Aula 01 - Destilação

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

19/03/2015
1
Destilação
1
Ionara F. R. Vieira
Destilação - operação unitária que permite a
separação de misturas de líquidos em seus
componentes puros ou próximos da pureza, por meio
de evaporação e condensação dos componentes em
questão.
O agente de separação é o CALOR.
2
DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO
3
Destilação - papel destacado no imaginário relativo tanto 
à alquimia quanto à química. 
DESTILAÇÃO
4
Termo destilação - foi utilizado
tanto nas artes que envolvem o
tratamento e a transformação de
materiais quanto por estudiosos
que buscavam afirmar ou elaborar
ideias sobre a composição da
matéria.
DESTILAÇÃO
5
.
Origens - a destilação ligada à preparação de poderosas
“águas” e à obtenção da “pedra filosofal”, do “maravilhoso
elixir” que promoveria a cura de todas as doenças dos metais
e dos homens.
Seria também por meio da destilação que os iniciados
extrairiam as “quintessências” de vegetais, minerais e partes
de animais, obtendo-se dessa forma puríssimos e poderosos
medicamentos.
DESTILAÇÃO
6
.
Na China, no ano 1000 a.c., foram escritas fórmulas de
destilação de espíritos fortes, através da fermentação do
arroz.
No século VIII um alquimista e filósofo árabe, chamado
Geber, escreveu um enorme tratado sobre destilação de
aguardente de vinho. Ele aperfeiçoou os seus
métodos numa vasilha que mais tarde se denominou de
alambique.
19/03/2015
2
DESTILAÇÃO
7
.
Alquimista Maria Judia - invenção dessa técnica
e dos instrumentos - início da era cristã.
Alquimia árabe - introdução da ideia de ‘elixir’ - um
medicamento universal, tornando os “corpos perfeitos”.
Contribuição árabe - destilação na preparação de perfumes.
Havia grandes centros onde eram extraídos os aromas de
rosas, violetas, jasmins, etc. As flores eram maceradas em
água e, em seguida, esse material era destilado.
DESTILAÇÃO
8
.
Liber de arte distillandi..., escrito por Hieronymus
Brunschwig, cirurgião de Estrasburgo, e publicado pela
primeira vez em 1500.
...simplesmente separar o impuro a partir 
do sutil e o sutil a partir do impuro, cada 
qual separadamente do outro, com o 
propósito de poder
tornar o corruptível incorruptível, e de 
fazer o material imaterial, e de que o
espírito vivo seja feito mais vivaz, pois, 
pela virtude da grande bondade
e da força que nele é mergulhada e 
escondida, ele deve penetrar
rapidamente, para concepção de sua 
saudável operação no corpo do
homem.
DESTILAÇÃO
9
Hoje - processo baseado nas
diferenças entre o pontos de
ebulição das substâncias, é
adequadamente explicada pela ideia
de que a matéria é formada por
partículas que se movimentam e
interagem.
Na indústria 
 Produção de 
álcool retificado 
de uma mistura 
de fermentação;
10
DESTILAÇÃO
Na indústria 
 Indústria petrolífera para 
a separação das frações 
contidas no petróleo 
bruto, como gás 
combustível, GLP, nafta, 
querosene, diesel, 
gasóleo, óleo 
combustível; 
11
DESTILAÇÃO
Na indústria 
 Indústria petroquímica, para a separação de frações da
nafta petroquímica;
 Em alimentos, a destilação é especialmente importante
na fabricação de bebidas destiladas e na obtenção de
essências vegetais;
 Obtenção do oxigênio puro ( e outros gases)através da
destilação do ar previamente liquefeito. 12
DESTILAÇÃO
19/03/2015
3
Na indústria 
13
DESTILAÇÃO
Alambiques 
Separação de 
componentes do ar
DESTILAÇÃO
É uma Operação Unitária integrada no conjunto das
operações baseadas na Transferência de Massa e de Calor.
Mecanismo da separação  equilíbrio LÍQUIDO/VAPOR.
É a separação de uma mistura de multicomponentes em
uma solução, onde os componentes são apreciavelmente
voláteis, utilizando aumento de temperatura ou
abaixamento de pressão.
