1 DESTILAÇÃO FRACIONADA

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DESTILAÇÃO FRACIONADA 
 
Estevão Lucian, Flávia Faccin e Letícia Koch 
 
RESUMO - Destilação é um processo caracterizado por uma dupla mudança de estado físico, em que 
uma substância, incialmente líquida, é aquecida até atingir a temperatura de ebulição, transformando-
se em vapor e novamente resfriada até que toda a massa retorne ao estado líquido. O processo tem sido 
utilizado desde a antiguidade para a purificação de substâncias, essências e óleo. Quando se destila 
uma mistura líquida homogênea ideal, as primeiras frações do destilado apresentam composição mais 
rica no componente mais volátil do que da mistura original. No decorrer da destilação, o ponto de 
ebulição da mistura sofre uma elevação gradual, já que a composição do vapor se torna cada vez mais 
rica no componente menos volátil. Para purificar misturas deste tipo, é necessário separar as primeiras 
frações do destilado, ricas no componente mais volátil. Estas frações seriam novamente destiladas e as 
primeiras frações novamente separadas. Este procedimento conhecido como destilação fracionada teria 
de ser repetido várias vezes até que as primeiras frações do destilado contivessem apenas o 
componente mais volátil. A operação de destilação é executada com uma coluna de fracionamento, o 
efeito desta coluna é proporcionar em uma única destilação, uma série de micro destilações simples 
sucessivas. 
ABSTRACT – Distillation is a process characterized by a double change of physical state in which a 
substance, initially in the liquid state, is heated to the boiling point, becoming steam, and again cooled 
until the entire mass returns to the liquid state. The process has been used since antiquity for the 
purification of essences and oil. When distilling an ideal homogeneous liquid mixture, the first 
fractions of the distillate have richer composition in the more volatile component than the original 
blend. In the course of the distillation, the boiling point of the mixture undergoes a gradual rise as the 
composition of the vapor becomes increasingly rich in the less volatile component. To purify mixtures 
of this type, it would be necessary to separate the first fractions of the distillate, rich in the more 
volatile component. These fractions would be distilled again and the first fractions again separated. 
This procedure known as fractional distillation would have to be repeated several times until the first 
fractions of the distillate contained only the most volatile component. The distillation operation is 
performed with a fractionation column, the effect of this column being to provide in a single 
distillation a series of successive single micro distillations. 
PALAVRAS-CHAVE: destilação, fracionamento, coluna, volátil. 
KEYWORDS: Distillation, fractionation, column, volatile. 
 
 
I. INTRODUÇÃO 
 
Alambiques, retortas e fornos estão sempre presentes em imagens para caracterizar 
alquimistas e químicos em seus laboratórios. Isso indica que tais instrumentos, utilizados no 
processo de destilação tem papel destacado no imaginário relativo tanto à alquimia quanto a 
química. Essa ideia não deixa de ter fundamento, pois a destilação há muito tempo vem sendo 
utilizada tanto nas artes que envolvem o tratamento e a transformação de matérias quanto por 
estudiosos que buscavam afirmar ou elaborar ideias sobre a composição da matéria. 
(BELTRAN, 1996). 
Hoje em dia, a destilação, processo baseado nas diferenças entre o ponto de ebulição 
das substancias, é adequadamente explicada pela ideia de que a matéria formada por 
partículas que movimentam e interagem. Além disso, a destilação é um dos principais 
métodos de purificação de substancias utilizados em laboratórios. (BELTRAN, 1996). 
Destilação fracionada é uma operação unitária amplamente utilizada na indústria 
química. Esta operação unitária é também denominada fracionamento e tem como objetivo a 
separação de compostos com volatilidades diferentes. As aplicações da destilação têm uma 
infinita diversidade. O oxigênio puro usado na fabricação do aço, nos foguetes e nas 
aplicações médicas é produzido pela destilação do ar que foi previamente liquefeito. Pode-se 
considerar um processo símbolo da indústria do petróleo, pois a partir da mesma são obtidas 
diversas frações do petróleo cru como os gases leves, a nafta, a gasolina, o querosene, os 
óleos e o asfalto (MIZOGUCHI ET AL., 1995). 
A destilação fracionada é o método utilizado para separar misturas homogêneas, do 
tipo líquido – líquido. Exemplo de mistura deste tipo, como já citado é o petróleo, ou uma 
simples mistura de água e álcool. Na destilação fracionada os líquidos são separados através 
de seus pontos de ebulição, desde que eles não sejam muito próximos. Durante o aquecimento 
da mistura, é separado, primeiramente o líquido de menor ponto de ebulição, depois o líquido 
de ponto de ebulição intermediário e sucessivamente até o líquido de ponto de ebulição maior. 
(MIZOGUCHI ET AL., 1995). 
 
