Relatorio Destilação

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Universidade São Francisco – USF
Engenharia Química
Relatório - Destilação
Lilian Magrini - RA:002201400253
Dafne Irti - RA: 002201400270
Karina Mendonça - RA: 002201400248
Diego Destro - RA: 002201400489
Jair Cunha - RA: 002201400881
Murilo Toledo - RA:002201300889
Itatiba – SP
2017
Resumo
A destilação é uma operação unitária integrada no conjunto das operações baseadas na transferência de massa. O mecanismo que rege operação de separação é o equilíbrio líquido/vapor. A destilação é um processo caracterizado pela mudança de estado físico, em que uma substância, inicialmente no estado líquido, é aquecida até atingir a temperatura de ebulição, transformando-se em vapor, e novamente resfriada até que toda a massa retorne ao estado líquido. A simulação é uma técnica de modelagem e análise utilizada para avaliar e aprimorar sistemas dinâmicos. Consequentemente, a simulação de processos vem se tornando cada vez mais importante na área da engenharia química, já que cada vez torna-se necessário analisar e compreender sistemas mais complexos, bem como sua otimização. [1] Através do programa, foram realizadas simulações entre o etanol e a água e através de mudanças em suas variáveis (razão de refluxo, tipo de alimentação, número de estágios da coluna, pressão, temperatura, fração molar da base) foi possível registrar resultados satisfatórios uma vez que se obteve frações molares próximas do esperado.
Objetivo
O objetivo do experimento realizado é desenvolver os saberes para compreender o fenômeno de separação de líquidos voláteis por meio do processo de destilação a partir da utilização de um software de simulação gratuito e de fácil entendimento, assim como avaliar quais a melhores condições para este procedimento.
Introdução
A simulação de processos tem se tornado de extrema importância na engenharia química, visto que há a crescente necessidade de se estudar e analisar o desempenho de sistemas complexos. Com o avanço da tecnologia computacional, vem sendo desenvolvidos simuladores cada vez mais sofisticados, permitindo prever o comportamento estático e dinâmico de processos químicos. [2]
No presente experimento foi utilizado o processo de destilação, ele é uma das muitas operações de separação, que pode ser utilizada quer a nível laboratorial quer industrial, para purificar as correntes do Processo (Matérias Primas ou Produtos). 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. [3]
Tipos de destilação
Destilação Flash
O caso mais simples de uma separação por destilação é a Destilação Flash. Normalmente, a corrente de alimentação (líquido) é aquecida num permutador de calor, passando depois por um “flash” adiabático (despressurização rápida) que dá origem a duas correntes saturadas, uma de líquido e outra de vapor, em equilíbrio. O tanque “flash” permite facilmente a separação e remoção das duas fases. [3]
Figura 4: Esquema de uma destilação flash
A Destilação “Flash” só permite um grau de separação razoável se a diferença de volatilidade entre os dois compostos a separar (A e B) for elevada.[3]
Destilação diferencial
Esse processo consiste basicamente na vaporazição de um líquido por aquecimento seguida da condensação do vapor formado. No caso de uma solução ideal, o ponto de ebulição é atingido quando a soma das pressões parciais dos líquidos é igual a pressão atmosférica.
Como o vapor é mais rico no componente mais volátil, o líquido original se empobrece nesse processo à medida que a separação prossegue. Consequentemente, o vapor formado também se empobrece ao menos volátil, e a composição do produto destilado se modifica na medida em que a destilação continua. As destilações de laboratório e os destilados obtidos de mostos alcoólicos fermentados são exemplos deste tipo de destilação. [4]
 
