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*IntroduoA destilao como opo de um processo unitrio de separao,
vem sendo utilizado pela humanidade desde o perodo que passa pela
era dos antigos alquimistas.O que, como, quando e porque podemos
utilizar esta operao objeto de intenso estudo.O enfoque atual do
processo de destilao centrado na busca pela eficincia e
consequentemente reduo de energia. objetivo desta parte da
disciplina, capacitar estudantes do curso de qumica, nos processos
produtivos de unidades purificadoras, atravs do melhor entendimento
dos fenmenos observados.
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*Principais DefiniesTemperatura de ebulio: temperatura na qual,
a uma determinada presso, uma substncia experimenta uma mudana do
estado lquido para o estado vapor.Temperatura de ponto de bolha:
temperatura na qual uma determinada mistura lquida apresenta a
formao da 1 bolha de vapor.Temperatura de ponto orvalho:
temperatura na qual uma determinada mistura gasosa apresenta a
formao da 1 gota de lquido.* Obs: no caso de componentes puros o
ponto de bolha coincide com o ponto de ebulio e o ponto de orvalho
com o ponto de condensao.
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*Principais DefiniesPresso Parcial: a presso parcial de um gs
num recipiente contendo uma mistura gasosa definida como a presso
que esse gs exerceria se estivesse sozinho no recipiente.Presso de
vapor: suponha um lquido num recipiente fechado. As molculas do
lquido esto em constante agitao e aquelas que se encontrarem na
superfcie livre tem um tendncia natural de escaparem da fase
lquida, formando uma fase vapor. Quando este fenmeno ocorre, um
estado de equilbrio atingido, e, a presso exercida pelo vapor
formado chamada de presso de vapor do lquido a temperatura T, desde
que a temperatura seja mantida constante.Vcuo: ocorre quando a
presso de um determinado meio menor que a presso externa a ele.
(geralmente essa presso externa a atmosfrica, ou seja 1 atm).
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*Principais DefiniesCalor: a energia trmica em trnsito, que
transferida entre os corpos, a diferentes temperaturas.Calor
latente: o calor envolvido na mudana de estado fsico numa dada
presso sem alterar a temperatura de uma unidade do fluido.Calor
sensvel: o calor responsvel pelo aquecimento ou resfriamento de uma
dada massa de fluido.Estado gasoso: observado quando existe uma
baixa atrao intermolecular, permitindo movimentao rpida e
independente entre as molculas.
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*Principais DefiniesEstado lquido:caracterizado por possuir um
estado intermedirio de interao molecular, entre o gs e um
slido.Estado slido: alta interao entre suas molculas e forma
definida.Vapor saturado: o vapor que em determinadas condies de
temperatura e presso se encontra com sua fase lquida, o chamando
equilbrio lquido-vapor.Vapor superaquecido: o vapor saturado seco
fora da fase de equilbrio, estando numa temperatura superior a
temperatura de saturao (ebulio).
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*Principais DefiniesLquido saturado: o lquido que em certas
condies de presso e temperatura se encontra em equilbrio com a sua
fase vapor.Lquido subresfriado: o lquido que sob certas condies de
presso se encontra fora da fase de equilbrio estando numa
temperatura de saturao.Equilbrio lquido-vapor (ELV): uma mistura
lquida est em equilbrio com seu vapor quando o n de molculas do
estado lquido que passa para o vapor igual ao n de molculas do
estado vapor que passa para o lquido.Entalpia: o calor absorvido ou
liberado a presso constante. Como entalpia uma funo de estado, seu
valor depende somente do contedo de calor dos estado inicial e
final.
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*DestilaoConceito: uma operao que visa separar os componente de
uma fase lquida atravs de sua vaporizao parcial. Os vapores so mais
ricos nos componentes mais volteis do que no liquido, o que
possibilita a separao de fraes enriquecidas nos componentes
desejados.Este processo de separa de lquidos uma das operaes bsicas
mais importantes da indstria , que possibilita separa os
componentes de uma mistura lquida na forma de substncias
puras.Processo: as operaes de destilao realizam-se em estgios nos
quais duas correntes (um lquido e um vapor) entram em contato para
produzir duas outras corrente cujas composies diferem das
originais.De um modo geral, o vapor que sai de um estgio acha-se
enriquecido nos componente mais volteis. O lquido por sua vez, sai
com menor quantidade de volteis do que o lquido alimentado.
