Aula destilacao5 (1)

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DESTILAÇAO 
TÓPICOS EM OPERAÇÕES UNITÁRIAS II
12017
IntroduçãoIntrodução
 AA destilaçãodestilação comocomo opçãoopção dede umum processoprocesso unitáriounitário
dede separação,separação, vemvem sendosendo utilizadoutilizado pelapela
humanidadehumanidade desdedesde oo períodoperíodo queque passapassa pelapela eraera
dosdos antigosantigos alquimistasalquimistas..
 OO que,que, como,como, quandoquando ee porqueporque podemospodemos utilizarutilizar
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 OO que,que, como,como, quandoquando ee porqueporque podemospodemos utilizarutilizar
estaesta operaçãooperação éé objetoobjeto dede intensointenso estudoestudo..
 OO enfoqueenfoque atualatual dodo processoprocesso dede destilaçãodestilação éé
centradocentrado nana buscabusca pelapela eficiênciaeficiência ee
consequentementeconsequentemente reduçãoredução dede energiaenergia..
DestilaçãoDestilação
 ConceitoConceito:: éé umauma operaçãooperação queque visavisa separarseparar osos
componentecomponente dede umauma fasefase líquidalíquida atravésatravés dede suasua
vaporizaçãovaporização parcialparcial.. OsOs vaporesvapores sãosão maismais ricosricos nosnos
componentescomponentes maismais voláteisvoláteis dodo queque nono liquido,liquido, oo queque
possibilitapossibilita aa separaçãoseparação dede fraçõesfrações enriquecidasenriquecidas nosnos
componentescomponentes desejadosdesejados..
 EsteEste processoprocesso dede separasepara dede líquidoslíquidos éé umauma dasdas
operaçõesoperações básicasbásicas maismais importantesimportantes dada indústriaindústria ,, queque
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operaçõesoperações básicasbásicas maismais importantesimportantes dada indústriaindústria ,, queque
possibilitapossibilita separasepara osos componentescomponentes dede umauma misturamistura
líquidalíquida nana formaforma dede substânciassubstâncias puraspuras..
 ProcessoProcesso:: asas operaçõesoperações dede destilaçãodestilação realizamrealizam--sese emem
estágiosestágios nosnos quaisquais duasduas correntescorrentes (um(um líquidolíquido ee umum
vapor)vapor) entramentram emem contatocontato parapara produzirproduzir duasduas outrasoutras
correntecorrente cujascujas composiçõescomposições diferemdiferem dasdas originaisoriginais..
 DeDe umum modomodo geral,geral, oo vaporvapor queque saisai dede umum estágioestágio achaacha--
sese enriquecidoenriquecido nosnos componentecomponente maismais voláteisvoláteis.. OO líquidolíquido
porpor suasua vez,vez, saisai comcom menormenor quantidadequantidade dede voláteisvoláteis dodo
queque oo líquidolíquido alimentadoalimentado..
A destilação aplica-se em muitos outros processos industrias, seja
na purificação das matérias-primas do processo seja na separação
de impurezas, por exemplo dos produtos de reação. Assim, a
destilação é uma operação essencial na indústria de polímeros,
alimentar, farmacêutica, dos biocombustíveis (produção de
bioetanol), na dessalinização da água, etc.
Aplicações
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Principais DefiniçõesPrincipais Definições
 TemperaturaTemperatura dede ebuliçãoebulição:: temperaturatemperatura nana qual,qual, aa
umauma determinadadeterminada pressão,pressão, umauma substânciasubstância
experimentaexperimenta umauma mudançamudança dodo estadoestado líquidolíquido parapara oo
estadoestado vaporvapor..
 TemperaturaTemperatura dede pontoponto dede bolhabolha:: temperaturatemperatura nana
qualqual umauma determinadadeterminada misturamistura líquidalíquida apresentaapresenta aa
formaçãoformação dada 11ªª bolhabolha dede vaporvapor..
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formaçãoformação dada 11ªª bolhabolha dede vaporvapor..
 TemperaturaTemperatura dede pontoponto orvalhoorvalho:: temperaturatemperatura nana qualqual
umauma determinadadeterminada misturamistura gasosagasosa apresentaapresenta aa
formaçãoformação dada 11ªª gotagota dede líquidolíquido..
** ObsObs:: nono casocaso dede componentescomponentes purospuros oo pontoponto dede bolhabolha
coincidecoincide comcom oo pontoponto dede ebuliçãoebulição ee oo pontoponto dede
orvalhoorvalho comcom oo pontoponto dede condensaçãocondensação..
Principais DefiniçõesPrincipais Definições
 PressãoPressão ParcialParcial:: aa pressãopressão parcialparcial dede umum gásgás numnum
recipienterecipiente contendocontendo umauma misturamistura gasosagasosa éé definidadefinida
comocomo aa pressãopressão queque esseesse gásgás exerceriaexerceria sese estivesseestivesse
sozinhosozinho nono recipienterecipiente..
 PressãoPressão dede vaporvapor:: suponhasuponha umum líquidolíquido numnum recipienterecipiente
fechadofechado.. AsAs moléculasmoléculas dodo líquidolíquido estãoestão emem constanteconstante
agitaçãoagitação ee aquelasaquelas queque sese encontraremencontrarem nana superfíciesuperfície
livrelivre temtem umum tendênciatendência naturalnatural dede escaparemescaparem dada fasefase
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livrelivre temtem umum tendênciatendência naturalnatural dede escaparemescaparem dada fasefase
líquida,líquida, formandoformando umauma fasefase vaporvapor.. QuandoQuando esteeste
fenômenofenômeno ocorre,ocorre, umum estadoestado dede equilíbrioequilíbrio éé atingido,atingido,
e,e, aa pressãopressão exercidaexercida pelopelo vaporvapor formadoformado éé chamadachamada
dede pressãopressão dede vaporvapor dodo líquidolíquido aa temperaturatemperatura T,T, desdedesde
queque aa temperaturatemperatura sejaseja mantidamantida constanteconstante..