II. DESENVOLVIMENTO 
 
Processos de separação situam-se no centro tecnológico da indústria química, de 
polímeros e de energia. Literalmente, milhares de produtos são concentrados, fracionados e 
purificados obtendo-se a pureza e recuperação requerida a preços razoáveis. Não é um 
exagero afirmar que a moderna indústria química e de energia não poderia existir sem o apoio 
de numerosos e bem desenvolvidos processos de separação para realizar uma infinidade de 
tarefas requeridas para produzir seus produtos. Produtos esses, vitais para nosso bem estar 
material e econômico. Foram identificados mais de 50 diferentes classes de processos de 
separação. Estes processos são utilizados em uma espantosa variedade de aplicações, desde 
técnicas analíticas, que utilizam microgramas de matérias, até separações de grandes 
quantidades de materiais. (KELLER, 1987). 
Um exemplo da aplicação da destilação fracionada é na obtenção do oxigênio 
hospitalar. O processo consiste basicamente em realizar uma destilação fracionada. 
Primeiramente o ar atmosférico é filtrado e comprimido. Em seguida é resfriado, tornando-se 
liquefeito. E finalmente, é realizada uma destilação fracionada para separar o oxigênio do 
nitrogênio. Assim, ao final de todo processo, o oxigênio pode ser fornecido: no estado gasoso, 
em cilindros de alta pressão; no estado líquido, em tanques estacionários; ou através de 
tubulações ligando o fabricante ao consumidor. (LEITE, 2005). 
Mistura é um sistema formado por duas ou mais substâncias puras, chamadas 
componentes. As misturas podem ser classificadas em homogêneas e heterogêneas. A 
diferença entre elas é que a mistura homogênea é uma solução que apresenta uma única fase 
enquanto a heterogênea pode apresentar duas ou mais fases. Fase é cada porção que apresenta 
aspecto visual uniforme. (KELLER, 1987). 
A separação por destilação só é possível se os diferentes componentes da mistura a 
separar tiverem volatilidades diferentes, ou seja, pontos de ebulição diferentes. Estas 
diferenças estão necessariamente relacionadas com diferenças nas forças intermoleculares de 
cada componente, dependentes das respectivas estruturas moleculares, o que conduz a 
pressões de vapor diferentes para os vários componentes da mistura. A Pressão de Vapor de 
um líquido a uma dada temperatura é a pressão na situação de equilíbrio (quando o número de 
moléculas que deixam o líquido é igual ao das que retornam), exercida pelas moléculas que 
passam através da superfície livre. Diz-se que um líquido entra em ebulição quando a sua 
pressão de vapor iguala a pressão ambiente. Os líquidos com pressões de vapor elevadas 
entram em ebulição a temperaturas mais baixas (para uma dada pressão total). Diz -se, por 
isso, que são mais voláteis. (KELLER,1987). 
A destilação é uma operação unitária que é utilizada há muito tempo e continua sendo 
um método primário de separação em unidades de processamento, apesar de sua inerente 
baixa eficiência termodinâmica. A preeminência deste modo de separação de misturas de 
fluidos não é acidental, mas fundamental, e, por isso, dificilmente será substituída, por razões 
cinéticas e termodinâmicas. Em todo o mundo, cerca de 95% das separações são feitas por 
destilação. Só nos Estados Unidos existem aproximadamente 40 mil colunas de destilação, 
representando um investimento de capital ao redor de 8 bilhões de dólares e utilizando energia 
equivalente a 1 milhão de barris por dia de óleo cru, que representa aproximadamente 15% do 
total de toda energia consumida nas indústrias dos Estados Unidos. (CADORE, 2011). 
Do ponto de vista cinético, a transferência de massa por unidade de volume na 
destilação é limitada somente pela resistência de difusão em cada lado da interface liquido-
vapor, sem a presença de inertes. Do ponto de vista termodinâmico, uma eficiência 
termodinâmica típica é em torno de 10%, mas pode ser aumentada com a utilização de 
condensadores e refervedores interestágios. Embora a eficiência termodinâmica de 10% possa 
parecer baixa, não há muitos outros processos mais eficientes. A destilação, em geral, fornece 
o mais barato e melhor método para a separação de uma mistura. (KISTER, 1992). 
Apesar da eficácia separativa obtida pela destilação fraccionada, os dispendiosos 
gastos energéticos que envolvem estes processos, bem como as perdas significativas de 
materiais destilados, com elevado peso molecular, com consequente formação de pitch, 
conduziram desde muito cedo a estudos de separação alternativos. Desde a década de 
quarenta, que diferentes métodos de separação têm sido desenvolvidos e testados com 
especial incidência para o estudo de processos que aproveitem as mais significativas 
diferenças nas propriedades físico-químicas. (NOGUEIRA,1995). 
A destilação é uma operação de separação que consiste na produção de vapores através 
da adição de calor a uma corrente alimentada ao processo em sua força motriz de separação 
baseada na diferença de volatilidades relativas dos componentes da mistura a ser separada. A 
destilação baseia-se no fato de que quando se processa a vaporização parcial de uma mistura 
(aquecendo-a até à ebulição), produz -se um vapor mais rico nos componente de menor 
ponto de ebulição do que a mistura inicial (alimentação), enquanto que o líquido, que em 
cada instante ainda se mantém no recipiente, vai ficando cada vez mais rico nos 
componentes menos voláteis, de maior ponto de ebulição (mais rico nesses 
componentes do que a alimentação inicial e do que o vapor que está a ser produzido 
na mesma altura). O vapor produzido é normalmente condensado e, assim, no processo de 
destilação obtêm-se dois líquidos: o que está no fundo (Resíduo), rico nos componentes 
menos voláteis, e o condensado ( Destilado), rico nos componentes mais voláteis da 
mistura inicial. Isto é o que acontece na Destilação Laboratorial de uma mistura (Figura 1). 
(KISTER, 1992). 
 
