teorico (4)

Prévia do material em texto

Operações Unitárias 
em Farmácia
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Paulo Cezar Frangiosa
Revisão Textual:
Esp. Aline Gonçalves da Silva
Operações Unitárias Específi cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Operações Unitárias Específicas: 
Destilação, Evaporação, Cristalização, 
Secagem, Agitação e Mistura
• Abordar o processo de destilação, bem como sua classi�cação quanto ao processo de produ-
ção e os métodos mais utilizados; 
• Compreender as operações de destilação simples, sob pressão reduzida, fracionada, por ar-
raste de vapor e azeotrópica, envolvendo misturas sólido-gás, sólido-líquido e sólido-sólido;
• Discutir as operações unitárias de evaporação, cristalização e secagem, suas particularida-
des e seus equipamentos;
• Estudar os sistemas de agitação, os tipos de agitadores e seu dimensionamento.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO 
• Operações Unitárias: Destilação;
• Operações Unitárias: Evaporação;
• Operações Unitárias: Cristalização;
• Operações Unitárias: Secagem;
• Operações Unitárias: Agitação e Mistura.
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Operações Unitárias: Destilação
As operações unitárias englobam métodos de preparação e processamento de deter-
minada matéria-prima, com o objetivo de modificá-la para a obtenção de um produto 
final útil. Nesse contexto, a compreensão dos processos de separação e purificação, 
envolvendo transferência de calor, utilizados pelas indústrias química e petroquímica, é 
de fundamental importância. 
A destilação é uma importante operação unitária das indústrias petrolíferas e quími-
cas, e visa à separação e/ou purificação de substâncias a partir do aquecimento de uma 
mistura de substâncias, até se atingir a temperatura de ebulição de um dos constituintes. 
Assim, a separação só é possível se os componentes apresentarem pontos de ebulição 
distintos. 
Barbosa (2015) nos ensina que:
A diferença de composição química entre as substâncias em equilíbrio, nas fases 
líquida e vapor, constitui a base do processo de destilação.
Se o processo de produção for contínuo, a coluna de destilação é alimentada continu-
amente, sendo utilizada para grandes vazões; no processo descontínuo (ou à batelada), 
por outro lado, a coluna de destilação é alimentada de modo intermitente, sendo utiliza-
da quando se deseja separar pequenas quantidades.
Destilação Simples à Pressão Normal
É empregada somente para misturas cujos componentes apresentam pontos de ebu-
lição com temperaturas bem distintas, ou para misturas contendo apenas um compo-
nente volátil. A Figura 1 mostra um equipamento de laboratório químico onde a mistura 
é aquecida gradualmente, com bico de Bunsen, até atingir o ponto de ebulição da subs-
tância a ser separada que, após sofrer condensação (condensador resfriado com água), 
é recolhida no Erlenmeyer coletor.
Figura 1 – Aparelhagem de laboratório para destilação simples
Fonte: educacao.massaranduba.org
8
9
As partes de um alambique (Figura 2) são muito parecidas, tanto na ordem quanto na 
funcionalidade, àquelas que acabamos de estudar para uma destilação simples feita em 
laboratório químico: a fornalha equivale ao bico de Bunsen; o tacho de aquecimento, ao 
balão de fundo redondo; a serpentina de resfriamento, ao condensador; e o recipiente 
coletor da cachaça, ao Erlenmeyer.
O processo de produção da cachaça artesanal é uma verdadeira obra de arte: ciência, 
arte, paixão e sabedoria unem-se para que o alambiqueiro produza sua cachaça com 
características exclusivas, cujas fórmulas são secretas, transmitidas de pai para filho. 
Cinco espécies de cana-de-açúcar (com variação de teores de açúcar) são utilizadas 
como matéria-prima e, após moagem, são separados o caldo do bagaço (que será usado 
para aquecer as fornalhas do alambique). O caldo da cana é decantado, filtrado, adicio-
nado com nutrientes e levado às dornas de fermentação. O mosto fermentado (vinho) é 
então destilado, dando origem à cachaça. 
Figura 2 – Cachaça Artesanal. (a) Esquema de Produção; (b) Alambique
Fontes: Adaptada de Getty Images e pirhua.udep.edu.pe
O vinho é aquecido dentro de um alambique de cobre, produzindo vapores que, após 
condensação, apresentam quantidade de álcool etílico: a primeira fração da destilação 
(cachaça de cabeça), que corresponde a 5% a 10% do total destilado, é descartada; a se-
gunda fração (cachaça do coração) é a que será consumida e corresponde a 75% a 85% 
do total do produto destilado; o resíduo (cachaça de cauda, ou “água fraca”) também é 
descartado. Após filtração, a cachaça é envelhecida em barris de madeira, onde ainda 
acontecem reações químicas. 
Você Sabia?