 Figura 2: Esquema de uma destilação diferencial.
Destilação fracionada
A destilação fracionada, serve para realizar a separação em uma mistura de produtos, utilizando a propriedade física ponto de ebulição. Ela é um processo de aquecimento, separação e esfriamento dos produtos e é empregada quando a diferença entre os pontos de ebulição dos líquidos da mistura é menor. Um aparelho mais sofisticado e um pouco mais de tempo são necessários. No aparelho de destilação fracionada existe uma coluna de fracionamento que cria várias regiões de equilíbrio líquido-vapor, enriquecendo a fração do componente mais volátil da mistura na fase de vapor. [5]
 Figura 3. Destilação Fracionada
A eficiência de uma coluna de fracionamento é obtida comparando-se seu rendimento com o calculado para uma coluna de pratos teoricamente perfeitos em condições similares. [4]
Um prato teórico é definido como sendo uma seção de uma coluna de destilação de um tamanho tal que o vapor esteje em equilíbrio com o líquido, isto é, o vapor que deixe o prato tem a mesma composição que o vapor que entra.[4]1.
Materiais Utilizados 
Computador
Software ChemSep
Procedimento experimental 
Este trabalho foi desenvolvido integralmente em software. Procedeu-se à configuração da simulação, que consiste nos seguintes passos: 
1. Inicialmente foram adicionados os dados operacionais no software ChemSep, na primeira aba, foi inserido o título da simulação “Experimento_Aula_07”, e também alguns comentários adicionais;
2. Definição das substâncias (componentes) presentes na simulação, para estas simulações foram utilizados etanol e água;
3. Definição da operação unitária desejada. Duas simulações foram avaliadas: o flash e o de coluna de equilíbrio; 
4. Na aba de configurações foram especificados o número de estágios da coluna, que neste caso foi oito, foram selecionados os tipos de operação no condensador e no reboiler, respectivamente total e parcial, e estágios de alimentação número cinco e, também razão de refluxo igual a 3 e fração molar na base da coluna de 2. 
5. Escolha dos modelos termodinâmicos necessários para representar adequadamente o processo. Como a operação ocorre com a presença de duas fases líquidas, optou-se pelo uso da Lei de Raoult, pois trata-se de uma mistura ideal
6. Por fim, especifica-se a pressão operacional da coluna, no caso, estabeleceu-se a pressão constante de 1 atm. 
Após estas etapas, o software verifica se há informações porventura faltantes e as indica. Sendo todas fornecidas, pode-se proceder à simulação. 
Depois de realizado a simulação com as condições mencionadas acima, foram realizadas mudanças nas variáveis razão de refluxo, tipo de alimentação, número de estágios da coluna, pressão, temperatura, fração molar da base, com a finalidade de verificar a influencia na composição do topo e conhecer a ferramenta computacional. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Os resultados obtidos pelo software estão resumidos nasTabelas abaixo.
Destilação Flash
	
	
	
	Fração molar 
H2O
	Fração molar C2H6O
	Temperatura Flash (K)
	Pressão Flash (N/m²)
	Temperatura de entrada (K)
	D [Saída topo]
	B [Saída fundo]
	D [Saída no topo]
	B [Saída fundo]
	360,15
	91325
	360,15
	0,4451
	0,6419
	0,5549
	0,3581
	360,15
	95325
	360,15
	0,3924
	0,5907
	0,6076
	0,4093
	360,15
	98325
	360,15
	0,3557
	0,5524
	0,6443
	0,4476
	360,15
	101325
	360,15
	0,3212
	0,5140
	0,6788
	0,4860
	360,15
	101625
	360,15
	0,3179
	0,5102
	0,6821
	0,4898
	360,15
	101925
	360,15
	0,3146
	0,5063
	0,6854
	0,4937
	360,15
	102225
	360,15
	0,3113
	0,5025
	0,6887
	0,4975
Tabela 1. Resultados da fração molar para água e etanol, variando a pressão utilizada nadestilação flash.
Gráfico 1. Exposição de resultados de fração molar do etanol (C2H6O) no topo e fundo do destilador flash, baseado na variação da pressão.
	