Figura 1 – Destilação Laboratorial 
 
Fonte: Portal Laboratórios Virtuais de Processos Químicos. Destilação. Disponível em: 
http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=223&Itemid=413. 
Acesso em: 10 de maio de 2017. 
 
O equipamento que promove a transferência de massa e calor entre correntes líquidas 
e de vapor saturadas é a conhecida Coluna de Destilação Fracionada. Esta é constituída por 
um recipiente cilíndrico dentro do qual se encontra uma série de pratos internos entre os quais 
circulam vapor e líquido em contracorrente. (BEDINOT, et al.). 
A mistura a ser destilada é introduzida em um dado estágio da coluna, denominado 
estágio de alimentação. No seu interior, a mistura irá descer até atingir a base da coluna onde 
estará o refervedor, que consiste em um permutador de calor usado para aquecer a mistura até 
seu ponto de ebulição. Esse vapor então circula no sentido ascendente, em contracorrente com 
a mistura da alimentação. Atingindo o topo da coluna, o vapor irá para um condensador, onde 
será liquefeito e deixará a coluna como produto de destilação, ou destilado. Na base da 
coluna, a mistura deixa o equipamento como produto residual, ou resíduo. (CADORE, 2011). 
As duas fases presentes em cada andar sofrem transferência de massa e calor e 
assume-se que se encontram em equilíbrio ao deixar o andar. No topo da coluna existe, 
geralmente, um condensador que arrefece e condensa o vapor proveniente da coluna, sendo 
parte do condensado, designado por refluxo, reenviado para o prato superior. Denomina-se 
por razão de refluxo (R) a razão entre o caudal da corrente reenviada e o caudal da corrente 
produzida no topo, que deixa a coluna, Destilado. (Figura 2). (KISTER, 1992). 
A parte da coluna compreendida entre o prato de alimentação e o topo é denominada 
seção de enriquecimento ou absorção. Nela, são concentradas as substâncias mais voláteis, ou 
seja, nos pratos acima do prato de alimentação, a percentagem de compostos leves é maior 
que na carga. (CADORE, 2011). 
Na seção de enriquecimento, quanto mais líquido descer na torre por unidade de massa 
de vapor que sobe, tanto melhor será a separação, pois, nesta seção, a finalidade é reter os 
compostos pesados (menos voláteis) contidos nos vapores. Quanto maior a razão, tanto 
melhor será o fracionamento nesta região da torre. (CADORE, 2011). 
Abaixo do prato de alimentação temos a chamada seção de esgotamento da torre. 
Nesta seção são concentradas as frações mais pesadas, ou seja, em todos os pratos abaixo do 
prato de alimentação, a percentagem de compostos mais pesados é maior do que na carga. Os 
componentes mais pesados são removidos dos vapores que ascendem, pelo refluxo de líquido 
que desce pelo interior da torre. (CADORE, 2011). 
Na seção de esgotamento, tem-se o contrário da seção de absorção, quanto mais vapor 
subir na torre por unidade de massa de líquido que desce, melhor será a separação nesta seção 
da torre, já que a finalidade, nesta região, é a remoção dos compostos leves (mais voláteis) do 
líquido que desce pela torre. Portanto, na seção de esgotamento quanto maior a razão melhor 
será o fracionamento. (CADORE, 2011). 
 
Figura 2 – Representação Coluna de Destilação Fracionada 
 
Fonte: Portal Laboratórios Virtuais de Processos Químicos. Destilação. Disponível em: 
http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=223&Itemid=413. 
Acesso em: 10 de maio de 2017. 
 