A cachaça artesanal não permite o uso de aditivos químicos. Assim, água potável, 
fubá de milho e farelo de arroz são os ingredientes adicionados ao caldo da cana para 
transformá-lo em vinho, com graduação alcoólica, por meio da ação das leveduras. O 
envelhecimento da cachaça é feito em barris de madeiras neutras, como o jequitibá e 
o amendoim, que não alteram a cor nem o aroma da cachaça. Os destilados com tom 
amarelado e aromas diferenciados são resultado dos barris de carvalho, umburana, ce-
dro ou bálsamo, originam cachaças mais ou menos suaves, adocicadas e/ou perfumadas, 
a depender, também, do tempo de envelhecimento.
9
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Destilação Simples à Pressão Reduzida
Quando o objetivo é facilitar a evaporação dos componentes da mistura, emprega-se 
a destilação simples à pressão reduzida: na aparelhagem, acrescenta-se uma bomba a 
vácuo ligada ao sistema. Essa técnica é adequada tanto para purificar substâncias que se 
decompõem em temperaturas abaixo de seu ponto de ebulição quanto para aquelas com 
ponto de ebulição muito elevado. 
Destilação Fracionada
Utilizada quando os componentes da mistura apresentam pontos de ebulição pró-
ximos, a destilação fracionada assegura a pureza da fração que se deseja separar, ao 
criar condições para que apenas a substância de interesse continue na fase de vapor que 
entrará no condensador. Uma coluna de fracionamento, como mostrada no sistema da 
Figura 3, garante que as demais substâncias – que seriam arrastadas na destilação sim-
ples – retornem para a fase líquida. 
Figura 3 – Aparelhagem de destilação fracionada de laboratório
Fonte: Getty Images
As “pontas” (ou reentrâncias) presentes no interior da coluna de destilação fraciona-
da são as responsáveis pelo trabalho de separação das substâncias presentes, atuando 
como “barreiras” à passagem dos materiais menos voláteis: o vapor do líquido menos 
volátil condensa-se com maior facilidade em contato com as paredes frias da coluna, re-
tornando ao balão redondo. O resultado dessas evaporações e condensações sucessivas 
é que o líquido mais volátil é completamente destilado (Figura 4).
10
11
Figura 4 – Frações: evaporações e condensações sucessivas
Fonte: Wikimedia Commons
Você sabia?
A destilação fracionada é uma operação comum nas refinarias de petróleo. O ponto de 
partida para o processo de refino de petróleo é uma coluna de destilação fracionada. Nas 
refinarias de petróleo, há a produção de GLP, gasolina, querosene, diesel, óleo combus-
tível, entre outros.
Figura 5 – Torres industriais de destilação fracionada
Fonte: Wikimedia Commons
11
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Destilação por Arraste de Vapor
O processo de destilação a vapor, em nível de laboratório, está ilustrado na Figura 6: 
a matéria-prima é colocada em um recipiente com um pouco de água (etapa 1); o balão 
de destilação recebe uma porção de água aquecida até que se forme vapor (etapa 2); 
esse vapor circula através do material a ser extraído, liberando o produto de interesse 
(o óleo essencial, por exemplo) (etapa 3); o material volátil extraído evapora juntamente 
com a águae, nesse estado de pouca densidade, segue para uma coluna conhecida 
como cabeça de Claisen (parte superior do destilador, etapa 4); o vapor segue, então, 
para um condensador, onde ocorre o processo de resfriamento (etapa 5); o produto 
condensado segue para um recipiente coletor, que repousa em água fria (etapa 6). Por 
serem insolúveis em água, os óleos essenciais são facilmente separados do hidrolato.
Figura 6 – Destilação por arraste de vapor em escala de laboratório
Fonte: vidadequalidade.org
Se o objetivo for a obtenção de um óleo ainda mais puro, repete-se todo o processo 
de destilação, colocando-se no destilador apenas o óleo essencial obtido inicialmente. 
Figura 7 – Destilação por arraste de vapor em escala industrial
Fonte: Reprodução
12
13
Esse processo de extração foi criado pelo químico persa Ibn Sina, conhecido como Avicena 
(980-1037). Ele extraiu o óleo essencial de rosas e elaborou a água-de-rosas, feita com Rosa 
centifolia, na época da Europa das Cruzadas. O método da destilação por arraste a vapor 
possibilita a obtenção do óleo essencial de diversas partes da planta: folhas, sementes, ra-
mos, caule, rizoma etc. Esses óleos essenciais possuem como constituintes ésteres, éteres, 
álcoois, fenóis, aldeídos, cetonas e hidrocarbonetos aromáticos.
Destilação Azeotrópica
Como o próprio nome sugere, a destilação azeotrópica é empregada quando se de-
seja separar componentes de uma mistura azeotrópica, cuja característica é a de possuir 
ponto de ebulição fixo (ainda que seja formada por substâncias com diferentes pontos 
de ebulição). Mais complexa, essa destilação envolve uma sequência de etapas, devendo 
ser adicionado à mistura original (A + B) um componente de arraste (C), obtendo-se 
uma nova mistura azeotrópica com duas fases liquidas (mistura heterogênea). A Figura 8 
ilustra o que foi dito. Na saída da coluna de destilação “1”, a mistura azeotrópica com o 
menor ponto de ebulição (A + C) e o componente (B) são obtidos; na coluna “2” ocorre 
a remoção do componente de arraste (C).
