Balanço Material de benzeno:

z F = x L + y V (2)

EXERCÍCIOS

Substituindo...

0,4*1000=0,24*L+0,5*(1000-L)

L=100/0,26=384,6 mol/h

V=1000-384,6=615,4 mol/h

Destilação fracionada:

Uma solução a 50 mol % de etanol em água alimenta uma coluna de destilação com vazão constante para produzir um destilado com 70 mol % de etanol e 1 mol % de resíduos. Sendo F a quantidade em mol que alimenta a coluna em um dado intervalo de tempo e D e R os números de mols do destilado e resíduos produzidos. Calcule os valores de D e R.

EXERCÍCIOS

EXERCÍCIOS

Resolução:

EXERCÍCIOS

EXERCÍCIOS

Há vários tipos de destilação, cada um com suas particularidades. Desta forma, cada processo é eficaz em casos específicos.

Conclui-se que antes de determinar qual procedimento utilizar afim de efetuar uma separação, é necessário entender a composição da mistura e relacionar com os tipos de destilação.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

ROITMAN, V. Curso de formação de operadores de refinaria operações unitárias. Disponível em: < http:// www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/petrobras/operacoes_unitarias.pdf> Acesso em 27 de maio de 2013

CORTEZ, G. G. Operações Unitárias II – Destilação. 2008. Disponível em: <http://sistemas.eel.usp.br/ docentes/arquivos/5840841/406/Destilacao-EEL.pdf> Acesso em 28 de maio de 2013

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

LUBASCHESKI, M. A. Separação de misturas. Disponível em <https://sites.google.com/site/cientista max/Home/turmas-series/1em---quimica/separacao-de-misturas/destilacao-fracionadas> Acesso em 27 de maio de 2013

BRITO, F. O. Avaliação da influência da pressão, temperatura e condições de operação sobre um sistema de destilação fracionada de uma solução glicerinosa proveniente de uma unidade de produção de biodiesel. Fortaleza UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ, 2010. Disponível em: <http://www.eq.ufc.br/TFC/TFC_2010_Brito.pdf> Acesso em 28 de maio de 2013

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Carvalho, G. H. et al. Destilação por arraste a vapor de alecrim, camomila, erva-baleeira e erva-doce: estudo da cinética de extração. UNICAMP, São Paulo; 2008. Disponível em: <http://www.prp.unicamp. br/pibic/congressos/xvicongresso/paineis/043793.pdf> Acesso em 31 de maio de 2013.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS