OPERAÇÕES UNITÁRIAS

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Operações UnitáriasOperações Unitárias
11
  
C C URSOURSO  DDE E   F F ORMAÇÃOORMAÇÃO  DDE E   OOPERADORESPERADORES  DDE E   RR EFINARIAEFINARIA
OOPERAÇÕESPERAÇÕES   U U NITÁRIASNITÁRIAS
  
2 2 
Operações UnitáriasOperações Unitárias
  
Operações UnitáriasOperações Unitárias
33
CURITIBACURITIBA
20022002
OOPERAÇÕESPERAÇÕES U  U NITÁRIASNITÁRIAS
V V  AL ALTER TER  R  R OITMAN OITMAN 
Equipe PetrobrasEquipe Petrobras
Petrobras / AbastecimentoPetrobras / Abastecimento
UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, RevapUN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap
  
44
Operações UnitáriasOperações Unitárias
66665.5.5353 RoRoititmaman, n, VValalteterr..
R7R74141 CuCursrso do de fe forormamaçãção do de oe opeperaradodoreres ds de re refefininarariaia: o: opeperaraçõções es ununititáráriaias /s /
VValter Roitman. – alter Roitman. – Curitiba : Curitiba : PETROBRAS : UnicenP, 2002.PETROBRAS : UnicenP, 2002.
50 p. : il. 50 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.(algumas color.) ; 30 cm.
Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC,Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC,
RECAP, SIX, REVAP.RECAP, SIX, REVAP.
1. Operação unitária. 2. Química. 3. Balanço. I. Título.1. Operação unitária. 2. Química. 3. Balanço. I. Título.
  
Operações UnitáriasOperações Unitárias
5 5 
 A Aprpresesentaentaççãoão
É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.
Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-
renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos derenciação em serviços e competência tecnológica, precisamos devocê e de seu perfil empreendedor.você e de seu perfil empreendedor.
Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre oEste projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o
Centro Universitário Centro Universitário Positivo (UnicenP) Positivo (UnicenP) e a Pe a Petrobras, representetrobras, representadaada
 pela  pela UN-ReparUN-Repar, , buscando buscando a a construção construção dos dos materiais materiais pedagógicospedagógicos
que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.
Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planosEstes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos
de aula, gabaritos de atividades de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-– procuram integrar os saberes téc-
nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-
dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como umdem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um
 processo  processo contínuo contínuo e e permanente permanente de de aprimoramento, aprimoramento, caracterizadocaracterizado
 pela  pela flexibilidade flexibilidade exigida exigida pelo pelo porte porte e e diversidade diversidade das das unidades unidades dada
Petrobras.Petrobras.
Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outrasContamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras
fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar 
seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão naseu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na
Petrobras.Petrobras.
Nome:Nome:
Cidade:Cidade:
Estado:Estado:
Unidade:Unidade:
Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo.
  
6 6 
Operações UnitáriasOperações Unitárias
SumárioSumário
11 COCONCNCEIEITOTOS FUNS FUNDADAMEMENTNTAIAIS SOBS SOBRERE
OPERAÇÕES OPERAÇÕES UNITÁRIASUNITÁRIAS .................................................................... .................................. 77
1.11.1 IntroIntroduçãodução .......................................................................................................................................7.......7
1.21.2 ConcConceitos Fundeitos Fundamenamentais............tais......................................................................................77
1.2.11.2.1 ConvConversão ersão de unde unidadeidadess ............................................................................7....7
1.31.3 BalanBalanço Material........ço Material...............................................................................................................8...8
1.41.4 BalanBalanço Enerço Energéticgéticoo ..................................................................................................................88
1.51.5 SugeSugestão stão para para aplicaplicação ação nos nos cálcucálculoslos
de Bde Balanços alanços Mássicos Mássicos e Enee Energéticosrgéticos ............................................................ 88
22 PROCEPROCESSO SSO DE DE DESTILDESTILAÇÃO...........AÇÃO...........................................................................9....9
2.12.1 IntroIntroduçãodução .......................................................................................................................................9.......9
2.22.2 ConcConceitos Fundeitos Fundamenamentais............tais......................................................................................99
2.2.12.2.1 VVolatilolatilidadeidade .................................................................................................................... 99
2.2.22.2.2 EquilEquilíbrio Líquíbrio Líquido – Vaido – Vaporpor ...............................................................9.....9
2.32.3 DestiDestilação lação DescoDescontínntínua ua ou ou DestiDestilação lação SimpSimplesles ....................9......9
2.3.12.3.1 BalanBalanço Mço Materiaaterial e l e TérmiTérmicoco ............................................................ 1010
2.42.4 DestiDestilação plação por Expor Expansãansão Bruso Brusca ou Deca ou Destilastilaçãoção
em em um um únicúnico o EstágEstágioio ...................................................................................................... 1010
2.4.12.4.1 BalanBalanço ço MateriMaterialal .............................................................................................. 1010
2.4.22.4.2 BalanBalanço ço TérmiTérmicoco .............................................................................................. 1010
2.52.5 DestiDestilação lação FraciFracionadonadaa .................................................................................................... 1010
2.5.12.5.1 ColuColunas de dnas de destilestilação ou ação ou de retide retificaçãficaçãoo ...................11.......11
2.5.22.5.2 SeçõeSeções ds de ue uma ma ColuColuna na de de destidestilaçãolação ................................ 1313
2.5.32.5.3 BalanBalanço ço MateriMaterialal .............................................................................................. 1414
2.5.42.5.4 BalanBalanço ço TérmiTérmicoco .............................................................................................. 1515
2.5.52.5.5 InfluInfluênciência das princia das principais varpais variáveiáveisis
na na destidestilação lação fraciofracionada.............nada........................................................... 1515
2.62.6 FatorFatores que ines que influenfluenciam as pciam as princirincipais vapais variáveriáveisis
na na destidestilação lação fraciofracionadanada ............................................................................................ 1616
2.6.12.6.1 ProprPropriedadiedades es da da cargcargaa .............................................................................. 1616
2.6.22.6.2 EficiêEficiência dos dincia dos disposspositivoitivos de separaçãs de separaçãoo
das das torres torres (Prato(Pratos)s) ............................................................................................ 17172.72.7 ProbProblemas lemas que pque podem odem ocorocorrer em rer em bandbandejasejas
de de coluncolunas as de de destdestilaçãoilação ............................................................................................ 1717
2.7.12.7.1 ProbProblema lema de de arrasarrastete ...................................................................................... 1717
2.7.22.7.2 ProblProblema ema de de PulsPulsaçãoação .............................................................................. 1717
2.7.32.7.3 ProbProblema lema de vde vazameazamento nto de lde líquiíquidodo ...................................... 1717
2.7.42.7.4 ProblProblema ema de de inuninundaçãodação .......................................................................... 1818
33 PRPROCOCESESSOSOS DE AS DE ABSBSORORÇÃÇÃO E ESO E ESGOGOTTAMAMENENTOTO ................ 1919
3.13.1 IntroIntroduçãodução ........................................................................................................................................ 1919
3.23.2 ConceConceitositos .......................................................................................................................................... 1919
3.2.13.2.1 AbsoAbsorçãorção ...................................................................................................................... 1919
3.2.23.2.2 EsgoEsgotamentamentoto ............................................................................................................ 1919
3.33.3 SoluSolubridabridade de de de Gases Gases em em LíquiLíquidosdos .......................................................... 1919
3.43.4 PotenPotencial cial que que prompromove ove a a absoabsorçãorção ............................................................ 2121
3.53.5 RefluRefluxo xo InteInterno rno MínimMínimoo ............................................................................................ 2121
3.5.13.5.1 AbsoAbsorçãorção ...................................................................................................................... 2121
3.5.23.5.2 EsgoEsgotamentamentoto ............................................................................................................ 2121
3.63.6 ResuResumo dmo dos Faos Fatores tores que Ique Influnfluenciaenciam osm os
Processos Processos de de Absorção Absorção e e EsgotamentoEsgotamento ................................................ 2121
3.73.7 EquipaEquipamentosmentos ............................................................................................................................ 2222
44 PROPROCESCESSOS SOS DE DE EXTEXTRAÇRAÇÃO ÃO LÍQLÍQUIDUIDO-LO-LÍQUÍQUIDO....IDO............ 2323
4.14.1 IntroIntroduçãodução ........................................................................................................................................ 2323
4.24.2 ConcConceitoeito .............................................................................................................................................. 2323
4.34.3 MecanMecanismo ismo da da ExtraçExtraçãoão ............................................................................................ 2323
4.44.4 EquiEquipamepamentos ntos do do ProceProcesso sso de de ExtraExtraçãoção ............................................ 2424
4.4.14.4.1 De uDe um únm único eico estágstágio.............io....................................................................... 2424
4.4.24.4.2 De De múltmúltiplos iplos estágestágiosios ................................................................................ 2424
4.54.5 EquiEquilíbrilíbrio eo entre ntre as as Fases Fases LíquLíquidas............idas.................................................. 2525
4.64.6 FatoFatores res que que influinfluenciaenciam m a a ExtraExtraçãoção ........................................................ 2626
4.6.24.6.2 QualiQualidade dade do do solvsolventeente .............................................................................. 2626
4.6.34.6.3 InfluInfluência ência da da temptemperatureraturaa .................................................................. 2626
55 FLFLUIDUIDIZAIZAÇÃÇÃO DO DE SE SÓLÓLIDIDOS OS E SEE SEPPARARAÇAÇÃO ÃO SÓSÓLIDLIDOO 2727
5.1 5.1 Fluidização Fluidização de de sólidossólidos .............................................................................. .......................... 2727
5.1.15.1.1 ConcConceitoeito ........................................................................................................................ 2727
5.1.25.1.2 ObjetObjetivo ivo da da FluidFluidizaçãoização ........................................................................ 2727
5.1.35.1.3 TipTipos os de de FluidFluidizaçãoização .................................................................................. 2727
5.1.45.1.4 DimeDimensões nsões do do Leito Leito FluidFluidizadoizado ................................................ 2727
5.25.2 SeparSeparação ação sólidsólido-gáso-gás ...................................................................................................... 2828
5.2.25.2.2 ArranArranjos jos entre entre os os CicloCiclonesnes ................................................................ 2828
5.2.15.2.1 FatoFatores que influres que influenciaenciam o funcionm o funcionamenamentoto
de de um Cicloneum Ciclone ...................................................................................................... 2828
5.35.3 NoçõNoções báses básicas dicas do proco processo desso de Craque Craqueameneamentoto
CatalíCatalíticotico ............................................................................................................................................ 2929
66 BOMBBOMBASAS .......................................................................................................................................................... 3131
6.16.1 CurvCurvas as caraccaracterísterísticas ticas de de BombBombas as CentCentrífugrífugasas ...................... 3131
6.26.2 CuCurva drva da cara carga (Hga (H) vers) versus vaus vazão vzão voluolumétmétricrica (Q)a (Q) ............ 3131
6.36.3 CurvCurva de potêa de potência abncia absorvsorvida (Pida (PABS.) vABS.) versusersus
vazão volumétrvazão volumétrica ica (Q)(Q) .................................................................................................. 3232
6.46.4 CurvCurva de a de rendrendimenimento (hto (h) ver) versus sus vazãovazão
voluvolumétrimétrica ca (Q)(Q) ........................................................................................................................ 3333
6.56.5 CurvCurvas as caractcaracterísterísticas icas de de BombBombasas .............................................................. 3333
6.66.6 AltuAltura ra ManomManométricétrica a do do SisteSistemama .................................................................... 3333
6.76.7 CoConstnstruçrução gráão gráficfica da Cura da Curva de um Siva de um Sistestemama ............................ 3434
6.86.8 PontPonto o de de TrabTrabalhoalho ................................................................................................................ 3434
6.8.6.8.11 AltAlteraeração dção da Cura Curva (H x Q) dva (H x Q) do Siso Sistemtemaa ...................... 3535
6.8.26.8.2 FatoFatores que res que influinfluenciaenciam a Curvm a Curvaa
(H x (H x Q) da BombaQ) da Bomba .......................................................................................... 3535
6.96.9 FenôFenômeno meno da da CavitCavitação..........ação.................................................................................... 3535
6.9.16.9.1 InconInconvenivenientes entes da da CavitCavitaçãoação ........................................................ 3535
6.9.26.9.2 PrincPrincipal ipal RegiãRegião do da Caa Cavitavitaçãoção .................................................... 3535
6.9.36.9.3 CausCausas as SecunSecundáriadárias ds da Ca Cavitaavitaçãoção ..........................................3636
6.106.10 NPSH (NPSH (Net PreNet Pressurssure Sucte Suction Heion Head)ad) ........................................................ 3636
6.10.1NPSH 6.10.1NPSH dispdisponívonívelel .............................................................................................. 3737
6.10.2NPSH 6.10.2NPSH requerequeridorido ................................................................................................ 3737
6.10.3NPSH disp6.10.3NPSH disponívonível versus NPSel versus NPSH requeriH requeridodo ................ 3737
6.116.11 AssoAssociaçãciação de o de BombBombasas ................................................................................................ 3737
6.11.1Assoc6.11.1Associação diação de Bombe Bombas em Sérieas em Série ............................................ 3737
6.11.2Associação de Bombas em Paralelo..................6.11.2Associação de Bombas em Paralelo.................. 3838
  