A destilação fracionada sob pressão normal serve para separar compostos miscíveis 
entre si, e que possuam pontos de ebulição com diferença menor que 80°C. Isso é possível 
graças ao acoplamento de uma coluna de fracionamento junto ao equipamento de destilação, 
esta coluna dificulta a subida do vapor fazendo com que o composto com ponto de ebulição 
maior forme um condensado e este retorne para o balão de destilação antes de atingir o 
condensador. Assim somente o vapor com mais energia consegue atingir o resfriamento e 
retornar a seu estado liquido. Dessa forma se consegue obter a separação desses líquidos que 
são miscíveis, pois com a grande maioria do primeiro composto já destilado a uma 
temperatura constante o segundo só será destilado quando alcançar a energia suficiente para 
ultrapassar a barreira da coluna de destilação, ou seja, quando sua temperatura se elevar até 
seu ponto de ebulição constante. (BEDINOT, et al.) 
Genericamente, a coluna de destilação fraccionada pode considerar-se constituída por 
uma série deandares em equilíbrio que vão promovendo, sucessivamente, o enriquecimento, 
nos componentes mais voláteis, da fase vapor que sobe na coluna, e nos componentes menos 
voláteis, da fase líquida que desce na coluna. Para cada andar é necessário ir calculando, 
sucessivamente, a temperatura de bolha do líquido no andar, a qual será a temperatura do 
andar teórico. A zona acima da alimentação designa-se por zona de retificação, enquanto que 
a zona abaixo se designa por zona de esgotamento. (CARVALHO; FELIPE; 2008). 
Novas matérias-primas estão sempre sendo alimentadas em colunas de destilação e 
produtos estão sempre sendo removidos. A menos que o processo seja perturbado devido a 
mudanças nas matérias primas, calor, temperatura ambiente, ou condensação, a quantidade de 
matéria prima a ser adicionada e o volume de produto a ser retirado são normalmente iguais. 
A destilação industrial é tipicamente realizada em grandes colunas cilíndricas verticais 
conhecidas "torres de destilação ou fracionamento" ou "colunas de destilação" com o 
diâmetro variando entre 65 cm a até 6 metros e altura variando de 6 a 60 metros ou mais. As 
torres de destilação tem escoadouros de líquidos a intervalos na coluna, os quais permitem a 
retirada de diferentes frações ou produtos que possuem diferentes ponto de ebulição. De um 
modo geral as destilações na prática industrial envolvem misturas multicomponentes, porém a 
compreensão dos princípios da destilação de misturas binárias é particularmente importante, 
pois ela constitui a base de operações mais complexas. (GOMIDE, 1988). 
Em indústrias, cuja produção é contínua, e que possuem como essência a produção de 
derivados a partir de matéria-prima, a destilação é um processo de predominância. Sobretudo 
nas indústrias petroquímica e do álcool é o principal processo de transformação de matéria 
prima em produto acabado. Colunas de destilação ou torres de destilação estão presentes em 
grande número nas usinas de produção de álcool e também em refinarias de petróleo, e 
unidades de processamento de gás-natural. Estes processos industriais são perfeitos exemplos 
de sistemas dinâmicos, multivariáveis e de comportamento não linear. Na indústria é comum 