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*Curvas de EquilbrioOs clculos de destilao ficam mais simples
quando os dados de equilbrio so postos numa curva y vs x,
denominada curva de equilbrio, onde y a frao molar na fase vapor e
x e a frao molar na fase lquida.Podemos tambm utilizar a curva de
equilbrio no processo de destilao para determinar as condies de
equilbrio para cada prato.Um dos mtodos para calcular o n de pratos
tericos necessrios para realizar a separao, o de McCabe-Thile.
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*DefiniesAzeotropia: propriedade na qual o lquido em ebulio de
uma mistura, forma um vapor que tem exatamente a mesma composio,
portanto no podendo separa os componentes desta mistura como o
ponto de ebulio determinado:azetropo de mnimo ponto de ebulio :
ocorre quando o azetropo formado tem um ponto de ebulio menor que
os dos componentes separadamente.azetropo de mximo ponto de ebulio
: ocorre quando o azetropo formado tem um ponto de ebulio maior que
os dos componentes separadamente.Volatilidade: um parmetro que
indica a maior ou menor tendncia de uma substncia passar do estado
lquido para o vapor. Portanto, quanto maios a presso de vapor de
uma substncia maior sua volatilidade, pois maior ser a tendncia de
sua molculas passarem do estado lquido para o estado
vapor.volatilidade relativa : definida como a razo da volatilidade
entre dois componentes.
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*Tipos de DestilaoUma destilao pode ser conduzida de uma
variedade de modos, cada um dos quais apresenta vantagem e
desvantagens numa determinada situao particular. Observa-se,
todavia, que os diversos modos de operar so modificaes dos
seguintes mtodos que podem ser considerados
fundamentais:diferencialde equilbrio (FLASH)por arraste de
vaporfracionada extrativaazeotrpica
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*Destilao DiferencialEsta operao tambm conhecida como destilao
Rayleigh ou simples, descontnua. A carga colocada no fervedor e
aquecida at sua temperatura de ebulio. Imediatamente depois vapor
formado atravs de um condensador. Tanto o vapor, que se encontra
enriquecido no componente mais , como o lquido do fervedor podem
ser o produto da operao podem ser o produto da operao.A aparelhagem
utilizada consta de um fervedor que vai vaporizando a carga, e de
um condensador. No laboratrio esta operao realizada num balo de
vidro de pescoo curto no qual adaptado o condensador.
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*Destilao de Equilbrio tambm chamada de destilao FLASH, podendo
ser realizada em batelada ou em operao contnua. Este segundo modo
de operar mais freqente.A alimentao lquida preaquecida alimentada
num tanque de expanso, no qual uma parte do lquido vaporiza. O
vapor produzido e o lquido no vaporizado so retirado continuamente
do tanque logo que se forma.Vrias unidades do tipo descrito podero
ser utilizadas em srie, de modo a ser realizada operao multiestgio
a fim de aumentar a flexibilidade deste tipo de operao.
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*Destilao por arraste um mtodo variante de destilao simples,
consiste em injetar vapor vivo no fervedor em vez de realizar o
aquecimento atravs de um trocador.O vapor que sai da mistura
arrasta preferencialmente o componente mais voltil.Este mtodo
bastante comum, sendo conhecido tambm pelo nome de destilao com
vapor.Seu maior emprego a vaporizao de misturas com caractersticas
desfavorveis de transferncia da calor ou de lquidos que se decompem
quando destilados normalmente presso atmosfrica. utilizada para
misturas lquidas insolveis no solvente.
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*Destilao FracionadaAs operaes at agora descritas propiciam
pouco enriquecimento do vapor produzido.Na destilao fracionada
opera-se com vaporizaes e condensaes sucessivas num equipamento de
menor custo, conhecido como coluna de fracionamento.S poder ser
utilizada quando os componentes da mistura tiver pontos de ebulio
bem diferentes.As colunas de fracionamento podem
ser:partosrecheioEste tipo de destilao pode ser efetuada em
batelada ou continuamente.