Operações UnitáriasOperações Unitárias
7 7 
11
ConceitosConceitos
FFununddaammeentantaiis sos sobbrree
OOppeerraaçõçõees s UUninittáárriiaass
1.1 Introdução1.1 Introdução
A disciplina denominada Operações Uni-A disciplina denominada Operações Uni-
tárias é aquela que classifica e estuda, separa-tárias é aquela que classifica e estuda, separa-
damente, os principais processos físico-quími-damente, os principais processos físico-quími-
cos utilizados na indústria química. Os pro-cos utilizados na indústria química. Os pro-
cessos mais comuns encontrados nas indústriascessos mais comuns encontrados nas indústrias
químicas são aquímicas são a Destilação AtmosféricaDestilação Atmosférica   e e aa
VácuoVácuo, os processos de, os processos de AbsorçãoAbsorção  ee Adsor-Adsor-
çãoção, , aa Extração Líquido-LíquidoExtração Líquido-Líquido   ee Líqui-Líqui-
do-Gásdo-Gás, o processo de, o processo de FiltraçãoFiltração, assim como, assim como
alguns mais específicos, como por exemplo, oalguns mais específicos, como por exemplo, o
Craqueamento CatalíticoCraqueamento Catalítico,, Hidrocraquea-Hidrocraquea-
mentomento,, Hidrotratamento de correntes ins-Hidrotratamento de correntes ins-táveistáveis e out e outros utiros utilizados principlizados principalmente na In-almente na In-
dústria Petrolífera.dústria Petrolífera.
1.2 Conceitos Fundamentais1.2 Conceitos Fundamentais
Alguns conhecimentos são fundamentaisAlguns conhecimentos são fundamentais
 para  para que que se se posspossa ea estudastudar de r de forma forma adeqadequada uada aa
disciplina denominada Operações Unitárias,disciplina denominada Operações Unitárias,
como conhecimentos sobrecomo conhecimentos sobre conversão de uni-conversão de uni-
dadesdades, unidades que podem ser medidas linea-, unidades que podem ser medidas linea-
res, de área, de volume, de massa, de pressão,res, de área, de volume, de massa, de pressão,
de temperatura, de energia, de potência. Outrode temperatura, de energia, de potência. Outro
conceito-base para “Operações Unitárias” é oconceito-base para “Operações Unitárias” é o
dede BalançoBalanço, tanto, tanto MaterialMaterial quanto quanto EnergéticoEnergético..
1.2.1 Conversão de unidades1.2.1 Conversão de unidades
É necessário conhecer as correlações exis-É necessário conhecer as correlações exis-
tentes entre medidas muito utilizadas na In-tentes entre medidas muito utilizadas na In-
dústria Química, como é o caso das medidasdústria Química, como é o caso das medidas
de temperatura, de pressão, de energia, dede temperatura, de pressão, de energia, de
massa, de área, de volume, de potência e ou-massa, de área, de volume, de potência e ou-
tras que estão sempre tras que estão sempre sendo correlacionadas.sendo correlacionadas.
Alguns exemplos de correlações entre medidas li-Alguns exemplos de correlações entre medidas li-
nearesneares
1 1 fftt ==112 2 iinn
1 1 iinn == 22,,554 4 ccmm
1 1 mm == 33,,228 8 fftt
1 1 mm = 1= 1000 c0 cm m = = 11..00000 m0 mmm1 m1 mililhaha ==1,1,61 61 kmkm
1 mi1 milhlhaa == 5.5.28280 ft0 ft
1 1 kkmm = 1= 1..00000 0 mm
Alguns exemplos de correlações entre áreasAlguns exemplos de correlações entre áreas
1 ft1 ft22 = 144 in = 144 in22 1 m1 m22 = 10,76 ft = 10,76 ft22
1 alqueire = 24.200 m1 alqueire = 24.200 m22 1 km1 km22 = 10 = 1066 m m22
Alguns exemplos de correlações entre volumesAlguns exemplos de correlações entre volumes
1 ft1 ft33 =  = 2288,,332 2 LL 1 1 fftt33 = 7,481 gal = 7,481 gal
1 1 ggaal l = = 33,,77885 5 LL 1 1 bbbbl l = = 442 2 ggaall
1 m1 m33 = 35,31 ft = 35,31 ft33 1 bbl = 0,159 1 m1 bbl = 0,159 1 m33
Alguns exemplos de correlações entre massasAlguns exemplos de correlações entre massas
1 1 kkg g = = 22,,2 2 llbb 1 1 llb b = = 44554 4 gg
1 1 kkg g = = 11..00000 0 gg 1 1 t t = = 11..00000 0 kkgg
Alguns exemplos de correlações entre pressõesAlguns exemplos de correlações entre pressões
1 1 aatmtm == 1,1,03033 3 kkggf/f/ccmm22
1 a1 atmtm == 1414,7 ,7 ppsi si (l(lbbf/f/inin22))
1 1 aattmm == 330 0 iin n HHgg
1 1 aattmm == 1100,,3 3 m m HH22OO
1 1 aattmm == 77660 0 mmm m HHgg
1 1 aattmm == 334 4 fft t HH22OO
1 1 KKppaa == 1100 –2 –2 kgf/cm kgf/cm22
Algumas observações sobre medições deAlgumas observações sobre medições de
 pressão: pressão:
 – – Pressão Pressão Absoluta Absoluta = Pres= Pressão Resão Relativa +lativa +
Pressão AtmosféricaPressão Atmosférica
 – – Pressão Pressão Barométrica Barométrica = = Pressão Pressão Atmos-Atmos-
féricaférica
 – – Pressão Manométrica = Pressão RelaPressão Manométrica = Pressão Rela--
tivativa
Alguns exemplos de correlações entre temperaturasAlguns exemplos de correlações entre temperaturas
tºC = (5/9)(tºF – 32)tºC = (5/9)(tºF – 32)
tºC = (9/5)(tºC) + 32tºC = (9/5)(tºC) + 32
tK = tºC + 273tK = tºC + 273
tR = tºF tR = tºF + 460 (temperatures absolutas)+ 460 (temperatures absolutas)
Algumas observações sobre medições deAlgumas observações sobre medições de
temperatura:temperatura:
Zero absoluto = –273ºC ou – Zero absoluto = –273ºC ou – 460ºF460ºF
((DDºC/ºC/DDºF) = 1,8ºF) = 1,8
((DDK/K/DDR) = 1,8R) = 1,8
  