que a matéria prima seja destilada inicialmente em uma coluna A (fracionadora) obtendo 
assim uma gama de derivados. Alguns destes por sua vez seguem para uma coluna B 
(retificadora) para a extração de derivados de maior valor agregado. Este procedimento é 
presente tanto na indústria do petróleo quanto na do álcool. (CARVALHO; FELIPE; 2008) 
Figura 3 – Destilação Fracionada na Indústria Petroquímica 
 
Fonte: GOMIDE, R. Operações Unitárias Volume IV, 1988. Edição do Autor, São Paulo. 
 
Torres industriais de larga escala usam o refluxo para atingir uma separação mais 
completa dos produtos. O refluxo refere-se a porção do liquido condensado de uma torre de 
fracionamento que é retornada para parte superior da torre como mostrado na Figura 2. Dentro 
da torre, o liquido do refluxo descendo prove um resfriamento necessário para condensar o 
vapor que sobe, desta forma aumentando a eficiência da torre de destilação. A destilação 
fracionada é também usada na separação do ar, produzindo oxigênio líquido, nitrogênio 
líquido, e argônio de alta pureza. A destilação de clorosilano também possibilita a produção 
de silício de alta pureza usada como um semicondutor. Em usos industriais, algumas vezes 
um material de embalagem é usado na coluna no lugar das bandejas, especialmente quando 
bolhas de baixa pressão ao longo da coluna são necessárias, como quando a operação se dá 
sob o vácuo. (MATEUS, 2006). 
Nas torres de destilação fracionada existem dois tipos de refluxo: externo e interno. A 
razão de refluxo interno acontece tanto na região de absorção quanto na região de 
esgotamento, e consiste na razão entre a vazão de líquido pela vazão de vapor da respectiva 
seção. O refluxo externo é definido como a razão entre o líquido que retorna à torre (vindo do 
condensador) pela razão de destilado (produto de topo). (CADORE, 2011). 
O grau de fracionamento que acontece em uma coluna de destilação é determinado 
pelas razões de refluxo interno na torre, que por sua vez são geradas a partir da carga e do 
refluxo externo, assim, o refluxo interno na seção de absorção é gerado pelo refluxo externo, 
enquanto que na seção de esgotamento, é gerado pelo refluxo interno mais a carga. 
(CADORE, 2011). 
A destilação fracionada pode ser também submetida à alto vácuo, neste caso a 
destilação é realizada sob pressão atmosférica reduzida. Como a temperatura de ebulição de 
um líquido é atingida quando a pressão de vapor se iguala à pressão externa, ao se diminuir 
artificialmente a pressão sobre o líquido consegue-se realizar a destilação a uma temperatura 
inferior ao ponto de ebulição normal. A vantagem é poder purificar líquidos que se 
decompõem antes mesmo de entrarem em ebulição ou que precisam de elevadas temperaturas 
para serem destilados. (MARTELLINI, 1992). 
Na execução dessa técnica utiliza-se uma aparelhagem similar à da destilação 
fracionada, com a diferença de que se adapta uma bomba de vácuo que reduzirá a pressão do 
meio. A nova temperatura pode ser estimada com o auxílio de uma tabela que relaciona 
colunas de temperatura com pressão (nomograma). (MARTELLINI, 1992). 
Produtos obtidos após determinadas reações necessitam de purificação, que é realizada 
por destilação fracionada em alto-vácuo sobre uma coluna de Vigreux. (OLIVEIRA, 2001). 
 