B C
A
A+C
A+B
A+B+C
1 2
Figura 8 – Esquema de destilação azeotrópica
Fonte: Adaptada de BARBOSA, 2015, p. 82
Importante
Mistura azeotrópica é uma mistura homogênea que se comporta como se fosse pura. 
Como exemplo clássico temos a mistura de álcool etílico (95,5%) com 4,5% de água. A 
temperatura de ebulição se mantém igual à do álcool etílico puro, ou seja, 78,1 °C.
13
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Figura 9 – Destilação azeotrópica piloto
Fonte: Wikimedia Commons
Indústria do Petróleo 
De acordo com a American Society for Testing and Materials (ASTM): 
O petróleo é uma mistura de ocorrência natural, consistindo predominantemente de 
hidrocarbonetos e derivados orgânicos sulfurados, nitrogenados e/ou oxigenados, o 
qual é, ou pode ser removido da terra no estado líquido.
Mistura inflamável de coloração entre amarela e preta, o petróleo é encontrado nas 
rochas de bacias sedimentares, sendo originado da decomposição da matéria orgânica 
depositada no fundo de mares e lagos, que vêm sofrendo transformações químicas ao 
longo do tempo, influenciadas pela temperatura, pressão, pouca oxigenação e presença 
de bactérias.
Composição do Petróleo 
O petróleo bruto apresenta uma composição centesimal quase invariável, sendo que 
os hidrocarbonetos correspondem a cerca de 80% de sua composição. A composição 
elementar média do petróleo é apresentada no Quadro 1: 
Quadro 1 – Composição elementar do petróleo
Carbono 83,9 a 86,8
Hidrogênio 11,4 a 14,0
Enxofre 0,06 a 9,00
Nitrogênio 0,11 a 1,70
14
15
Oxigênio 0,50
Metais (Fe, Ni, V etc.) 0,30
Fonte: Adaptado de BARBOSA, 2015, p. 85
Os hidrocarbonetos podem conter desde um até sessenta átomos de carbono na 
estrutura, saturados ou insaturados, lineares ou ramificados, alifáticos, cíclicos ou aro-
máticos. As olefinas (hidrocarbonetos com ligações duplas em cadeias abertas) não são 
encontradas no petróleo bruto, originando-se nos processos físico-químicos de refino 
(como o craqueamento). As estruturas naftê nicas que predominam no petróleo corres-
pondem aos derivados do ciclopentano e do cicloexano. 
As frações de petróleo referentes à nafta apresentam uma pequena proporção de 
compostos aromáticos de baixo peso molecular (benzeno, tolueno e xileno). Os deriva-
dos intermediários (querosene e gasóleo) contêm compostos aromáticos com ramifica-
ções na forma de cadeias parafínicas substituintes. 
Exploração do Petróleo 
O petróleo é encontrado em equilíbrio com excesso de gás natural, água e impurezas, 
contendo gás dissolvido e água emulsionada. Após comprovação da existência de petró-
leo, o poço é perfurado e preparado para produção, sendo levados em consideração os 
fatores de maximização da produção e valor econômico (lucro).
Na exploração do mar, o petróleo é extraído da rocha matriz de um campo subma-
rino, por meio de poços perfurados no solo; em reservas terrestres, dependendo das 
condições físicas do poço, a produção é feita por meio de bombeamento mecânico, in-
jeção de gás ou injeção de água. Uma vez extraído, o petróleo bruto é transportado em 
embarcações, caminhões, vagões, navios-tanque ou tubulações (oleodutos ou gasodutos) 
até os terminais e refinarias de óleo ou gás. 
O refino do petróleo compreende uma série de operações físicas e químicas interliga-
das, garantindo a separação de suas frações, que, após processamento, transformam-se 
em produtos comerciais, utilizados no dia a dia.
Destilação Fracionada do Petróleo 
A destilação atmosférica consiste na etapa inicial (processo básico) de transfor-
mação feita em uma refinaria de petróleo, após dessalinização e preaquecimento da 
mistura. A Figura 10 mostra as frações obtidas após a vaporização e posterior con-
densação dos componentes do óleo cru (hidrocarbonetos e impurezas) pela ação de 
temperatura e pressão. O processo se baseia nos diferentes pontos de ebulição dos 
constituintes do petróleo, sendo os rendimentos de cada fração dependente da quali-
dade do óleo bruto processado.
15
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Figura 10 – Esquema de destilação atmosférica: frações
Fonte: Adaptada de BARBOSA, 2015, p. 88
Muitos projetos de unidades de refino de petróleo contemplam seções de pré-fracio-
namento, destilação atmosférica, destilação a vácuo e estabilização, podendo conter um, 
dois ou três estágios de operação. A unidade completa de três estágios é o tipo mais co-
mum, sendo concebida para grandes capacidades de refino, ou quando há necessidade 
da instalação de unidades de craqueamento.