8 8 
Operações UnitáriasOperações Unitárias
Alguns exemplos de correlações entre potênciasAlguns exemplos de correlações entre potências
1 1 HHPP == 11,,00114 4 CCVV 1 1 HHP P = 4= 422,,444 4 BBTTUU//mmiinn
11KKWW == 11,,33441 1 HHPP 1 1 HHP P = = 55550 0 fftt..llbbff//ss
11KKWW == 1 1 KKJJ//ss 1 1 KKWWh h = = 33..66000 0 JJ
11KKWW == 11..22448 8 KKVVAA
Alguns exemplos de correlações de energiaAlguns exemplos de correlações de energia
1 1 KKccaall == 33,,997 7 BBTTUU 11BBTTU U = = 22552 2 ccaall
11BBTTUU == 77778 8 fftt..llbbff 11KKccaal l = = 33,,00888 8 fftt..llbbf f 11KcKcaall == 44,1,186868 8 KJKJ
1.3 Balanço Material1.3 Balanço Material
Como se sabe, “na natureza nada se cria,Como se sabe, “na natureza nada se cria,
nada se destrói, tudo se transforma”, ou seja, anada se destrói, tudo se transforma”, ou seja, a
matéria não é criada e muito menos destruída,matéria não é criada e muito menos destruída,
e, portanto, num balanço material envolvendoe, portanto, num balanço material envolvendo
um certo sistema, a massa que neste entra um certo sistema, a massa que neste entra de-de-
verá ser a mesma que dele estará saindo. Noverá ser a mesma que dele estará saindo. No
 proc processaessamentmento o uma uma tonetoneladalada, , por por exemexemplo, plo, por por 
hora de petróleo em uma refinaria, obtém-sehora de petróleo em uma refinaria, obtém-se
exatamente uma tonelada por hora de produ-exatamente uma tonelada por hora de produ-
tos derivados deste processo, como gás tos derivados deste processo, como gás com-com-
 bustível,  bustível, GLPGLP, , gasolina, gasolina, querosene, querosene, diesel diesel ee
óleo combustível. A queima de um combustí-óleo combustível. A queima de um combustí-
vel em um forno ou em uma caldeira é outrovel em um forno ou em uma caldeira é outro
exemplo, porém menos evidente em que exemplo, porém menos evidente em que ocorreocorre
o mesmo balanço de massa: pode-se citarqueo mesmo balanço de massa: pode-se citar que
durante a queima de 1 tonelada de um certodurante a queima de 1 tonelada de um certo
combustível em um forno ou uma caldeira,combustível em um forno ou uma caldeira,
considerando-se que são necessárias 13 tone-considerando-se que são necessárias 13 tone-
ladas de ar atmosférico, tem-se ladas de ar atmosférico, tem-se como resulta-como resulta-
do 14 toneladas de gases de combustão.do 14 toneladas de gases de combustão.
Em um Balanço Material, não se deve con-Em um Balanço Material, não se deve con-
fundir massa com volume, pois as massas es-fundir massa com volume, pois as massas es-
 pecíficas dos produto pecíficas dos produtos são diferentes. Assim,s são diferentes. Assim,
um balanço material deverá ser realizadum balanço material deverá ser realizado sem-o sem-
 pre em massa, pois a massa de um certo pro- pre em massa, pois a massa de um certo pro-
duto que entra em um certo sistema, mesmoduto que entra em um certo sistema, mesmo
que transformada em outros produtos, sempreque transformada em outros produtos, sempre
será a mesma que está saindo deste sistema,será a mesma que está saindo deste sistema,
enquanto os volumes sofrem variação enquanto os volumes sofrem variação confor-confor-
me a densidade de cada produto.me a densidade de cada produto.
1.4 Balanço Energético1.4 Balanço Energético
Existem diversos tipos de energia, por exem-Existem diversos tipos de energia, por exem-
 plo plo, Calor, Calor, Trab, Trabalhalho, Enero, Energia de um corpgia de um corpo emo em
movimento, Energia Potencial (um corpo emmovimento, Energia Potencial (um corpo em
 pos posiçãição eo elevlevadaada), ), EneEnergirgia a eléelétrictrica e a e outoutrasras..
Assim como a matéria, a energia de umAssim como a matéria, a energia de um
sistema não pode ser destruída, somente po-sistema não pode ser destruída, somente po-
derá ser transformada em outros tipos de ener-derá ser transformada em outros tipos de ener-
gia, como por exemplo, o motor de gia, como por exemplo, o motor de uma bom-uma bom- ba que consome energia elétrica e a transfor- ba que consome energia elétrica e a transfor-
ma em energia de movimento do lma em energia de movimento do líquido, ca-íquido, ca-
lor e energia de lor e energia de pressão.pressão.
A água, no alto de um reservatório, aoA água, no alto de um reservatório, ao
movimentar um gerador, transforma sua ener-movimentar um gerador, transforma sua ener-
gia potencial em energia elétrica, calor gia potencial em energia elétrica, calor e ener-e ener-
gia de movimento (energia cinética). Nestegia de movimento (energia cinética). Neste
caso, o balanço de energia do sistema poderiacaso, o balanço de energia do sistema poderia
ser representado pela ser representado pela seguinte expressão:seguinte expressão:
Energia Potencial da água do reservatório =Energia Potencial da água do reservatório =
Energia elétrica fornecida pelo gerador + ca-Energia elétrica fornecida pelo gerador + ca-
lor de aquecimento do gerador + Energia delor de aquecimento do gerador + Energia de
movimento da água após a turbina.movimento da água após a turbina. No ca No caso de so de um forum forno ou no ou uma cuma caldeiraldeira quea que
aquece um certo líquido, o balanço de energiaaquece um certo líquido, o balanço de energia
observado será:observado será:
Calor liberado pela queima do combustível =Calor liberado pela queima do combustível =
Calor contido nos gases de combustão queCalor contido nos gases de combustão que
saem do forno ou da caldeira + saem do forno ou da caldeira + Calor contidoCalor contido
nos produtos que deixam o forno ou a caldeira.nos produtos que deixam o forno ou a caldeira.
É importante É importante ressaltar que, ressaltar que, muito emboramuito embora
as diversas formas de as diversas formas de energia sejam medidasenergia sejam medidas
em unidades diferentes, tais como, energia elé-em unidades diferentes, tais como, energia elé-
trica em KWh, trabalho em HP . h, calor emtrica em KWh, trabalho em HP . h, calor em
caloria, em um caloria, em um balanço energético é necessá-balanço energético é necessá-
rio que todas as rio que todas as formas de energia envolvidasformas de energia envolvidas
no balanço estejam expressas na mesma uni-no balanço estejam expressas na mesma uni-
dade de energia.dade de energia.
1.5 Sugestão para aplicação nos cálculos1.5 Sugestão para aplicação nos cálculos
de Balanços Mássicos e Energéticosde Balanços Mássicos e Energéticos
Como regra geComo regra geral, antes de ral, antes de iniciar cálcu-iniciar cálcu-
los que evolvam balanços mássicos e/ou ba-los que evolvam balanços mássicos e/ou ba-
lanços energéticos, deve-se:lanços energéticos, deve-se:
a)a) trantransformsformar todas as vaar todas as vazões vozões volumélumétri-tri-
cas em vazões mássicas, pois o balan-cas em vazões mássicas, pois o balan-
ço deve ser realizado sempre em mas-ço deve ser realizado sempre em mas-
sa, uma vez que a vazão em massa nãosa, uma vez que a vazão em massa não
varia com a temperatura.varia com a temperatura.
 b) b) faça um faça um esquema esquema simplificado dsimplificado do pro-o pro-
cesso em que serão realizados os ba-cesso em que serão realizados os ba-
lanços;lanços;
c)c) idenidentifiqutifique com símbe com símbolos, aolos, as vazões vazões es e
as composições de todas as correntesas composições de todas as correntes
envolvidas nos processos em que es-envolvidas nos processos em que es-
tão sendo realizados os tão sendo realizados os balanços;balanços;
d)d) anote, anote, no esqno esquema siuema simplificadmplificado de proo de pro--
cesso, todos os dados de processo dis-cesso, todos os dados de processo dis-
 poníveis  poníveis como como vazões, vazões, composições,composições,
temperaturas, pressões, etc;temperaturas, pressões, etc;
e)e) verifverificar que cicar que composomposições sições são conhão conhe-e-
cidas ou podem ser cidas ou podem ser calculadas;calculadas;
f)f) veriverificaficar quais vr quais vazõeazões másss mássicas sicas sãoão
conhecidas ou podem ser calculadas;conhecidas ou podem ser calculadas;
g)g) seleselecionacionar a base de cálr a base de cálculo coculo convennveni-i-
ente a ser adotada para o início da re-ente a ser adotada para o início da re-
solução do problema.solução do problema.
  
