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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
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