Uma unidade de três estágios é concebida com torres de pré-flash, destilação atmos-
férica e destilação a vácuo, como mostrado no fluxograma da Figura 11.
Figura 11 – Esquema de uma destilação atmosférica de três estágios
Fonte: Adaptada de BARBOSA, 2015, p. 91 
16
17
a) Seção de pré-aquecimento e dessalinização 
A matéria-prima fria atravessa uma bateria de trocadores de calor, onde o óleo é 
aquecido gradualmente, como resultado do resfriamento de produtos acabados que dei-
xam a unidade – gerando grande economia operacional. A seção de fracionamento é 
antecedida pela operação de dessalinização do óleo e consiste na extração das impure-
zas por meio da adição de uma corrente de água de processo, que se mistura com sais, 
sólidos e água residual contidos no petróleo. O objetivo dessa operação unitária é a 
remoção de sais, água e suspensões de partículas sólidas, que podem provocar corrosão 
nos equipamentos e linhas da unidade, redução na eficiência de troca térmica e supera-
quecimentos nas tubulações. 
b) Seção de destilação atmosférica 
Com a finalidade de evitar a formação indesejável de produtos de craqueamento 
térmico, a destilação atmosférica ocorre a uma temperatura máxima de 400 °C, sendo 
a carga introduzida na torre pela zona de vaporização (zona de flash). Dependendo da 
temperaturamáxima de destilação, cada uma das frações é retirada da coluna à pressão 
atmosférica: óleo diesel, querosene nafta pesada, nafta leve, GLP etc. As correntes de 
vapor d’água são retiradas pelo topo, juntamente aos hidrocarbonetos leves. 
c) Seção de destilação a vácuo 
A carga aquecida é direcionada à zona de vácuo (a pressão é de cerca de 100 mmHg), 
provocando vaporização de boa parte da carga. As torres de vácuo são desenhadas 
com grande diâmetro, visando acomodar o maior volume de vapor gerado a pressões 
reduzidas. O produto de fundo da destilação a vácuo é composto por hidrocarbonetos 
de elevado peso molecular e impurezas – normalmente comercializados como óleo com-
bustível ou asfalto. 
Em Síntese
A destilação é um método de purificação onde ocorre o aquecimento de uma mistura de 
substâncias até a ebulição de um dos constituintes. Assim, para que ocorra a separação, 
a premissa básica é a de que os componentes devem apresentar pontos de ebulição dis-
tintos. Os processos de produção podem ser classificados em contínuo e descontínuo (ou 
à batelada). Os tipos de destilação são: destilação simples a pressão normal; destilação 
simples a pressão reduzida; destilação fracionada; destilação por arraste de vapor e des-
tilação azeotrópica. O petróleo cru tem uma composição centesimal com pouca variação, 
à base de hidrocarbonetos homólogos (cerca de 80%), sendo suas frações separadas em 
refinarias, por meio de grandes colunas de fracionamento. 
17
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Operações Unitárias: Evaporação
Barbosa (2015) destaca que:
A evaporação é a operação unitária que tem por objetivo a concentração de uma 
solução, pela retirada de solvente, fazendo a solução entrar em ebulição. 
O interesse concentra-se na fase sólida, e como nem sempre é possível (ou viável) es-
perar que o calor solar evapore o solvente, equipamentos de evaporação são requeridos. 
Existe uma grande variedade de evaporadores disponíveis, sendo a escolha feita com 
base nas condições e características da solução a concentrar, bem como nas caracterís-
ticas que se deseja para o produto final. 
De modo geral, como fonte de aquecimento é utilizado o vapor d’água, que, ao 
passar pelo trocador, vai ao estado líquido, cedendo o seu calor de condensação para 
a solução, que então entra em ebulição. Para determinados líquidos sensíveis ao calor, 
é necessário trabalhar a baixas temperaturas – o que é conseguido por evaporação 
sob vácuo. 
Evaporadores de Efeitos Múltiplos 
Existem evaporadores nos quais o vapor produzido por uma unidade pode ser re-
aproveitado em outra, desde que seja reduzida a temperatura de ebulição do segundo 
evaporador, mantendo-se uma diferença de temperatura adequada à transferência de 
calor. A Figura 12 esquematiza um evaporador de efeito triplo.
Figura 12 – Esquema de evaporador de efeito triplo
Fonte: BARBOSA, 2015, p. 101 
18
19
Evaporadores com Aquecimento Direto 
Empregado na produção de sal de cozinha, o evaporador solar emprega aquecimento 
direto. A profundidade de imersão do queimador é determinada pelo tempo necessário 
à absorção do calor, que, por sua vez, tem sua eficiência medida pela diferença entre a 
temperatura do líquido e a dos gases que saem da superfície.