Operações UnitáriasOperações Unitárias
99
22PPrroocecesssso o ddeeDestilaçãoDestilação
2.1 Introdução2.1 Introdução
A destilação é uma operação que permiteA destilação é uma operação que permite
a separação de misturas de líquidos em seusa separação de misturas de líquidos em seus
componentes puros ou próximos da pureza, por componentes puros ou próximos da pureza, por 
meio de evaporação e condensação dos com-meio de evaporação e condensação dos com-
 ponentes  ponentes em em questão. questão. Na Na destilação, destilação, portanto,portanto,
 pode-se  pode-se afirmar quafirmar que o e o agente agente de de separação separação é oé o
calor, pois o vapor formado tem composiçãocalor, pois o vapor formado tem composição
diferente da mistura original.diferente da mistura original.
O processo de destilação é muito utiliza-O processo de destilação é muito utiliza-
do em toda a indústria química, como por do em toda a indústria química, como por 
exemplo, na obtenção de álcool retificado deexemplo, na obtenção de álcool retificado de
uma mistura de fermentação, ou ainda, na in-uma mistura de fermentação, ou ainda, na in-dústria petrolífdústria petrolífera para a separação das fraçõesera para a separação das frações
contidas no petróleo bruto, como gás contidas no petróleo bruto, como gás combus-combus-
tível, GLP, nafta, querosene, diesel, gasóleo,tível, GLP, nafta, querosene, diesel, gasóleo,
óleo combustível. É um processo muito utili-óleo combustível. É um processo muito utili-
zado também na indústria petroquímica, parazado também na indústria petroquímica, para
a separação de frações da nafta a separação de frações da nafta petroquímica.petroquímica.
2.2 Conceitos Fundamentais2.2 ConceitosFundamentais
Alguns conceitos são fundamentais paraAlguns conceitos são fundamentais para
a melhor comprea melhor compreensão do mensão do mecanismo ecanismo de se-de se-
 paração  paração que que ocorre ocorre na na destilação, destilação, são são eles eles aa
volatilidade e o equilíbrio volatilidade e o equilíbrio líquido – vapor.líquido – vapor.
2.2.1 Volatilidade2.2.1 VolatilidadeA separação em uma coluna de destilaçãoA separação em uma coluna de destilação
acontece devido à volatilidade relativa de umacontece devido à volatilidade relativa de um
componente com relação ao outro. Geralmen-componente com relação ao outro. Geralmen-
te, salvo raras exceções, a fração mais volátilte, salvo raras exceções, a fração mais volátil
em uma mistura é aquela que em estado puroem uma mistura é aquela que em estado puro
 possui  possui maior maior pressão de pressão de vaporvapor, , ou ou seja, seja, temtem
maior tendência a evaporar. Como exemplo,maior tendência a evaporar. Como exemplo,
tem-se que, devido ao critério tem-se que, devido ao critério massa molar, omassa molar, o
metano é mais volátil do metano é mais volátil do que o etano, que por que o etano, que por 
sua vez é mais volátil sua vez é mais volátil que o propano, que por que o propano, que por 
sua vez é mais volátil que o butano e assimsua vez é mais volátil que o butano e assim
 por  por diante; diante; então então a a separação separação destes destes é é possívelpossível
utilizando-se o agente calor e equipamentosutilizando-se o agente calor e equipamentos
adequados, denominadadequados, denominados colunas ou torres os colunas ou torres dededestilação para processos contínuos ou desti-destilação para processos contínuos ou desti-
ladores para processos descontínuos ou emladores para processos descontínuos ou em
 bateladas. bateladas.
2.2.2 Equilíbrio Líquido – Vapor2.2.2 Equilíbrio Líquido – Vapor
Ao colocar em recipiente sob vácuo, de-Ao colocar em recipiente sob vácuo, de-
terminada quantidade de uma mistura terminada quantidade de uma mistura líquida,líquida,
 por  por exemplo, exemplo, uma uma mistura mistura de de hidrocarbone-hidrocarbone-
tos, mantendo-se constante a temperatura destetos, mantendo-se constante a temperatura deste
recipiente, o líquido tenderá a vaporizar-se atérecipiente, o líquido tenderá a vaporizar-se até
que alcance a pressão de equilíbrio entre a faseque alcance a pressão de equilíbrio entre a fase
vapor e a fase líquida, isto vapor e a fase líquida, isto é, as moléculas daé, as moléculas da
fase líquida passarão para a fase líquida passarão para a fase vapor, aumen-fase vapor, aumen-
tando a pressão do recipiente até que se tenhatando a pressão do recipiente até que se tenha
o equilíbrio entre as fases líquido e vapor. Oo equilíbrio entre as fases líquido e vapor. O
 ponto  ponto de de equilíbrio equilíbrio é é atingido atingido quando quando o o nú-nú-
mero de moléculas que abandona o líquidomero de moléculas que abandona o líquido
 para  para a a fase fase vapor vapor é é exatamente exatamente igual igual ao ao núme-núme-
ro de moléculas que abandona o vapor para aro de moléculas que abandona o vapor para a
fase líquida. Tem-sefase líquida. Tem-se, aí, o , aí, o equilíbrio termodi-equilíbrio termodi-
nâmico entre as fases líquido – nâmico entre as fases líquido – vaporvapor..
2.3 Destilação Descontínua ou Destilação2.3 Destilação Descontínua ou Destilação
SimplesSimples
A destilação simples ou descontínua é reali-A destilação simples ou descontínua é reali-
zada em bateladas.zada em bateladas.
Conforme é possível observar na figuraConforme é possível observar na figura
acima, a carga de líquido é introduzida em umacima, a carga de líquido é introduzida em um
vaso provido de aquecimento, entrando emvaso provido de aquecimento, entrando em
ebulição. Os vapores são retirados pelo topoebulição. Os vapores são retirados pelo topo
através do condensador, onde são liqüefeitosatravés do condensador, onde são liqüefeitos
e coletados em outros recipientes.e coletados em outros recipientes.
A primeira porção do destilado será A primeira porção do destilado será a maisa mais
rica em componentes mais voláteis. A medidarica em componentes mais voláteis. A medidaque prossegue a vaporização, o produto va-que prossegue a vaporização, o produto va-
 poriz porizadado o tortornana-s-se e mamais is vovolátlátil il e e o o líqlíquiuido do reresisidudualal
torna-se menos volátil, pois o percentual detorna-se menos volátil, pois o percentual de
  
10 10 
Operações UnitáriasOperações Unitárias
componentes leves no líquido residual vai sen-componentes leves no líquido residual vai sen-
do esgotado. O destilado, que é o vapor con-do esgotado. O destilado, que é o vapor con-
densado, poderá ser coletado em porções se-densado, poderá ser coletado em porções se-
 paradas denomina paradas denominadas de cortes. Estes podemdas de cortes. Estes podem
 produz produzir ir uma uma série série de de produtos produtos destiladdestilados os comcom
vários graus de pureza. Então, considerando-sevários graus de pureza. Então, considerando-se
uma mistura de três uma mistura de três substâncias:substâncias:
SuSubsbstâtâncncia ia AA –– MuMuito vito vololátiátil e em pel e em pe--
quena quantidade,quena quantidade,
SubSubstâstâncincia Ba B –– VVolaolatilitilidaddade me médiédia e a e ememgrande quantidade,grande quantidade,
SubSubstâstâncincia Ca C –– MuMuitito po pououco co vovolálátitil e l e emem
 pequena  pequena quantidade.quantidade.
Quando uma destilação em batelada ouQuando uma destilação em batelada ou
destilação simples é efetuada, o primeiro cor-destilação simples é efetuada, o primeiro cor-
te, pequeno, conteria predominantemente qua-te, pequeno, conteria predominantemente qua-
se toda a substância A, se toda a substância A, o segundo corte, gran-o segundo corte, gran-
de, conteria quase toda a substância B, porémde, conteria quase toda a substância B, porém
estaria contaminado com um pouco estaria contaminado com um pouco das subs-das subs-
tâncias A e C, e o lítâncias A e C, e o líquido residual seria, prati-quido residual seria, prati-
camente, a substância C pura. Assim sendo,camente, a substância C pura. Assim sendo,
apesar dos três cortes conterem todas as trêsapesar dos três cortes conterem todas as três
substâncias, alguma separação teria ocorridosubstâncias, alguma separação teria ocorrido
neste processo de destilação.neste processo de destilação.
2.3.1 Balanço Material e Térmico2.3.1 Balanço Material e Térmico
 Neste  Neste tipo tipo de de proceprocesso, sso, é mé muito uito difícidifícil efel efe--
tuar um balanço material e térmico de formatuar um balanço material e térmico de forma
instantânea, uma vez que as temperaturas, as-instantânea, uma vez que as temperaturas, as-
sim como as composições do líquido e do va-sim como as composições do líquido e do va-
 por  por variavariam m contincontinuameuamente. nte. É É evideevidente, nte, porémporém,,
que, ao final desta operação, a soma do resíduoque, ao final desta operação, a soma do resíduo
e do destilado deve ser igual à carga inicial do vaso.e do destilado deve ser igual à carga inicial do vaso.
2.4 Destilação por Expansão Brusca ou2.4 Destilação por Expansão Brusca ou
Destilação em um Único EstágioDestilação em um Único Estágio
O processo de destilação por expansãoO processo de destilação por expansão
 brusca é uma operação em um único estágio, brusca é uma operação em um único estágio,no qual uma mistura líquida é parcialmenteno qual uma mistura líquida é parcialmente
vaporizada. As fases líquido e vapor resultan-vaporizada. As fases líquido e vapor resultan-
tes deste processo são separadas e removidastes deste processo são separadas e removidas
da coluna. O vapor será muito mais rico nada coluna. O vapor será muito mais rico na
substância mais volátil do que na carga origi-substância mais volátil do que na carga origi-
nal ou no líquido residual.nal ou no líquido residual.
Este tipo de operação é muito utilizado naEste tipo de operação émuito utilizado na
 primeira  primeira fase fase do do fracionfracionamento amento do do petrólepetróleo o emem
uma refinaria, pois esta torre reduz o tamanhouma refinaria, pois esta torre reduz o tamanho
da torre de fracionamento atmosférico.da torre de fracionamento atmosférico.
2.4.1 Balanço Material2.4.1 Balanço Material
Segundo o princípio geral da Segundo o princípio geral da conservaçãconservaçãoo
da matéria, o balanço material para este pro-da matéria, o balanço material para este pro-
cesso pode ser escrito da seguinte forma:cesso pode ser escrito da seguinte forma:
F = D + WF = D + W
Em que:Em que:
F = vazão mássica de cargaF = vazão mássica de carga
D = vazão mássica de vapor D = vazão mássica de vapor 
W = vazão mássica de líquidoW = vazão mássica de líquido
2.4.2 Balanço Térmico2.4.2 Balanço Térmico
   De acDe acordo com ordo com o princípio o princípio da consda conserva-erva-
ção de energia, o balanço energético para esteção de energia, o balanço energético para este
 processo pod processo pode ser escrito da e ser escrito da seguinte forma:seguinte forma:
Calor que entra no sistema = Calor que entra no sistema = Calor que sai do sistemaCalor que sai do sistema
 Q QFF + Q + QAA = Q = QDD + Q + QWW
Em que:Em que:
QQFF == conconteúteúdo ddo de cae calor lor da cda carargaga
QQAA == conconteúteúdo de cdo de caloalor cedr cedido aido ao siso siste-te-
ma pelo ma pelo aquecedor aquecedor 
QQDD == conconteúteúdo ddo de cae calor lor da cda carargaga
QQWW == conconteúteúdo ddo de cae calor lor da cda carargaga
2.5 Destilação Fracionada2.5 Destilação Fracionada
A destilação fracionada é o tipo de desti-A destilação fracionada é o tipo de desti-
lação mais utilizada em indústrias de grandelação mais utilizada em indústrias de grande
 porte. Nos dois  porte. Nos dois tipos de destilaçãtipos de destilação abordadoso abordados
anteriormente, destilação em batelada e por anteriormente, destilação em batelada e por 
expansão brusca, a separação das diversasexpansão brusca, a separação das diversas
substâncias que compõem a mistura é substâncias que compõem a mistura é realiza-realiza-da de forma imperfeita ou incomplda de forma imperfeita ou incompleta. Na des-eta. Na des-
tilação fracionada, é possível a separação emtilação fracionada, é possível a separação em
várias frações, em uma mesma coluna, poisvárias frações, em uma mesma coluna, pois
 pode-se ter  pode-se ter temperaturas, vazões temperaturas, vazões e composi-e composi-
ções constantes em um dado ções constantes em um dado ponto da coluna.ponto da coluna.
A destilação fracionada é uma operaçãoA destilação fracionada é uma operação
de separação de misturas por intermédio dede separação de misturas por intermédio de
vaporizações e condensações sucessivas, que,vaporizações e condensações sucessivas, que,
aproveitando as diferentes volatilidades dasaproveitando as diferentes volatilidades das
substâncias, torna possível o enriquecimentosubstâncias, torna possível o enriquecimento
da parte vaporizada, com as substâncias maisda parte vaporizada, com as substâncias mais
voláteis. Estas vaporizações e condensaçõesvoláteis. Estas vaporizações e condensações
sucessivas são efetuadas em equipamentossucessivas são efetuadas em equipamentos
específicos, denominados de torres ou colu-específicos, denominados de torres ou colu-
nas de destilação.nas de destilação.
O processo, em linhas gerais, funcionaO processo, em linhas gerais, funciona
como esquematizado na figura a seguir:como esquematizado na figura a seguir:
  