III. CONCLUSÃO 
 
Destilação é uma operação unitária empregada na separação e purificação de 
compostos pela diferença de suas volatilidades. Existem vários tipos de destilação, sendo a 
fracionada a mais utilizada em indústrias de grande porte. Nos outros tipos de destilação 
(destilação em batelada ou do tipo flash), a separação das diversas substâncias que compõem 
a mistura é realizada de forma imperfeita ou incompleta. 
A destilação fracionada é do tipo líquido- liquido empregada para separação de 
misturas miscíveis. Um tanto mais complexa, exige mais tempo e energia para a separação, as 
colunas de fracionamento criam várias regiões de equilíbrio líquido-vapor, levando a uma 
série de micro destilações simples sucessivas, enriquecendo a fração do componente mais 
volátil da mistura na fase de vaporização. 
A presença da coluna de destilação permite a transferência de massa e calor entre 
correntes líquidas e de vapor saturadas, ao mesmo tempo dificulta a subida do vapor, fazendo 
com que a fração mais pesada condense e retorne antes de atingir o condensador, aumentando 
a pureza do destilado. 
Na indústria utiliza-se ainda refluxo junto à torre de destilação, para melhorar a 
separação das frações desejadas, o que faz aumentar a concentração de leves no topo, 
consequentemente aumentando a pureza do destilado e mantendo uma vazão descendente de 
líquido na coluna. 
Embora a destilação fracionada resulte em maior pureza e aplicação industrial, a 
escolha do melhor método de separação depende da análise da composição de cada mistura e 
das opções de destilação possíveis, sendo necessário relacioná-los ainda com os custos e os 
recursos disponíveis. Cada destilação possui particularidades distintas, sendo desta maneira 
eficaz em casos específicos. 
 
IV. REFERÊNCIAS 
 
BELTRAN, Maria Helena Roxo. Destilação: a arte de extrair virtudes. Química nova na 
escola, 1996. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc04/historia.pdf. Acesso em: 
10 de maio de 2017. 
 
BEDINOT, et al. Instrumentação de Coluna de Destilação Fracionada. Faculdade de 
Engenharia, PUCRS. Disponível em 
http://www.pucrs.br/edipucrs/XISalaoIC/Engenharias/Engenharia_Eletrica/84298-
CICEROBEDINOT.pdf. Acesso em: 10 de maio de 2017. 
 
CADORE, Ígor Renz. Eficiência de Torres de Destilação. Universidade Federal do Rio 
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Disponível em: 
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KISTER, H. Distillation Design. New York: McGraw-Hill, 1992 
 
KELLER,G.E. Separation, new directions for na old field. 1987 
 
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