Evaporadores Aquecidos a Vapor D’água 
Muito utilizados na indústria química, os evaporadores aquecidos a vapor d’água são 
classificados de acordo com o método de agitação e a natureza da circulação do licor 
sobre a superfície de aquecimento, podendo ser com circulação natural ou forcada.
Evaporadores com Circulação Natural
Entre os evaporadores com circulação natural, temos um amplamente utilizado nas 
indústrias açucareiras, indústrias do sal e na química pesada (nitrato de amônio, soda 
cáustica etc.): o evaporador de tubos verticais (Figura 13), que apresenta um conduto 
interno para descida de líquido, facilitando a circulação do licor para o fundo. 
Figura 13 – Evaporador com tubos verticais e conduto descendente
Fonte: BARBOSA, 2015, p. 102 
Você Sabia?
Licor, em operações unitárias e processos químicos, é uma solução concentrada de certos 
produtos, contendo um ou mais compostos químicos, podendo facilitar o processo pro-
dutivo, dependendo da operação unitária empregada: evaporação, filtração, destilação, 
entre tantas outras.
19
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Evaporadores com Circulação Forçada
Nesse tipo de evaporador uma bomba é responsável pela circulação do líquido para o 
exterior do evaporador, permitindo atingir graus de concentração mais elevados (como 
licores que tendem a formar incrustações). Justamente por isso, podem operar com ma-
teriais como: extrato de carne, sal, soda cáustica, cola, álcoois e materiais que espumam. 
Figura 14 – Evaporador de circulação forçada com bomba externa
Fonte: BARBOSA, 2015, p. 103 
Operações Unitárias: Cristalização
Barbosa (2015) nos ensina que:
A cristalização é uma operação unitária com o objetivo de separar. Partindo de uma 
mistura líquida, obtém-se cristais de um dos componentes da mistura, com alta pureza.
A cristalização se processa em duas fases simultâneas, com certo grau de controle in-
dependente: a nucleação e o crescimento do cristal. Na fase da nucleação, os solutos 
formam agregados desordenados que, a seguir, convertem-se em estruturas ordenadas 
capazes de crescer, originando cristais (partículas muito pequenas), como os mostrados 
na Figura 15, para cristais de insulina obtidos por cristalização no espaço exterior, em 
condições de microgravidade.
20
21
Figura 15 – Cristais de Insulina. (A imagem derivada, que 
representa um arranjo cristalino, é meramente ilustrativa) 
Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons
A importância da operação unitária da cristalização na indústria química deve-se ao 
seu emprego tanto como método de purificação quanto na obtenção de materiais sólidos 
cristalizados. Um cristal é um sólido no qual os constituintes – sejam átomos, moléculas 
ou íons – encontram-se organizados segundo um padrão tridimensional bem definido, 
repetindo-se espacialmente, gerando uma estrutura com geometria específica. Assim, a 
forma do cristal é independente do tamanho, já que cada uma das faces desenvolve-se 
de maneira regular, durante seu crescimento. Devemos destacar que impurezas presen-
tes no meio normalmente ocasionam a formação de cristais irregulares.
a) Nucleação 
Sob condições adequadas, os núcleos são formados espontaneamente (de difícil ocor-
rência, haja vista depender da existência de variações na concentração ou na tempera-
tura à escala molecular). Outra possibilidade é a adição de pequenos cristais que atuam 
como “germens”, induzindo a cristalização. Um resfriamento lento possibilita a obtenção 
de cristais relativamente grandes, porém em pequena quantidade; por outro lado, um 
resfriamento rápido produz uma grande quantidade de pequenos cristais. 
b) Crescimento e Velocidade de Cristalização
A velocidade de crescimento de um cristal em uma solução é fortemente dependente 
da temperatura e concentração do líquido na face do cristal. Conclui-se, assim, que a 
cristalização envolve transferência de calor e transferência de massa. Na cristalização 
de um fundido, importa apenas a transferência de calor, de modo que a velocidade de 
crescimento do cristal aumenta com a velocidade relativa entre o sólido e o líquido, ou 
seja, agitação. 
A velocidade de cristalização é função do grau de supersaturação: se os cristais são 
formados a partir de um banho fundido, o processo é função da velocidade de trans-
ferência de calor entre a face do cristal e o meio externo; se os cristais são formados a 
partir de uma solução, o grau de super-resfriamento possível é muito menor, implicando 
transferência de massa, mais do que transferência de calor. 
21
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem,Agitação e Mistura
Importante
Se as impurezas solúveis permanecerem na fase líquida, não impedirão a formação de 
cristais puros. Entretanto, há casos em que tanto a velocidade de nucleação quanto a de 
crescimento dos cristais é afetada pelas impurezas. O resultado mais comum é o retar-
damento da cristalização, atribuído à adsorção das impurezas à superfície dos núcleos 
ou dos cristais.
Cristalizadores 
Em relação ao seu funcionamento, os cristalizadores podem ser classificados em 
contínuos ou descontínuos; se a referência for o método pelo qual se consegue a super-
saturação, podem ser por evaporação ou por resfriamento. 