Operações UnitáriasOperações Unitárias
1111
A mistura a ser destilada é introduzidaA mistura a ser destilada é introduzida
num ponto médio da coluna, ponnum ponto médio da coluna, ponto Fto F, denomi-, denomi-
nado ponto de alimentação. No seu interior, anado ponto de alimentação. No seu interior, a
mistura irá descer até atingir mistura irá descer até atingir a base da colunaa base da colunaonde encontrará aquecimento do refervedor.onde encontrará aquecimento do refervedor.
O refervedor, um trocador de calor aquecidoO refervedor, um trocador de calor aquecido
 por vapor d'água  por vapor d'água ou outra fonte térmicou outra fonte térmica qual-a qual-
quer, aquecerá a mistura até atingir sua tem-quer, aquecerá a mistura até atingir sua tem-
 peratura de  peratura de ebulição. Neste ebulição. Neste ponto, a ponto, a misturamistura
emitirá vapores que irão circular em sentidoemitirá vapores que irão circular em sentido
ascendente na coluna, em contracorrente comascendente na coluna, em contracorrente com
a mistura da alimentação da coluna. Os vapo-a mistura da alimentação da coluna. Os vapo-
res ascendentes atingirão o topo da coluna eres ascendentes atingirão o topo da coluna e
irão para um condensador, onde serão liqüe-irão para um condensador, onde serão liqüe-
feitos e deixarão a coluna como produto defeitos e deixarão a coluna como produto de
destilação, D. Na base da coluna, a mistura,destilação, D. Na base da coluna, a mistura,
isenta de componentes mais voláteis, deixa oisenta de componentes mais voláteis, deixa o
equipamento como produto residual, W.equipamento como produto residual, W.
O processo, resume-se, então, em alimen-O processo, resume-se, então, em alimen-
tar a coluna de destilação com a mistura quetar a coluna de destilação com a mistura que
se quer separar, F, no ponto médio da coluna; fa-se quer separar, F, no ponto médio da coluna; fa-
zer a circulação ascendente do vapor em contra-zer a circulação ascendente do vapor em contra-
corrente com o líquido corrente com o líquido descendente da coluna, comdescendente da coluna, com
remoção do destilado, D, no topo da torre e doremoção do destilado, D, no topo da torre e do
líquido residual, W, no fundo da coluna.líquido residual, W, no fundo da coluna.
A volatilidade relatA volatilidade relativa do produto a ser des-iva do produto a ser des-
tilado permite a separação dos componentestilado permite a separação dos componentes
mais voláteis, e o contato íntimo entre as fmais voláteis, e o contato íntimo entre as fasesases
líquida e vapor ao longo da coluna promove alíquida e vapor ao longo da coluna promove a
 perfe perfeita ita sepaseparaçãração o dos dos compocomponentenentes s desedesejadosjados..
Para melhorar a separação das frações de-Para melhorar a separação das frações de-
sejadas, utiliza-se o retorno de parte do sejadas, utiliza-se o retorno de parte do desti-desti-
lado, D, na forma de refluxo, Llado, D, na forma de refluxo, Loo, que enrique-, que enrique-ce o produto de topo da coluna, D, com pro-ce o produto de topo da coluna, D, com pro-
dutos mais voláteis, melhorando a pureza dodutos mais voláteis, melhorando a pureza do
 produto destilado, D produto destilado, D..
Como pode ser observado, neste processoComo pode ser observado, neste processo
não existem reações químicas, somente trocanão existem reações químicas, somente troca
térmica, devido ao refervedor de fundo e aotérmica, devido ao refervedor de fundo e ao
condensadocondensador de topo, e r de topo, e também troca de mas-também troca de mas-
sa entre o vapor ascendente e o líquido des-sa entre o vapor ascendente e o líquido des-
cendente no interior da coluna de destilação.cendente no interior da coluna de destilação.
2.5.1 Colunas de destilação ou de retificação2.5.1 Colunas de destilação ou de retificação
As colunas de destilação são constituídasAs colunas de destilação são constituídas
 por três partes e por três partes essenciais:ssenciais:
RefervedorRefervedor
É, geralmente, encontrado na base da co-É, geralmente, encontrado na base da co-
luna de destilação, conforme pode ser obser-luna de destilação, conforme pode ser obser-
vado na figura a seguir:vado na figura a seguir:
Sua finalidade é proceder o Sua finalidade é proceder o aquecimentoaquecimento
da base e, em da base e, em conseqüêncconseqüência, promover a eva-ia, promover a eva-
 poração dos  poração dos componentes mais componentes mais voláteis. Po-voláteis. Po-
dem ser construídos com dispositivosde aque-dem ser construídos com dispositivos de aque-
cimento com vapor d'água, por aquecimentocimento com vapor d'água, por aquecimento
com circulação de frações de óleos com circulação de frações de óleos quentes ou,quentes ou,
até mesmo, através de resistências elétricas.até mesmo, através de resistências elétricas.
Os vapores formados na base da coluna circu-Os vapores formados na base da coluna circu-
larão de forma ascendente. Parte destes serãolarão de forma ascendente. Parte destes serão
condensados ao longo do percurso na torre,condensados ao longo do percurso na torre,
retornando na forma líquida, permitindo, des-retornando na forma líquida, permitindo, des-
ta forma, um contato íntimo entre ta forma, um contato íntimo entre o vapor as-o vapor as-
cendente e o líquido cendente e o líquido descendente ao longo dadescendente ao longo da
torre. Dependendo do tipo de interno da colu-torre. Dependendo do tipo de interno da colu-
na, o contato entre a fase líquida e vapor po-na, o contato entre a fase líquida e vapor po-
derá atingir níveis que melhorarão as condi-derá atingir níveis que melhorarão as condi-
ções da separação desejada.ções da separação desejada.
 Na coluna de  Na coluna de destilação, os cdestilação, os componentesomponentes
mais pesados da mistura condensam emais pesados da mistura condensam e
retornam à base da coluna, de onde retornam à base da coluna, de onde são retira-são retira-
dos como líquido residual, W. Os componen-dos como líquido residual, W. Os componen-tes mais leves atingem o topo da coluna e sãotes mais leves atingem o topo da coluna e são
retirados como produto destilado, D, após pas-retirados como produto destilado, D, após pas-
sarem pelo condensador.sarem pelo condensador.
  