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*Torres de PratosO contato lquido-vapor feito em estgios, isto ,
o vapor entra em contato com o lquido a intervalos
determinados.Tipos de Pratos:perfuradosvalvuladosZonas de uma
coluna:zona de stripping ou esgotamento : so estgios nos quais a
concentrao de componentes menos volteis esto na corrente lquida, de
maneira geral, a zona de stripping encontra-se abaixo do ponto de
alimentao.Zona de retificao ou enriquecimento : so estgios nos
quais a concentrao dos componentes mais volteis esto na fase vapor,
normalmente esta zona encontra-se acima do prato de alimentao.
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*Tipos de Fluxo em uma BandejaO fluxo em uma bandeja admite dos
regimes diferentes: regime com formao de spray e formao de
espuma.Do ponto de vista do fluxo sob a bandeja, podemos ter:fluxo
cruzado : o lquido entra por um dos lados do prato, percorre- e
desce para o prato inferior pelo outro lado.fluxo dividido : usado
em torres de grande dimetro, o lquido entra no centro e flui para
extremidades, de onde cai para o prato inferior, onde o fluxo ser
das extremidades para o centro.fluxo radial : proporciona boa
distribuio, sendo utilizvel em torres grandes; sua desvantagem o
alto custo inicialfluxo cascata : usado em torres de grande
dimetro, a fim de evitar o grande gradiente de altura de lquido,
que seria prejudicial ao fracionamento, constri-se o prato em
degraus, evitando grandes variaes de nvel.
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*Coluna de RecheioTorre de recheio: o contato entre o
lquido-vapor contnuo, ou seja, ao longo de todo equipamento no h
espao em que no haja o contato.As colunas recheadas so preferidas
nas operaes em que colunas de dimetros relativamente pequenos,
inferiores a 500 mm, so suficientes para operar com a vazes
desejadas de lquidos, ou nos casos em que se exige baixas quedas de
presso.A transferncia de massa entre as fases promovida pelo
recheio, o qual tem funo de aumentar a superfcie interna de uma
coluna, permitindo o aumento de contato entre a fase lquida e
gasosa.A eficincia de uma coluna associada do recheio, no qual se
procura associar as seguintes caractersticas: rea superficial
versus volume.
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*Tipos de RecheioExistem um grande nmeros de tipos de recheios
no mercado mundial, mas apenas um pequenos grupo efetivamente
usado. Os recheios podem ser classificados basicamente em dois
grupos:Randmicos: contitudos de peas de no mximo 90 mm, que so
colocados ao acaso no leito para permitir uma distribuio
desarrumada de seus elementos.Aneis de raschigSelas de BerlSelas
IntaloxAnis de PallIMTPRecheios Estruturados: so todos que podem
ser colocados na torre de uma forma ordenada ou arrumada, sendo,
por isto, muitas vezes, tambm chamado ordenados ou arrumados.
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*AcessriosCondensadores: o equipamento destinado a promover o
refluxo atravs da coluna.Condensador parcial: implicar sempre na
caracterizao da corrente de refluxo na condio de lquido
saturado.Condensador total: do ponto de vista da caracterizao da
corrente de refluxo e produto o condensador total ser dimensionado
com o objetivo de obter um lquido saturado ou
subresfriado.Refervedor: a fonte de energia utilizada para
proporcionar a transferncia de massa normalmente fornecida por
refervedor. Os tipos mais comuns so os refervedores termosifo que
podem ser verticais ou horizontais, os de circulao forada e os
kettle (chaleiras).Demister: consiste em um dispositivo utilizado
no topo de um equipamento e com o objetivo de reter gotculas
arrastadas pelo vapor, aglutinando as gotculas tornando-as maiores
e mais pesadas, permitindo, assim, o seu retorno, por aao da
gravidade, para o sistema.
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*Problemas freqentes em torres de destilaoInundao (flooding): a
excessiva acumulao de lquido em uma coluna, sendo que, para colunas
de bandejas, essa ocorrncia normalmente caracterizado segundo os
itens abaixo:Spray entre as bandejas: ocorre quando a taxa de
lquido baixa, permitindo que o vapor pulverize o filme lquido nas
bandejas.Formao de espuma entre as bandejas: ocorre quando a taxa
de lquido alta, associada com aumento da vazo de vapor. Aumenta-se
assim o nvel da espuma entre as bandejas.Retorno pelo
vertedouro.Estrangulamento de lquido.