No cristalizador por evaporação, as condições são aproximadamente isotérmicas, 
sendo atingida a supersaturação como resultado da remoção do solvente. Em um cris-
talizador por resfriamento, a supersaturação resulta do abaixamento da temperatura, 
ocorrendo uma pequena perda de solvente. 
Cristalizadores de Tanque 
Tipo descontínuo de cristalizador industrial, consiste em um tanque aberto, podendo 
ser empregado como cristalizador de evaporação ou de resfriamento: no primeiro caso, 
o líquido do cristalizador é aquecido por meio de serpentinas de vapor via camisa de 
aquecimento; no segundo caso, o solvente é evaporado até que a concentração atinja o 
valor desejado. 
Cristalizadores Contínuos 
Podem ser lineares ou do tipo agitado: nos cristalizadores contínuos do tipo linear a 
solução corre ao longo de uma calha ou tubo com pouca mistura longitudinal (Figura 
16); nos cristalizadores do tipo agitado, as condições são mantidas uniformes, de modo 
que o controle da formação dos cristais é mais fácil de ser obtido do que nos cristaliza-
dores do tipo linear. 
.
Figura 16 – Cristalizador contínuo de Wul�-Bock
Fonte: beyonddiscovery.org
22
23
Operações Unitárias: Secagem
Para Barbosa (2015):
A desidratação ou secagem de um sólido ou líquido é a operação de remoção de 
água, ou de qualquer outro líquido na forma de vapor, para uma fase gasosa in-
saturada, por meio de um mecanismo de vaporização térmica, numa temperatura 
inferior à de ebulição.
Essa secagem é realizada por meio de calor produzido artificialmente em condições 
de temperatura, umidade e corrente de ar meticulosamente controladas. Do ponto de 
vista fenomenológico, pode-se afirmar que ocorre transferência simultânea de calor e 
massa. A escolha da técnica de secagem mais adequada é feita em função das carac-
terísticas físicas, químicas e biológicas do produto e da matéria-prima, bem como de 
avaliação econômica, volume de produção etc., sendo normalmente a última operação 
unitária no processo de fabricação. 
Dois princípios gerais importantes envolvem a operação de secagem de materiais: 
• umidade ligada: corresponde à água retida na substância que exerce uma pressão 
de vapor inferior à da água livre na mesma temperatura; e 
• umidade livre: refere-se à água que está em excesso em relação ao teor de umida-
de de equilíbrio, normalmente expresso como porcentagem de material seco. 
Na secagem de um material, devem ser removidas a umidade livre da superfície, bem como 
aquela proveniente do interior. Pode-se construir curvas da variação do teor de umidade 
em função do tempo para qualquer material, a partir das quais se obtém a velocidade de 
secagem para qualquer teor de umidade dado. A forma de curva de velocidade de secagem 
varia com a estrutura e o tipo de material. 
Secagem de Gases 
A secagem de gases é importante para reduzir a sua tendência a causar corrosão, ou 
ainda na preparação de um gás seco para uso em uma reação química específica. Esse 
processo pode ser feito por resfriamento (quando a corrente gasosa é colocada em con-
tato com um líquido frio ou com uma superfície sólida fria), por compressão, ou ainda 
por adsorventes sólidos e absorventes (como a sí lica-gel ou o cloreto de cálcio sólido). 
Equipamentos de Secagem Convencional 
Esse tipo de secador pode ter funcionamento contínuo ou descontínuo, sendo o 
aquecimento feito por passagem direta de ar (ou outros gases) ou indiretamente, tanto à 
pressão atmosférica quanto sob vácuo. 
23
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Secadores de Tabuleiros ou Prateleiras 
Esses secadores são utilizados para substâncias granulares ou para pecas separadas. 
O material é colocado numa série de prateleiras, as quais podem ser aquecidas interior-
mente por serpentinas de vapor d’água, de modo que a secagem ocorre pela circulação 
de ar sobre o material. Na maioria dos secadores, ocorre uma recirculação de ar, sendo 
o ar reaquecido antes de passar sobre cada prateleira, como mostra a Figura 17a.
Figura 17– Secador de tabuleiro. (a) Esquema; (b) Secador Industrial
Fonte: Reprodução
Secadores de Túnel
Nesse tipo de secador, uma série de tabuleiros move-se lentamente por meio de um 
túnel (aquecido ou não) e a secagem ocorre por meio de uma corrente de ar quente. Sua 
utilização mira produções em grande escala, ou nos casos em que o uso dos secadores 
de prateleiras é inviável, devido à grande mão de obra que emprega.
Secadores Rotativos 
Desenhado como um recipiente cilíndrico, relativamente longo, montado sobre rolos 
que giram a baixa velocidade, são utilizados para secagens contínuas e em grande escala. 
O material é introduzido na extremidade superior, deslocando-se através do secador por 
ação da gravidade. 
Secadores de Tambor 
No secador de tambor, uma solução (ou uma pasta) corre por um tambor que roda len-
tamente. O aquecimento com vapor d’água provoca evaporação, obtendo-se sólidos secos. 