	
	
	Fração molar 
H2O
	Fração molar C2H6O
	Temperatura Flash (K)
	Pressão Flash (N/m²)
	Temperatura de entrada (K)
	D [Saída topo]
	B [Saída fundo]
	D [Saída no topo]
	B [Saída fundo]
	360,15
	102225
	360,15
	0,3113
	0,5025
	0,6887
	0,4975
	362,15
	102225
	360,15
	0,3987
	0,5965
	0,6013
	0,4035
	363,15
	102225
	360,15
	0,4447
	0,6408
	0,5553
	0,3592
	364,15
	102225
	360,15
	0,4922
	0,6832
	0,5078
	0,3169
Tabela 2. Resultados da fração molar para água e etanol, variando a temperatura utilizada na destilação flash.
Gráfico 2. Exposição de resultados de frações molares do etanol (C2H6O) no topo e fundo do destilador flash, baseado na variação da temperatura.
Destilação Coluna 
	
	Fração Molar 
H₂O
	Fração Molar
C₂H₆O
	
Temperatura
Coluna (K)
	Pressão
Coluna (N/m²)
	Temperatura de
entrada (K)
	D [Saída topo]
	B [Saída fundo]
	D [Saída topo]
	B [Saída fundo]
	298,15
	50000
	298,15
	0,0555163
	0,70802
	0,944487
	0,29198
	298,15
	101325
	298,15
	0,0712233
	0,800221
	0,928777
	0,199779
	298,15
	101325
	298,15
	0,122411
	0,847679
	0,877589
	0,152327
	298,15
	101325
	298,15
	0,0842789
	0,843037
	0,915721
	0,156963
	298,15
	101325
	298,15
	0,0384357
	0,824439
	0,961564
	0,175561
	298,15
	50000
	298,15
	0,0364554
	0,834118
	0,963546
	0,165882
	298,15
	40000
	298,15
	0,0360788
	0,83671
	0,963921
	0,16329
Tabela 3. Resultados de fração molar para água e etanol, variando a pressão utilizada na destilação coluna.
	Razão de refluxo
	Fração molar
	Pratos
	Estágio
	3
	2
	8
	5
	3
	3
	8
	5
	2
	3
	8
	5
	3
	3,5
	8
	5
	3
	3
	10
	6
	3
	3
	10
	6
	3
	3
	10
	6
Tabela 4. Quantidades de pratos e estágios relacionados com a tabela 3.
Gráfico 3. Exposição de resultados de fração molar do etanol (C₂H₆O) no topo e no fundo do destilador coluna, baseado na variação da pressão.
Gráfico 4. Coluna de destilação
As simulações foram realizadas com as condições descritas no item anterior, como também, foram feitas mudanças na razão de refluxo, no tipo de alimentação (fração de vapor) e no número de pratos de uma coluna de destilação e analisado a influência na fração molar no destilado. 
Conforme visto na Tabela 4, percebe-se que quanto maior a razão de refluxo e o número de pratos na coluna, maior a pureza do destilado. 
CONCLUSÕES
Constatou-se que o simulador ChemSep conseguiu representar bem o sistema de separação por destilação, sendo possível analisar as condições operacionais do processo, como também conhecer o potencial da ferramenta. No experimento os componentes utilizados foram o etanol e a água, a temperatura e pressão foram variadas até chegar ao melhor resultado possível. A temperatura de 360,15 K e pressão de 102,225 N/m^2 foram os valores que chegaram mais próximos de uma ótima destilação do método flash. Na destilação de coluna, a temperatura mais efetiva foi de 298,15 K com uma pressão de 40000 N/m^2. Ambas destilações foram efetivas, porém, a destilação de colunas possui mais fatores que podem ser modificados caso os componentes não possuam uma destilação fácil de ser aplicada. 
Logo, nota-se um grande potencial do simulador ChemSep para o ensino de sistemas de separação no curso de engenharia química, permitindo a visualização dos resultados de forma dinâmica e clara por meio de tabelas e gráficos, facilitando o entendimento dos conceitos envolvidos em sistema de separação. 
.
Referências Bibliográficas
[1] https://jornada.ifsuldeminas.edu.br/index.php/jcpas/jspas/paper/viewFile/2703/1806
[2] https://jornada.ifsuldeminas.edu.br/index.php/jcpas/jspas/paper/viewFile/2928/1904
[3] http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=223&Itemid=413
[4] Marcelo, ROSA, Gilber, Química Industrial: Série Tekne; 
Disponivel em: < https://books.google.com.br/books?id=NUgOkQvt6FAC&lpg=PA1&hl=pt-
[5] https://profsabinoquimica.files.wordpress.com/2011/05/destilac3a7c3a3o-fracionada.pdf