12 12 
Operações UnitáriasOperações Unitárias
CondensadorCondensador
Tem como finalidade proceder à conden-Tem como finalidade proceder à conden-
sação dos vapores leves que atingem o toposação dos vapores leves que atingem o topo
da coluna. Após a condensação, tem-se o da coluna. Após a condensação, tem-se o pro-pro-
duto destilado desejado, D, com a composi-duto destilado desejado, D, com a composi-
ção especificada.ção especificada.
O processo requer, portanto, dois troca-O processo requer, portanto, dois troca-
dores de calor, ambos de mudança de fase,dores de calor, ambos de mudança de fase,
refervedor procedendo a vaporização e orefervedor procedendo a vaporização e ocondensador efetuando a condensação dascondensador efetuando a condensação das
frações. Em alguns projetos, o refervedor frações. Em alguns projetos, o refervedor 
 poder poderá sá ser ser substitubstituído uído por por uma uma injeçinjeção ão de de va-va-
 por d por d'água 'água no fno fundo undo da cda coluna oluna de dde destilaestilação.ção.
Tipos de Torres de DestilaçãoTipos de Torres de Destilação
 Na coluna, há o contato entre as  Na coluna, há o contato entre as fases lí-fases lí-
quida e vapor. O quida e vapor. O problema resuproblema resume-se em con-me-se em con-
tato perfeito entre as fases, e conseqüentemen-tato perfeito entre as fases, e conseqüentemen-
te, a altura da torre deve ser adequada ao tipote, a altura da torre deve ser adequada ao tipo
de separação que se deseja. A cada misturade separação que se deseja. A cada mistura
corresponderá uma altura definida de coluna,corresponderá uma altura definida de coluna,
que poderá ser perfeitamente calculada para aque poderá ser perfeitamente calculada para a
separação desejada. Existem três tipos separação desejada. Existem três tipos conven-conven-
cionais de colunas de destilação: colunas comcionais de colunas de destilação: colunas com
 pratos  pratos e e borbulhadores, borbulhadores, colunas colunas com com pratospratos
 perfurado perfurados s e e colunas colunas com com recheiosrecheios. . TTodas odas fun-fun-
cionam com o mesmo princípio, ou seja, pro-cionam com o mesmo princípio, ou seja, pro-
mover de forma mais perfeita possível o con-mover de forma mais perfeita possível o con-
tato entre as fases líquido tato entre as fases líquido e vapore vapor..
Colunas com pratos e borbulhadoresColunas com pratos e borbulhadores
São as mais usuais e também podem ser São as mais usuais e também podem ser 
denominadas de “bandejas”. Colunas destedenominadas de “bandejas”. Colunas deste
tipo adotam pratos ou tipo adotam pratos ou bandejas superpostas ebandejas superpostas e
que variam em número e que variam em número e detalhes conforme adetalhes conforme a
mistura que se pretende destilar. Os pratos mistura que se pretende destilar. Os pratos sãosão
constituídos por borbulhadores, tubos de as-constituídos por borbulhadores, tubos de as-
censão e de retorno, censão e de retorno, conforme apresentado naconforme apresentado na
figura a seguir.figura a seguir.
Onde:Onde:
11 –– BBoorrbbuullhhaaddoor r 
22 –– TTuubbo o dde e aasscceennssããoo
33 –– TTuubbo o dde e rreettoorrnnoo
VV –– VVaappoor  r  
LL –– LLííqquuiiddoo
Os borbulhadores são dispositivos comOs borbulhadores são dispositivos com
formato cilíndrico, com aparência de um copoformato cilíndrico, com aparência de um copo
dotado de ranhuras laterais até certa altura,dotado de ranhuras laterais até certa altura,
conforme figura a conforme figura a seguirseguir..
Os borbulhadores são fixados sobre osOs borbulhadores são fixados sobre os
tubos de ascensão dos vapores e destinados àtubos de ascensão dos vapores e destinados à
circulação ascendente do vapor de um prato acirculação ascendente do vapor de um prato a
outro. Sobre cada tubo de outro. Sobre cada tubo de ascensão, encontra-ascensão, encontra-
se um borbulhador. O tubo de retorno temse um borbulhador. O tubo de retorno tem
como finalidade fazer o retorno, prato como finalidade fazer o retorno, prato a prato,a prato,
do excedente da fase líquida condensada so-do excedente da fase líquida condensada so-
 bre  bre o o prato. prato. Assim Assim sendo, sendo, existe existe sobre sobre cadacada
 prato  prato ou ou banbandejdeja, a, um um nívnível el de de líqulíquido ido conconstastantente,,
regulado pela altura do tubo de retorno, e queregulado pela altura do tubo de retorno, e que
deve corresponder ao nível do topo dos borbu-deve corresponder ao nível do topo dos borbu-
lhadores. Os borbulhadores são dispostos de tallhadores. Os borbulhadores são dispostos de tal
forma que fiquem na mesma altura do início doforma que fiquem na mesma altura do início do
tubo de retorno de líquido, a fim de que se ttubo de retorno de líquido, a fim de que se tenhaenha
uma ligeira imersão na camada líquida.uma ligeira imersão na camada líquida.
Os vapores devem circular em Os vapores devem circular em contracor-contracor-
rente com o líquido, ou melhor, de forma as-rente com o líquido, ou melhor, de forma as-
cendente, passando pelos tubos de ascensão,cendente, passando pelos tubos de ascensão,
 borbulhando através das ranhuras dos borbu borbulhando através das ranhuras dos borbu--
lhadores e condensando em parte nas bande-lhadores e condensando em parte nas bande-
 jas  jas e e parte parte retornando retornando à à bandeja bandeja imediatamen-imediatamen-
te inferior.te inferior.
Os tubos de retorno funcionam tambémOs tubos de retorno funcionam também
como selos hidráulicos, impedindo que o va-como selos hidráulicos, impedindo que o va-
 por circule através  por circule através deles.deles.
A figura a seguir ilustra bem o que foiA figura a seguir ilustra bem o que foi
comentado anteriormente:comentado anteriormente:
  
Operações UnitáriasOperações Unitárias
1313
Colunas com pratos perfuradosColunas com pratos perfurados
 Neste tipo de  Neste tipo de coluna, os pratos com coluna, os pratos com bor-bor-
 bulhadores são  bulhadores são substituídos por substituídos por pratos pratos dota-dota-
dos de perfurações, cujo diâmetro varia entredos de perfurações, cujo diâmetro varia entre
0,8 e 3 mm. O funcionamento é idêntico às0,8 e 3 mm. O funcionamento é idêntico às
colunas que utilizam pratos com borbulhado-colunas que utilizam pratos comborbulhado-
res. Geralmente, neste tipo de coluna, não exis-res. Geralmente, neste tipo de coluna, não exis-
te o tubo de retorno e os pratos ocupam toda ate o tubo de retorno e os pratos ocupam toda a
seção da coluna, porém existem projetos emseção da coluna, porém existem projetos em
que as colunas com pratos perfurados são do-que as colunas com pratos perfurados são do-tadas de tubo de retorno.tadas de tubo de retorno.
Colunas com RecheioColunas com Recheio
 Neste tipo de  Neste tipo de coluna, os coluna, os pratos ou pratos ou bande-bande-
 jas  jas são são substituídos substituídos por por corpos corpos sólidos sólidos comcom
formatos definidos. Estes corpos, denomina-formatos definidos. Estes corpos, denomina-
dos recheios, podem ser anéis do tdos recheios, podem ser anéis do tipo Rachig,ipo Rachig,
Pall, Lessing ou ainda selas do tipo Berl,Pall, Lessing ou ainda selas do tipo Berl,
Intalox e outros. Alguns destes recheios po-Intalox e outros. Alguns destes recheios po-
dem ser observados na figura dem ser observados na figura seguinte.seguinte.
A finalidade do recheio é provocar o A finalidade do recheio é provocar o con-con-
tato das fases tato das fases líquido-vaporlíquido-vapor. Os corpos . Os corpos do re-do re-
cheio devem ser de alta resistência à corrosão,cheio devem ser de alta resistência à corrosão,
razão pela qual são, geralmente, de cerâmicarazão pela qual são, geralmente, de cerâmica
ou de aço inoxidável. Dependendo da tempe-ou de aço inoxidável. Dependendo da tempe-
ratura do processo pode-se utilizar tambémratura do processo pode-se utilizar tambémrecheios plásticos de alta resistência.recheios plásticos de alta resistência.
As torres que utilizam recheios são muitoAs torres que utilizam recheios são muito
competitivas com as torres que contêm pratoscompetitivas com as torres que contêm pratos
com borbulhadores ou pratos perfurcom borbulhadores ou pratos perfurados e apre-ados e apre-
sentam ainda algumas vantagens, tais como:sentam ainda algumas vantagens, tais como:
1.1. geralmente são projetos mais econômi-geralmente são projetos mais econômi-
cos, por serem mais cos, por serem mais simplificados;simplificados;
2.2. apresentam pequena perda de carga;apresentam pequena perda de carga;
3.3. não estão sujeitas às formações de não estão sujeitas às formações de es-es-
 puma. puma.
Os recheios são disponibilizados em se-Os recheios são disponibilizados em se-
ções, sobre suportes de sustentação, o que im-ções, sobre suportes de sustentação, o que im-
 pede  pede uma uma compactação compactação e/ou e/ou uma duma descompac-escompac-tação localizada, que formaria caminhos pre-tação localizada, que formaria caminhos pre-
ferenciais ao longo da ferenciais ao longo da coluna.coluna.
O tamanho dos elementos dos recheios,O tamanho dos elementos dos recheios,
geralmente, variam entre 0,5 e 8 cm.geralmente, variam entre 0,5 e 8 cm.
2.5.2.5.22 SeçõSeções de uma es de uma ColuColuna de dena de destilstilaçãoação
Como visto anteriormente, em uma colu-Como visto anteriormente, em uma colu-
na de destilação, o vapor da mistura na de destilação, o vapor da mistura que sai deque sai de
um prato atravessa o líquido do prato superior,um prato atravessa o líquido do prato superior,
deixando seus componentes menos voláteis.deixando seus componentes menos voláteis.
O calor liberado pela condensação destes com-O calor liberado pela condensação destes com-
 ponentes vaporiza, então ponentes vaporiza, então, os compostos mais, os compostos mais
voláteis do líquido contido voláteis do líquido contido no prato superior.no prato superior.
Existe, portanto, uma troca de calor e massaExiste, portanto, uma troca de calor e massaao longo das bandejas da torre e ao longo das bandejas da torre e nota-se que, ànota-se que, à
medida que se sobe na coluna, os vapores tor-medida que se sobe na coluna, os vapores tor-
nam-se mais voláteis (mais leves) e, nam-se mais voláteis (mais leves) e, à medidaà medida
que se desce na coluna, os que se desce na coluna, os líquidos tornam-selíquidos tornam-se
menos voláteis (mais menos voláteis (mais pesados).pesados).
Seção de enriquecimento ou absorçãoSeção de enriquecimento ou absorção
É a parte da coluna compreendida entre oÉ a parte da coluna compreendida entre o
 prato de entrada da carga e o topo da coluna. prato de entrada da carga e o topo da coluna.
 Nesta  Nesta seção, são seção, são concentradas as concentradas as frações frações ouou
substâncias mais leves (mais voláteis), ou seja,substâncias mais leves (mais voláteis), ou seja,
em todos os pratos acima do prato de alimen-em todos os pratos acima do prato de alimen-
tação, a percentagem de compostos mais le-tação, a percentagem de compostos mais le-
ves é maior do que na carga. As substânciasves é maior do que na carga. As substânciasmais pesadas são removidas dos vapores quemais pesadas são removidas dos vapores que
ascendem, pelo refluxo interno de líquido queascendem, pelo refluxo interno de líquido que
desce pelo interior da torre, líquido que tam-desce pelo interior da torre, líquido que tam-
 bém é denomina bém é denominado como refluxo indo como refluxo interno.terno.
Seção de esgotamentoSeção de esgotamento
É a parte da coluna compreendida entre oÉ a parte da coluna compreendida entre o
 prato de  prato de entrada dentrada da caa carga rga e o e o fundo fundo da coda coluna.luna.
 Nesta  Nesta seção seção são são concentradas concentradas as as frações frações ouou
substâncias mais pesadas (menos voláteis)substâncias mais pesadas (menos voláteis), ou, ou
seja, em todos os pratos abaixo do prato deseja, em todos os pratos abaixo do prato de
alimentação, a percentagem de compostosalimentação, a percentagem de compostos
mais pesados é maior do que na carga. Os com-mais pesados é maior do que na carga. Os com-
 ponentes  ponentes ou sou substâncias ubstâncias mais pmais pesadas, esadas, são são re-re-movidos dos vapores que ascendem, pelo re-movidos dos vapores que ascendem, pelo re-
fluxo de líquido que desce pelo interior da tor-fluxo de líquido que desce pelo interior da tor-
re, também denominado de refluxo interno.re, também denominado de refluxo interno.
  