Secadores por Aspersão e Atomizadores 
Uma solução prática de evaporar água de uma solução (ou de uma suspensão de 
partículas sólidas) consiste em aspergir a mistura para um recipiente por meio do qual 
se faz passar uma corrente de gases quentes. O resultado é a obtenção de uma grande 
interface e, consequentemente, uma elevada velocidade de evaporação. Na operação 
24
25
unitária de secagem por aspersão, deve-se atomizar e distribuir, controladamente, líqui-
dos de natureza variada, tornando-se obrigatório o conhecimento do tipo de atomizador 
adequado para cada caso.
Atomizador é um dispositivo que provoca a desintegração de líquidos em gotas muito pe-
quenas (menores de 30 mesh), com elevada relação de superfície por unidade de volume. 
O princípio fundamental da desintegração de um líquido consiste em aumentar a sua área 
superficial até que ela se torne instável e se desintegre!
Muitos outros tipos de secadores industriais podem ser utilizados, dependendo das 
características do material que se deseja secar, volume de produção e aspectos econô-
micos: secadores pneumáticos, secadores em leito fluidizado, secadores “Turbo-Shelf”, 
para citar apenas alguns.
Operações Unitárias: Agitação e Mistura
Por agitação entende-se o movimento induzido de um material em forma determinada, 
geralmente circulatória, no interior de um recipiente. Mistura, por outro lado, remete a 
um movimento aleatório de duas ou mais fases inicialmente separadas. Trata-se de uma 
operação unitária usualmente empregada na indústria química, bioquímica, farmacêutica, 
petroquímica, alimentícia, entre tantas outras.
São vários os resultados que se buscam com essas operações unitárias, destacando-se:
• mistura de líquidos miscíveis;
• dispersão de líquidos imiscíveis;
• mistura de dois ou mais sólidos (pós secos);
• mistura de sólidos e líquidos (pastas e suspensões);
• dispersão de gases em líquidos (aeração);
• favorecer as transferências de massa e calor (convecção);
• reduzir aglomerados de partículas;
• acelerar reações químicas; e
• obter produtos com propriedades distintas das matérias-primas originais.
Mistura de Sólidos
Uma eficiente mistura de sólidos (ou pós secos) é obtida pelo emprego do princípio da 
elevação e queda das partículas, que, ao caírem, se distribuem aleatoriamente. Para tal, 
utilizam-se equipamentos com eixos helicoidais ou simplesmentea operação de rotação 
de vasilhas, como ilustrado na Figura 18.
25
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Figura 18 – Misturadores de sólidos. (a) Duplo cone; (b) tipo V-Y
Fonte: Reprodução
Os misturadores V-Y podem ser usados para misturar pós em geral, assim como gra-
nulados, fertilizantes e achocolatados. Os misturadores de duplo cone são utilizados no 
fabrico destinado às indústrias sanitária, alimentícia, química, cosmética, de detergentes, 
adubos e de plásticos.
Existem, no mercado, muitos outros misturadores, cada um com suas especificida-
des, como os misturadores de cintas (ribbon blender), cônicos de parafuso (ou fita) e os 
do tipo estáticos.
Trocando Ideias...
Uma operação industrial muito usual é a mistura de pastas. Os equipamentos empre-
gados para essa operação utilizam dois eixos dotados com pás (girando em sentidos 
opostos), arrastando porções de massa para a região entre eles, onde ocorre a mistura. 
Como exemplo, temos os misturadores planetários!
Impulsionadores de Líquidos
Esses equipamentos transferem energia mecânica aos líquidos por meio de pás, tur-
binas e hélices (impulsores). São dispositivos conectados a um eixo central, posicionado 
no interior do misturador, e que geram correntes que atingem todos os pontos do reser-
vatório (com turbulência). 
O tipo de fluxo criado pelo impulsor depende da sua geometria, características do 
fluido, tamanho e proporções do tanque, bem como da presença ou não de chicanas 
(placas defletoras). Os componentes da velocidade de agitação de líquidos estão sinteti-
zados na Figura 19, podendo ser decompostos em:
• Fluxo radial: são normalmente turbinas (de pás retas, inclinadas ou de disco), que 
produzem linhas de fluxo perpendicularmente ao eixo do impulsor, fazendo com 
que a grande massa líquida seja impulsionada contra as paredes do tanque. Con-
sequentemente, gera grande capacidade dispersiva, sendo empregados quando se 
deseja dispersar gases, transferir massa ou dissolver materiais sólidos;
26
27
• Fluxo tangencial ou rotacional: são hélices ou turbinas de pás inclinadas, que 
geram linhas de fluxo paralelas ao eixo do agitador, fazendo com que grande massa 
seja impulsionada contra o fundo do tanque. Consequentemente, distribui geome-
tricamente o fluxo dentro do tanque, sendo empregados para misturar produtos 
líquidos, sólidos em suspensão ou para transferência de calor;
• Fluxo longitudinal: produzem linhas de fluxo circulares (em regime de fluxo lami-
nar), impulsionando a grande massa líquida ao redor da parede do tanque. Esses 
equipamentos são destinados à homogeneização de resinas, mistura de fluidos de 
elevada viscosidade (acima de 50.000 cP), dissolução de materiais sólidos em meios 
viscosos ou que formem subprodutos altamente viscosos.