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*Problemas freqentes em torres de destilaoNvel alto: problemas
de eficincia de destilao so associados a esse fato em funo de
possibilidade de afogamento de bandejas ou alimentao de
vapor.Pratos secos: ocorre em funo de deficincia no controle de
vazo de alimentao ou refluxo ou ainda em alguns casos durante a
partida pelo FLASH do lquido de alimentao. A principal conseqncia a
perda de perfil da coluna, possibilitando o aumento de pesados no
produto destilado.Falha no sistema de condensador de topo:
acarretar no aumento de presso da coluna, elevando assim a sua
temperatura. O aumento de temperatura e presso da coluna modificara
sempre o seu perfil de separa, provocando aumento de pesados no
topo.
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*Problemas freqentes em torres de destilaoFalha no sistema de
refervedor: em funo de plugueamento nos tubos do refervedor ou
mesmo falha de vapor haver a diminuio da taxa de vaporizao,
acarretando aumento de nvel e queda de eficincia nas
bandejas.Dumping: ocorre quando o lquido passa para o prato
seguinte, atravs dos orifcios ou vlvulas. Tal fato est relacionado
baixa vazo de vapor ou mesmo a sua distribuio.Arraste: ocorre a
altas vazes de vapor, consistindo no arraste de partculas lquida no
vapor ascendente diminuindo a eficincia de contato. Isto causado
por carga excessiva torre.Blowing: consiste na abertura de canais
no lquido lanando-o no prato superior.Entupimento dos borbulhadores
dos pratosM distribuio de lquido em colunas de recheioinclinao da
colunaformao de caminhos preferenciais no recheio.
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*Destilao ExtrativaA destilao extrativa utilizada para separa
componentes com volatilidades muito prximas, o que, pelos mtodos
convencionais, requer muito mais estgios e razes de refluxo
elevadas. Este mtodo requer menos energia e muitas vezes o que se
economiza paga o equipamento de recuperao do solvente. Consiste em
adicionar um outro componente ao sistema, chamado solvente, que
aumenta a volatilidade relativa dos componente a
separar.Alimenta-se a mistura de A e B na primeira coluna, chama de
coluna de extrao, da qual o componente mais voltil sai pelo topo. O
solvente alimentado prximo ao topo dessa coluna e arrasta o
componente B para a base, de onde a mistura B + S segue para o
stripper de solvente, que promove a separao de B e S. o solvente um
lquido muito menos voltil do que os componente a separar.
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*Destilao ExtrativaO solvente deve possuir semelhana estrutural
com o componente mais pesado, e ainda, deve satisfazer a outros
critrios:ser substancialmente menos voltil que qualquer dos
componentes, de interesse, o que facilita sua recuperao.dentro
desta restrio de volatilidades, seu ponto de ebulio dever ser o
mais baixo possvel, de modo a reduzir a temperatura de operao.o
solvente deve ser completamente miscvel com ambos os componentes,
no intervalo de concentrao envolvido. No deve ser txico, inflamvel
ou corrosivo.No deve reagir com qualquer dos componentes que esto
sendo separados.Deve ser estvel.Seu custo deve ser baixo.
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*Destilao AzeotrpicaO meio mais fcil de separa os componentes de
uma mistura azeotrpica a destilao azeotrpica, e consiste em
acrescentar um outro componente mistura que vai ser separada, como
no caso da destilao extrativa, a diferena reside na volatilidade do
componente acrescentado, neste caso essencialmente a mesma dos
componentes a separa, enquanto na destilao extrativa, o solvente
era praticamente no voltil, comparado com os do sistema. Nestas
condies, o componente acrescentado forma um azetropo com um ou mais
dos componentes a separar, devido a diferena de polaridade.Ao
contrrio da destilao extrativa, o agente acrescentado encontra-se
praticamente na poro superior da coluna e sua concentrao decresce
na direo do fervedor.
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Destilao do Petrleo
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Diagrama de Fase
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Mudana de Fase
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Diagrama Presso Entalpia
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Curva de Equilbrio
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Azetropo
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Destilao Diferencial
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Destilao Flash
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Colunas de Pratos
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Coluna de Recheio
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Tipos de Fluxo
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Zonas de da Coluna
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Tipos de Fluxo
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Condensadores e Refervedores
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Estrangulamento e Retorno
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Destilao Extrativa
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Destilao Azeotrpica