14
DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO
Separação de componentes de uma solução depende da
distribuição dos componentes entre as fases líquida e
gasosa, podendo existir todos os componentes em ambas
as fases.
Operação cara → consome muita energia.
Vantagem → pode-se obter produto puro, ou razoavelmente
puro. → Geralmente o produto da destilação é produto
final.
15
DESTILAÇÃO
A diferença de composição das duas fases (L e V) resulta da
diferença de volatilidades dos vários componentes da
mistura líquida inicial.
Quanto maior for a diferença entre as volatilidades maior
será a diferença de composição entre a fase líquida e
vapor e mais fácil será a separação por Destilação.
DESTILAÇÃO
16
DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO
17
DESTILAÇÃO
O vapor produzido é mais
rico no componente mais
volátil (A) do que o líquido
em equilíbrio com ele à
temperatura de saturação
Tfinal e também mais rico em
A do que a mistura líquida
inicial (alimentação).
DESTILAÇÃO DESTILAÇÃO
19/03/2015
4
A separação por destilação
• só é possível se as volatilidades dos vários componentes
da mistura forem diferentes entre si;
• será tanto mais fácil quanto mais elevada (superior a 1)
for a volatilidade relativa de A em relação a B (AB).
DESTILAÇÃO 
19
DESTILAÇÃO
A volatilidade relativa αi,j do componente i relativamente ao j,
define-se como sendo a razão entre as razões de equilíbrio do
componente i e do componente de referência j:
Ki e Kj são as razões de equilíbrio para cada um 
dos componentes. O componente de referência 
tem de ser sempre um componente pesado (de 
ponto de ebulição elevado). 
Volatilidade relativa
20
DESTILAÇÃO
21
1.Destilação simples: para que dois componentes possam ser
separados eficientemente por destilação simples é necessário que
a diferença entre seus pontos de ebulição seja alta.
- Flash – contínua - Batelada – diferencial
DESTILAÇÃO
22
2. Destilação fracionada (contracorrente)
Separa componentes com pequenas diferenças de pontos de
ebulição, separa-se as primeiras frações do destilado, que são
destiladas novamente, sofrendo um crescente enriquecimento do
componente mais volátil.
Utiliza-se uma coluna de retificação entre a alimentação e o
equipamento de condensação dos vapores, que proporciona
várias destilações simples sucessivas.
DESTILAÇÃO
23
2. Destilação fracionada
DESTILAÇÃO
24
3. Destilação à pressão reduzida: O conjunto é submetido ao
abaixamento de pressão.
Usado para purificar substâncias que se decompõem a
temperaturas abaixo do seu ponto de ebulição sob pressão normal
ou àquelas com pontos de ebulição muito elevados.
DESTILAÇÃO
19/03/2015
5
25
4. Destilação por arraste a vapor d’água: é usada para purificar
substâncias que se decompõem a temperaturas elevadas e para
separação de compostos voláteis de uma mistura de outros não
voláteis. A substância a ser separada por esse processo deve ser
insolúvel em água, porque os vapores d’água é que vão conduzir
essa substância.
DESTILAÇÃO
Destilação Flash, ou por Expansão Brusca ou Destilação 
em Único Estágio
• Operação em um único estágio, contínua, no qual uma
mistura líquida é parcialmente vaporizada.
DESTILAÇÃO FLASH 
26
DESTILAÇÃO FLASH
As fases líquido e vapor resultantes
deste processo são separadas e
removidas constantemente da coluna.
O vapor será muito mais rico na
substância mais volátil do que na carga
original ou no líquido residual
A corrente de alimentação (líquido) é aquecida num trocador
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.
DESTILAÇÃO FLASH 
27
DESTILAÇÃO FLASH
Usado:
- na entrada de colunas de destilação para vaporizar parte
da mistura;
- no caso de um dos componentes ter volatilidade muito
diferenciada dos outros
componentes.
DESTILAÇÃO FLASH 
28
DESTILAÇÃO FLASH
F: alimentação do vaso
V: vapor
L: líquido
D: destilado
B: base 
xF, xD, xB: composições das misturas
HF, HD, HB: entalpias das misturas
DESTILAÇÃO FLASH 
29
DESTILAÇÃO FLASH
Destilação Diferencial, Descontínua ou Destilação Simples
- É realizada em bateladas.