1414
Operações UnitáriasOperações Unitárias
2.5.3 Balanço Material2.5.3 Balanço Material
 Neste processo, o  Neste processo, o balanço material deve-balanço material deve-
rá ser realizado nas várias seções da coluna,rá ser realizado nas várias seções da coluna,
conforme figura a seguir:conforme figura a seguir:
Em que:Em que:
VV == vvazazãão mo másásssicica da do vo vaapopor dr de te topopoo
DD == vvazazãão mo másásssicica da do po proroduduto to dde te topopoo
LL == vvazazãão mo másássisicca da do ro reeflfluuxo xo eextxterernnoo
FF == vvaazzãão o mmáássssiicca a dda a ccaarrggaa
WW == vavazãzão mo másássisica ca do do prprododututo do de fe funundodo
VVmm == vazãvazão másso mássica de ica de vapovapor na seçr na seçãoão
de absorçãode absorção
VVnn == vazãvazão másso mássica de ica de vapovapor na seçr na seçãoão
de esgotamentode esgotamento
LLmm == vazãvazão mássio mássica de líqca de líquido na suido na seçãoeção
de absorção (refluxo interno)de absorção (refluxo interno)
LLnn == vazãvazão mássio mássica de líqca de líquido na suido na seçãoeção
de esgotamento (refluxo interno)de esgotamento (refluxo interno)
QQCC == calocalor retiradr retirado pelo co pelo condeondensadnsador or 
QQR R  == calocalor introdr introduzido uzido pelo rpelo referveefervedor dor 
qqFF == calcalor coor contintido na cado na cargarga
qqDD == calocalor contir contido no pdo no produto roduto de topde topoo
qqWW == calocalor contir contido no pdo no produtroduto de fuo de fundondo
  
Operações UnitáriasOperações Unitárias
15 15 
Os principais balanços materiais para esteOs principais balanços materiais para este
 processo são: processo são:
 Na envoltória  Na envoltória I:I:
F = D + WF = D + W
 Na envoltória  Na envoltória II:II:
VVmm = L = Lmm + D + D
 Na en Na envoltória III:voltória III:
LLnn = V = Vnn + W + W
 Nocondensa No condensador:dor:
V = L + DV = L + D
2.5.4 Balanço Térmico2.5.4 Balanço Térmico
Os principais balanços materiais para esteOs principais balanços materiais para este
 processo são: processo são:
Balanço Térmico GlobalBalanço Térmico Global
F . qF . qFF + Q+ Qr r  = D . q = D . qDD + W . q + W . qWW + Q+ QCC (1)(1)
Como é possível observar na expressãoComo é possível observar na expressão
(1), o calor retirado do condensador,(1), o calor retirado do condensador, QQCC, de-, de-
 pende  pende do do calor calor introduzido introduzido no no sistema sistema pelopelo
refervedor,refervedor, QQrr, uma vez que os demais termos, uma vez que os demais termos
da expressão são fixados por projeto.da expressão são fixados por projeto.
Balanço térmico no condensadorBalanço térmico no condensador
V . qV . qVV = L . q = L . qLL + D . q + D . qDD + Q + QCC (2)(2)
Sabe-se que,Sabe-se que, qqLL = q = qDD e e  V V = = L L + + DD, por-, por-
tanto a equação (2) pode ser reescrita comotanto a equação (2) pode ser reescrita como
uma nova expressão:uma nova expressão:
(L + D) . q(L + D) . qVV   = = L L . q. qLL + D . q + D . qLL + Q + QCC  ®®
(L + D) . q(L + D) . qVV   = (L = (L + D) + D) . q. qLL + Q + QCC
(L + D) . q(L + D) . qVV   – (L – (L + D) + D) . q. qLL = Q = QCC   ®®
(L + D) . (q(L + D) . (qVV – q – qLL) = Q) = QCC
(L + D) = Q(L + D) = QCC / (q / (qVV – q – qLL))
(q(qVV –  – qqLL)) = Calor de condensação do vapor de= Calor de condensação do vapor de
topo da coluna de destilação.topo da coluna de destilação.
2.5.5 Influência das principais variáveis na2.5.5 Influência das principais variáveis na
destilação fracionadadestilação fracionada
 A figura a seguir será utilizada para que A figura a seguir será utilizada para que possam ser  possam ser feitas as feitas as observações necessáriasobservações necessárias
sobre a influência das principais variáveis quesobre a influência das principais variáveis que
ocorrem neste tipo de processo.ocorrem neste tipo de processo.
Razão de RefluxoRazão de Refluxo
 Nas  Nas torretorres s de de desdestilaçtilação ão fracfracionaionada da exisexistemtem
dois tipos de refluxo, externo e o interno, quedois tipos de refluxo, externo e o interno, que
geram, desta forma, as razões de refluxo geram, desta forma, as razões de refluxo exter-exter-
na e interna. A razão de refluxo interna aconte-na e interna. A razão de refluxo interna aconte-
ce tanto na região de absorção, quanto na re-ce tanto na região de absorção, quanto na re-
gião de esgotamento. As gião de esgotamento. As seguintes expressõesseguintes expressões
 pode podem ser m ser escriescritas ptas para aara as razs razões dões de refle refluxo:uxo:
Razão de refluxo externoRazão de refluxo externo::
R R ee = ( L/D) = ( L/D)
Razão de refluxo internaRazão de refluxo interna::
 Na seção de absorção: Na seção de absorção:
(R (R ii))absabs = ( L = ( Lmm / V / Vmm ) )
 Na seção d Na seção de esgotamento:e esgotamento:
(R (R ii))esgesg = (  = ( VVnn / L / Lnn ) )
O grau de fracionamento que acontece emO grau de fracionamento que acontece em
uma coluna de destilação é determinado pelasuma coluna de destilação é determinado pelas
razões de refluxo interna na torre, que por suarazões de refluxo interna na torre, que por sua
vez são geradas a partir da carga e do refluxovez são geradas a partir da carga e do refluxo
externo à torre de destilação, ou seja, o reflu-externo à torre de destilação, ou seja, o reflu-
xo interno na xo interno na seção de absorção,seção de absorção, LLmm, é gerado, é gerado
 pelo refluxo externo, pelo refluxo externo, LL, enquanto que na se-, enquanto que na se-
ção de esgotamento, Lção de esgotamento, Lnn, é gerado pelo refluxo, é gerado pelo refluxo
internointerno LLmm mais a carga mais a carga FF..
 Na se Na seção dção de enrique enriquecimento ecimento ou abou absorção,sorção,
quanto mais líquidoquanto mais líquido LLmm  descer na torre por   descer na torre por 
unidade de massa de vapor que sobe, tantounidade de massa de vapor que sobe, tanto
melhor será a separação, pois, nesta seção, amelhor será a separação, pois, nesta seção, a
finalidade é reter os compostos pesados (me-finalidade é reter os compostos pesados (me-
nos voláteis) contidos nos vapores. Quantonos voláteis) contidos nos vapores. Quantomaior a razão (maior a razão (LLmm/V/Vmm), tanto melhor será, en-), tanto melhor será, en-
tão, o fracionamento nesta região da torre detão, o fracionamento nesta região da torre de
destilação.destilação.
  