Longitudinal Rotacional Radial
Figura 19 – Tipos de � uxos gerados pelo impulsor
Tipos de Agitadores ou Impulsionadores
Hélices
Frequentemente utilizadas para agitar fluidos de baixa viscosidade (abaixo de 50cP), 
como em suspensão de sólidos, mistura de fluidos miscíveis e transferência de calor. Não 
fornece tensão de cisalhamento ao sistema.
Figura 20 – Hélice marinha
Fonte: Getty Images
Turbinas
Geram alta tensão de cisalhamento nas pontas do impulsor, sendo úteis para sus-
pensão de sólidos (pás inclinadas) ou para agitação de fluidos viscosos, pouco viscosos, 
27
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
dispersão de gases em líquidos, mistura de fluidos imiscíveis, dispersão de gases e trans-
ferência de calor (pás planas).
Figura 21 – Turbina de pás e disco: Turbina Rushton
Fonte: Wikimedia Commons
Pás
Apresentam baixa velocidade de rotação, sendo utilizadas para misturar líquidos de 
elevada viscosidade. Podem ser de fita dupla helicoidal, tipo âncora, tipo parafuso ou 
ainda modelos combinados.
Figura 22 – Pás tipo âncora
Dimensionamento de um Sistema de Agitação. Disponível em: https://bit.ly/3AdHU2X
28
29
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Agitação e Mistura na Indústria 
JUNIOR, C. F. J. et al. Agitação e mistura na indústria. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
Engenharia de Processos de Separação 
AZEVEDO, E. G.; ALVES, A. M. Engenharia de processos de separação. 2. ed. Lisboa: 
IST Press, 2013.
Internos de Torres, Pratos e Recheios. 
CALDAS, J. N. et al. Internos de torres, pratos e recheios. 2. ed. Rio de Janeiro: Inter-
ciência, 2007.
 Vídeos
Utilização do Petróleo – Destilação Fracionada
https://youtu.be/VQ-x5LOsE6Y
Video 3D: derivados del petróleo
https://youtu.be/8RHToUaBfw4
Refinaria de Petróleo – Felgueiras
https://youtu.be/WIjYK4xTEKo
Como Funciona o Refino do Petróleo
https://youtu.be/7fh68hjKk4E
Cristalização
https://youtu.be/kaWu0euAdJE
Evaporação e Cristalização – Salinas
https://youtu.be/agLVWFxGvVY
Animation Ointment Manufacturing Vessel
https://youtu.be/hHPuT1ch-9U
Tanque Polipropileno com Agitador Industrial Motor Pneumático
https://youtu.be/gC5f-KwiC5E
 Leitura
Uso de Destilação Fracionada (Df) para Obtenção de Produtos 
Diferenciados em Perfumaria a Partir de Óleos Essenciais de Cítricos
https://bit.ly/3jqaKGF
Projeto de uma Unidade de Destilação Fracionada 
https://bit.ly/2WY603A
Influência da Destilação Sobre a Composição e a Qualidade Sensorial da Aguardente de Cana-de-açúcar
https://bit.ly/3fzjg4Y
29
UNIDADE Operações Unitárias Especí�cas: Destilação, 
Evaporação, Cristalização, Secagem, Agitação e Mistura
Estratégias avançadas de modelização e controlo para processos industriais não lineares e descontínuos. 
Aplicação a cristalizadores industriais de açúcar 
 https://bit.ly/3joqvOh
30
31
Referências
BARBOSA, G. P. Operações da indústria química: princípios, processos e aplicações. 
São Paulo: Erica, 2015. (e-book)
BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.
GOMIDE, R. Manual de operações unitárias. 2. ed. São Paulo: R. Gomide, 1991.
HIMMELBLAU, D. M. Engenharia química, princípios e cálculos. 8. ed. Rio de Janeiro: 
Prentice-Hall, 2014.
HOLTZAPPLE, M. T.; REECE, W. D. Introdução à Engenharia. Rio de Janeiro: LTC, 
2006-2013.
ISENMANN, A. F. Operações unitárias na indústria química. 3. ed. Timóteo, MG: Edi-
ção do Autor, 2016. ( e-book). Disponível em: . Acesso em: 15/06/2020.
SCHMIDT, F. W.; HENDERSON, R. E.; WOLGEMUTH, C. H. Introdução às ciências 
térmicas: termodinâmica, mecânica dos fluídos e transferência de calor. 2. ed. São Paulo: 
Edgard Blücher, 1996-2004.
TERRON, L. R. Operações unitárias para químicos, farmacêuticos e engenheiros: 
fundamentos e operações unitárias do escoamento de fluidos. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
31