- Aquece o líquido inicial do qual se quer separar
determinado componente ( + volátil)
- O vapor produzido passa por condensador e é convertido
em líquido com alta concentração do soluto de interesse.
- A concentração varia constantemente.
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
30
19/03/2015
6
• A carga de líquido é introduzida em um vaso provido de
aquecimento, entrando em ebulição.
• Os vapores são retirados pelo topo através do condensador,
onde são liquefeitos e coletados em outros recipientes.
31
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
• A medida que prossegue a vaporização, o produto
vaporizado torna-se mais volátil e o líquido residual
torna-se menos volátil, pois o percentual de
componentes leves no líquido residual vai sendo
esgotado.
• O destilado, que é o vapor condensado, poderá ser
coletado em porções separadas denominadas de cortes.
Estes podem produzir uma série de produtos destilados
com vários graus de pureza.
32
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
Na destilação em batelada ou destilação simples:
– primeiro corte: pequeno, contem predominantemente
quase toda a substância A (mais volátil);
– segundo corte: grande, contem quase toda a substância B
(volatilidade média), porém é contaminado com um pouco
das substâncias A e C;
– o líquido residual: seria, praticamente, a substância C
pura (menos volátil).
Apesar dos três cortes conterem todas as três substâncias,
alguma separação teria ocorrido neste processo de
destilação.
33
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
34
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
35
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
Para que o processo seja considerado como destilação diferencial
é necessário que:
- O vapor formado em cada instante deve ser imediatamente
retirado – se ficar alguma massa de vapor pode ocorrer
alteração do equilíbrio.
- O processo deve ser relativamente lento.
- O vapor não deve carrear líquido
- O vapor condensado não deve retornar ao tanque (altera o
equilíbrio).
36
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
19/03/2015
7
Principais utilizações industriais:
- Perfumaria
- Bebidas (cachaça, whisky, vodka, conhaque)
- Produtos obtidos em pequena escala – química fina – as
frações são redestiladas para estreitar a faixa de destilação.
37
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
38
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL
DESTILAÇÃO POR ARRASTE COM VAPOR
Se introduz vapor d’água com a finalidade de diminuir a
temperatura na qual o componente vaporiza
39
O vapor é componente extra no vapor formado – “ajuda o
processo” abaixando a temperatura de destilação.
40
DESTILAÇÃO POR ARRASTE COM VAPOR
Utilizada quando:
• substâncias com alto ponto de ebulição, que consomem
muita energia;
• as substâncias se decompõem na temperatura normal de
ebulição;
• se as substâncias têm má qualidade de transferência de calor.
O produto (após condensação) deve ser imiscível com água, para
que se separem.
41
DESTILAÇÃO POR ARRASTE COM VAPOR
Usada em perfumaria, purificação de óleos e produtos
farmacêuticos.
Abaixamento de T com a introdução do vapor numa mistura de A
e B:
Pt = PA1 + PB1  T eb 1
introduzindo vapor: Pt = PA2 + PB2 + Pdo vapor
T eb 2 < T eb 1
42
DESTILAÇÃO POR ARRASTE COM VAPOR
19/03/2015
8
DESTILAÇÃO AZEOTROPICA
Azeotropia: propriedade na qual o líquido em ebulição de uma
mistura, forma um vapor que tem exatamente a mesma
composição.
Ponto azeotrópico – composição de vapor em equilíbrio com o
líquido é a mesma.
Para sair do ponto azeotrópico: mudar condições operacionais (P,
adição de mais um componente).
43 44
Azeótropo de máximo ponto de ebulição : ocorre quando o azeótropo
formado tem um ponto de ebulição maior que os dos componentes
separadamente.
DESTILAÇÃO AZEOTROPICA
45
Azeótropo de mínimo ponto de ebulição : ocorre quando o azeótropo
formado tem um ponto de ebulição menor que os dos componentes
separadamente.
DESTILAÇÃO AZEOTROPICA
Destilação azeotrópica:
consiste em acrescentar um outro componente à mistura que vai 
ser separada, como na destilação extrativa, a diferença reside 
na volatilidade do componente acrescentado, neste caso é 
próxima dos componentes a separar, enquanto na destilação 
extrativa, o solvente era praticamente não volátil, comparado 
com os do sistema. 