16 16 
Operações UnitáriasOperações Unitárias
 Na seção de esgota Na seção de esgotamentmento, tem-so, tem-se o e o con-con-
trário da seção de absorção, quanto mais va-trário da seção de absorção, quanto mais va-
 por  por subisubir r na na tortorre re por por unidunidade ade de de massa massa dede
líquido que desce, melhor será a separaçãolíquido que desce, melhor será a separação
nesta seção da torre, já que a finalidade, nes-nesta seção da torre, já que a finalidade, nes-
ta região, é a remoção dos compostos levesta região, é a remoção dos compostos leves
(mais voláteis) do líquido que desce pela(mais voláteis) do líquido que desce pela
torre. Portanto, na seção de esgotamento,torre. Portanto, na seção de esgotamento,
também denominada de stripping, quantotambém denominada de stripping, quanto
maior a razão (maior a razão (VVnn / L/ Lnn), melhor será o fracio-), melhor será o fracio-namento.namento.
Resumindo, pode-se afirmar que, para umaResumindo, pode-se afirmar que, para uma
determinada coluna, o grau de determinada coluna, o grau de fracionamentofracionamento
é tanto maior quanto maior for a razão de re-é tanto maior quanto maior for a razão de re-
fluxo interna.fluxo interna.
Razão de Refluxo Versus número de pratos daRazão de Refluxo Versus número de pratos da
ColunaColuna
Existe uma relação entre o número de pra-Existe uma relação entre o número de pra-
tos ou bandejas de uma coluna de destilação etos ou bandejas de uma coluna de destilação e
a razão de refluxo interna ou externa destea razão de refluxo interna ou externa deste
equipamento.equipamento.
Quanto menor for o número de pratos ouQuanto menor for o número de pratos ou
 bandejas de u bandejas de uma coluna, pior será sma coluna, pior será seu fracio-eu fracio-namento. Podem ser construídas torres comnamento. Podem ser construídas torres com
grande número de pratos para operarem comgrande número de pratos para operarem com
 pequena  pequena razão razão de rede refluxo intefluxo interna, arna, assim ssim comocomo
torres com pequeno número de pratos e razõestorres com pequeno número de pratos e razões
de refluxo interno elevadas, para uma cargade refluxo interno elevadas, para uma carga
com as mesmas características.com as mesmas características.
Tendo em vista a relação anteriormenteTendo em vista a relação anteriormente
descrita, a condição de refluxo ou razão dedescrita, a condição de refluxo ou razão de
refluxo mínimo corresponderá a uma colunarefluxo mínimo corresponderá a uma coluna
com um número infinito de pratos para quecom um número infinito de pratos para que
seja atingido o fracionamento desejado, assimseja atingido o fracionamento desejado, assim
como a condição de refluxo ou rcomo a condição de refluxo ou razão de reflu-azão de reflu-
xo total corresponderá a uma coluna com umxo total corresponderá a uma coluna com um
número mínimo de pratos para que o fracio-número mínimo de pratos para que o fracio-namento desejado seja atingido. Nenhumanamento desejado seja atingido. Nenhuma
destas condições é satisfatória, uma vez quedestas condições é satisfatória, uma vez que
uma torre com número de pratos infinito é umuma torre com número de pratos infinito é um
 projeto totalmente inviável ec projeto totalmente inviável economicamente,onomicamente,
 bem  bem como como a a construção construção de de uma uma coluna coluna queque
não produza, pois para o refluxo total não senão produza, pois para o refluxo total não se
tem retirada de produtos, como pode ser veri-tem retirada deprodutos, como pode ser veri-
ficado pelo cálculo abaixo:ficado pelo cálculo abaixo:
 Na seç Na seção de ão de absorção, absorção, o seguo seguinte balançointe balanço
material é observado:material é observado:
VVmm = L = Lmm + D + D
LLmm = V = Vmm – D – D
Dividindo-se os dois termos da equaçãoDividindo-se os dois termos da equação por Vm, tem-se q por Vm, tem-se que:ue:
(L(Lmm / V / Vmm) = 1 – (D/V) = 1 – (D/Vmm))
Quando ocorrer refluxo total, então D = Quando ocorrer refluxo total, então D = 0,0,
logo:logo:
(L(Lmm / V / Vmm) = 1) = 1 ®® Lm = V Lm = Vmm, ou seja, a quan-, ou seja, a quan-
tidade de líquido que desce na seção de absor-tidade de líquido que desce na seção de absor-
ção é igual à quantidade de vapor que sobeção é igual à quantidade de vapor que sobe
nesta seção, não havendo, portanto, produção.nesta seção, não havendo, portanto, produção.
 Na  Na seção seção de de esgotamento, esgotamento, observa-se observa-se oo
seguinte balanço material:seguinte balanço material:
LL
nn
 = V = V
nn
 + W + W
VVnn = L = Lnn – W – W
Dividindo-se os dois termos da equaçãoDividindo-se os dois termos da equação
 por L por Lnn, obtém-se que:, obtém-se que:
(V(Vnn / Ln) = 1 – (W/ L / Ln) = 1 – (W/ Lnn))
 No caso da  No caso da seção de esseção de esgotamento, todo ogotamento, todo o
líquido residual será vaporilíquido residual será vaporizado no refervedor,zado no refervedor,
então W = 0, então:então W = 0, então:
(V(Vnn / L / Lnn) = 1) = 1 ®® V Vnn = L = Lnn, isto é, a quantida-, isto é, a quantida-
de de vapor que sobe de de vapor que sobe na seção de esgotamen-na seção de esgotamen-
to é igual à quantidade de líquido que por elato é igual à quantidade de líquido que por ela
desce e não há desce e não há produção.produção.
Quando a coluna é operada, portanto, emQuando a coluna é operada, portanto, emrefluxo total, o fracionamento é praticamenterefluxo total, o fracionamento é praticamente
 perfe perfeito, poréito, porém o gasto com enem o gasto com energia é muitorgia é muito
elevado e não há produção na coluna, o queelevado e não há produção na coluna, o que
torna o processo economicamente inviável.torna o processo economicamente inviável.
A relação entre o número de pratos ou es-A relação entre o número de pratos ou es-
tágios e a razão de tágios e a razão de refluxo pode ser observadarefluxo pode ser observada
no gráfico a seguir:no gráfico a seguir:
A razão de refluxo interna mínima é aquelaA razão de refluxo interna mínima é aquela
que corresponde a um refluxo externo, L, mí-que corresponde a um refluxo externo, L, mí-
nimo, por conseqüente, os projetos de nimo, por conseqüente, os projetos de colunascolunas
de destilação são concebidos prevendo-se,de destilação são concebidos prevendo-se,
geralmente, um refluxo externo com valoresgeralmente, um refluxo externo com valores
que variam entre 1,5 a 2 vezes o valor da ra-que variam entre 1,5 a 2 vezes o valor da ra-
zão de refluxo mínima. Este valor é denomi-zão de refluxo mínima. Este valor é denomi-
nado razão de refluxo operacional, RR oper,nado razão de refluxo operacional, RR oper,
como pode ser observado no gráfico como pode ser observado no gráfico anterior.anterior.
2.6 Fatores que influenciam as principais2.6 Fatores que influenciam as principais
variáveis na destilação fracionadavariáveis na destilação fracionada2.6.1 Propriedades da carga2.6.1 Propriedades da carga
Como cada carga a ser processada podeComo cada carga a ser processada pode
exibir uma característica, pois as proporçõesexibir uma característica, pois as proporções
  
Operações UnitáriasOperações Unitárias
17 17 
entre os componentes a serem separados po-entre os componentes a serem separados po-
dem ser diferentes, haverá, então, uma razãodem ser diferentes, haverá, então, uma razão
de refluxo para cada de refluxo para cada carga a ser processada. Acarga a ser processada. A
diferença de volatilidade entre os componen-diferença de volatilidade entre os componen-
tes da carga, de uma tes da carga, de uma torre de destilação fracio-torre de destilação fracio-
nada, exerce grande influência sobre as variá-nada, exerce grande influência sobre as variá-
veis citadas. Como exemplo, pode-se citar aveis citadas. Como exemplo, pode-se citar a
comparação entre a separação de uma micomparação entre a separação de uma misturastura
contendo 50% de etano e 50% de eteno decontendo 50% de etano e 50% de eteno de
outra contendo 50% de hexano e 50% de eteno.outra contendo 50% de hexano e 50% de eteno. No primeiro cas No primeiro caso, a seo, a separação enparação entre o etano tre o etano ee
o eteno requer tanto uma o eteno requer tanto uma quantidade de reflu-quantidade de reflu-
xo, bem como uma quantidade de estágiosxo, bem como uma quantidade de estágios
(pratos) na coluna muito maiores do (pratos) na coluna muito maiores do que na daque na da
separação da mistura entrseparação da mistura entre o hexano e o e o hexano e o eteno,eteno,
 pois  pois estes estes dois dois últimos últimos compostos compostos possuempossuem
grande diferença de volatilidade.grande diferença de volatilidade.
2.6.2 Eficiência dos dispositivos de separação2.6.2 Eficiência dos dispositivos de separação
das torres (Pratos)das torres (Pratos)
Como mencionado, o componente ouComo mencionado, o componente ou
substância que vaporiza a partir do líquido desubstância que vaporiza a partir do líquido de
um determinado prato da coluna é mais volá-um determinado prato da coluna é mais volá-
til que os componentes contidos no líquidotil que os componentes contidos no líquido
deste prato, e ainda que este vapor esteja emdeste prato, e ainda que este vapor esteja em
equilíbrio com o líquido do prato, o númeroequilíbrio com o líquido do prato, o número
de moléculas que abandona a fase líquida parade moléculas que abandona a fase líquida para
a fase vapor é igual ao número de moléculasa fase vapor é igual ao número de moléculas
que voltam da fase vapor para a fase líquida – que voltam da fase vapor para a fase líquida – 
 princípio do equ princípio do equilíbrio. Para que o ilíbrio. Para que o equilíbrio,equilíbrio,
seja atingido é necessário um certo tempo deseja atingido é necessário um certo tempo de
contato entre as fases. No caso do prato oucontato entre as fases. No caso do prato ou
 bandeja de uma torre de destilação bandeja de uma torre de destilação, este tem-, este tem-
 po  po depende depende dos dos detalhes detalhes construtivos construtivos destadesta
 bandeja:  bandeja: quanto quanto mais mais alto alto o o líquido líquido contidocontido
neste prato ou bandeja, maior será o tempo deneste prato ou bandeja, maior será o tempo de
contato entre as fases, pois o líquido perma-contato entre as fases, pois o líquido perma-
necerá mais tempo no necerá mais tempo no prato, e, em consequên-prato, e, em consequên-
cia o vapor gastará mais tempo para atravessá-cia o vapor gastará mais tempo para atravessá-
lo. O prato que conserva um maior nível delo. O prato que conserva um maior nível de
líquido é aquele que mais se aproxima do equi-líquido é aquele que mais se aproxima do equi-
líbrio entre as fases lílíbrio entre as fases líquido-vapor e, por isso,quido-vapor e, por isso,
é denominado de “prato ideal”. O prato é denominado de “prato ideal”. O prato idealideal
é o dispositivo que permite o maior enriqueci-é o dispositivo que permite o maior enriqueci-
mento em componentes mais voláteis do va-mento em componentes mais voláteis do va-
 por que penetra  por que penetra no líquido deste no líquido deste prato.prato.
A eficiência de um prato de uma colunaA eficiência de um prato de uma coluna
de destilação fracionada poderá ser quantifi-de destilação fracionada poderá ser quantifi-
cada pelo enriquecimento de componentescada pelo enriquecimento de componentes
mais voláteis no líquido deste prato, que nomais voláteis no líquido deste prato, que no
caso do prato ideal é de 100%. O valor per-caso do prato ideal é de 100%. O valor per-
centual da eficiência de um prato real, em umacentual da eficiência