46
DESTILAÇÃO AZEOTROPICA
Destilação Fracionada – é o tipo de destilação mais utilizada em
indústrias de grande porte.
Na destilação em batelada e por expansão brusca, a separação das diversas
substâncias que compõem a mistura é realizada de forma imperfeita ou
incompleta.
 Possível separar em várias frações, em uma mesma coluna,
pois pode-se ter temperaturas, vazões e composições
constantes em um dado ponto da coluna.
47
DESTILAÇÃO FRACIONADA
A destilação fracionada  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.
48
DESTILAÇÃO FRACIONADA
19/03/2015
9
As vaporizações e condensações sucessivas são efetuadas em
equipamentos específicos, denominados de torres ou colunas de
destilação.
49
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Aplicações:
• Separação de O2 do ar. 
• Separação das frações de petróleo. 
• Purificação das matérias-primas do processo seja na separação
de impurezas, por exemplo dos produtos de reação.
• É uma operação essencial na indústria de polímeros, de
alimentos, farmacêutica, dos biocombustíveis (produção de
etanol), na dessalinização da água, etc.
50
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Coluna de Destilação Fracionada
- equipamento que promove a transferência de massa e calor
entre correntes líquidas e de vapor saturada
- proporciona em uma única destilação uma série de estágios de
equilíbrio no interior da coluna
- 51
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Coluna de Destilação
Recipiente cilíndrico - torre ou
coluna - dentro do qual se
encontra uma série de pratos
internos - pratos ou bandejas,
empacotadas ou recheios -
entre os quais circulam vapor e
líquido em contracorrente.
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Coluna de Destilação
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Cortes na torre de fracionamento – frações retiradas em
determinado altura da coluna de destilação, que, por
possuírem temperaturas diferentes em cada ponto ao longo
do eixo vertical, gera produtos distintos em cada um destes
pontos.
É caracterizada pela presença e refluxos, cujo objetivo é o de
melhorar a separação:
• No topo - condensador.
• No fundo - refervedor ou revaporizador
DESTILAÇÃO FRACIONADA
19/03/2015
10
CONDENSADOR
- Condensa o vapor proveniente da coluna
. Parcial – apenas o refluxo,
. Total – todo o vapor do topo.
- Tem função de manter P no topo da torre.
- Parte do condensado, designado por refluxo, reenviado para o
prato superior da torre
 rouba calor da região (o líquido entra mais frio)
 propicia a existência de fase líquida no topo
55
DESTILAÇÃO FRACIONADA
CONDENSADOR
Denomina-se por razão de refluxo (R) a razão entre o caudal
da corrente reenviada e o caudal da corrente produzida no topo,
que deixa a coluna, Destilado.
R = L / D
Lo
DESTILAÇÃO FRACIONADA
REVAPORIZADOR ou REFERVEDOR
- na base da coluna ou refluxo de fundo
- vaporiza parte da corrente de líquido
da base, para o prato inferior, onde entra sob a forma de vapor
 fornece energia ao liquido de fundo
 introduz
e produz vapor no fundo (ascendente)
- A corrente retirada na base da coluna designa-se por Resíduo.
- Fornece calor para a base da torre.
57
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Figura - Coluna de destilação fracionada 58
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Destilação
Destilação do ar
https://www.youtube.com/watch?v=S4W7ghsOGrQ
torre de destilação
https://www.youtube.com/watch?v=82KHGne2TOw&list=PL19EA75B9EE40702F&index=5
refino do petróleo
petrobras - https://www.youtube.com/watch?v=kJ9F--LNaw8
history https://www.youtube.com/watch?v=mZ2xqwdbMQE
59
plataforma de petróleo
https://www.youtube.com/watch?v=_cycjzYu5cw
https://www.youtube.com/watch?v=icY-3JRXtiw
https://www.youtube.com/watch?v=UUtqH5C1bzE (11 min)
pré sal
https://www.youtube.com/watch?v=1nR47cfvvJg (43 minutos)
http://www.youtube.com/watch?v=rpoMBcfIgew&NR=1&feature=endscreen
http://www.youtube.com/watch?v=I9OMgU37mBM&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=mZ2xqwdbMQE&feature=player_detailpage