 VácuoVácuo:: ocorreocorre quandoquando aa pressãopressão dede umum determinadodeterminado
meiomeio éé menormenor queque aa pressãopressão externaexterna aa eleele..
(geralmente(geralmente essaessa pressãopressão externaexterna éé aa atmosférica,atmosférica, ouou
sejaseja 11 atm)atm)..
Principais DefiniçõesPrincipais Definições
 CalorCalor:: éé aa energiaenergia térmicatérmica emem trânsito,trânsito, queque éé
transferidatransferida entreentre osos corpos,corpos, aa diferentesdiferentes
temperaturastemperaturas..
 CalorCalor latentelatente:: éé oo calorcalor envolvidoenvolvido nana mudançamudança dede
estadoestado físicofísico numanuma dadadada pressãopressão semsem alteraralterar aa
temperaturatemperatura dede umauma unidadeunidade dodo fluidofluido..
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 CalorCalor sensívelsensível:: éé oo calorcalor responsávelresponsável pelopelo
aquecimentoaquecimento ouou resfriamentoresfriamento dede umauma dadadada massamassa
dede fluidofluido..
 EstadoEstado gasosogasoso:: observadoobservado quandoquando existeexiste umauma baixabaixa
atraçãoatração intermolecular,intermolecular, permitindopermitindo movimentaçãomovimentação
rápidarápida ee independenteindependente entreentre asas moléculasmoléculas..
Principais DefiniçõesPrincipais Definições
 EstadoEstado líquidolíquido::caracterizadocaracterizado porpor possuirpossuir umum estadoestado
intermediáriointermediário dede interaçãointeração molecular,molecular, entreentre oo gásgás ee
umum sólidosólido..
 EstadoEstado sólidosólido:: altaalta interaçãointeração entreentre suassuas moléculasmoléculas ee
formaforma definidadefinida..
 VaporVapor saturadosaturado:: éé oo vaporvapor queque emem determinadasdeterminadas
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 VaporVapor saturadosaturado:: éé oo vaporvapor queque emem determinadasdeterminadas
condiçõescondições dede temperaturatemperatura ee pressãopressão sese encontraencontra
comcom suasua fasefase líquida,líquida, oo chamandochamando equilíbrioequilíbrio líquidolíquido--
vaporvapor..
 VaporVapor superaquecidosuperaquecido:: éé oo vaporvapor saturadosaturado secoseco forafora
dada fasefase dede equilíbrio,equilíbrio, estandoestando numanuma temperaturatemperatura
superiorsuperior aa temperaturatemperatura dede saturaçãosaturação (ebulição)(ebulição)..
Principais DefiniçõesPrincipais Definições
 LíquidoLíquido saturadosaturado:: éé oo líquidolíquido queque emem certascertas
condiçõescondições dede pressãopressão ee temperaturatemperatura sese encontraencontra
emem equilíbrioequilíbrio comcom aa suasuafasefase vaporvapor..
 LíquidoLíquido subresfriadosubresfriado:: éé oo líquidolíquido queque sobsob certascertas
condiçõescondições dede pressãopressão sese encontraencontra forafora dada fasefase dede
equilíbrioequilíbrio estandoestando numanuma temperaturatemperatura dede saturaçãosaturação..
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 EquilíbrioEquilíbrio líquidolíquido--vaporvapor (ELV)(ELV):: umauma misturamistura líquidalíquida
estáestá emem equilíbrioequilíbrio comcom seuseu vaporvapor quandoquando oo nºnº dede
moléculasmoléculas dodo estadoestado líquidolíquido queque passapassa parapara oo
vaporvapor éé igualigual aoao nºnº dede moléculasmoléculas dodo estadoestado vaporvapor
queque passapassa parapara oo líquidolíquido..
 EntalpiaEntalpia:: éé oo calorcalor absorvidoabsorvido ouou liberadoliberado aa pressãopressão
constanteconstante.. ComoComo entalpiaentalpia éé umauma funçãofunção dede estado,estado,
seuseu valorvalor dependedepende somentesomente dodo conteúdoconteúdo dede calorcalor
dosdos estadoestado inicialinicial ee finalfinal..
DefiniçõesDefinições
 AzeotropiaAzeotropia:: AzeótropoAzeótropo éé umauma misturamistura dede duasduas ouou maismais
substânciassubstâncias que,que, aa umauma certacerta composição,composição, possuipossui umum pontoponto
dede ebuliçãoebulição constanteconstante ee fixo,fixo, comocomo sese fossefosse umauma substânciasubstância
pura,pura, nãonão podendo,podendo, porpor isso,isso, seusseus componentescomponentes seremserem
separadosseparados porpor processoprocesso dede destilaçãodestilação simplessimples.. OutraOutra
característicacaracterística dede umum azeótropoazeótropo éé queque aa composiçãocomposição dodo
líquidolíquido azeótropoazeótropo ee dodo vaporvapor emem equilíbrioequilíbrio comcom taltal líquidolíquido éé
aa mesmamesma.. PorPor exemplo,exemplo, sese umum azeótropoazeótropo éé compostocomposto dede
duasduas substâncias,substâncias, AA ee B,B, comcom proporçõesproporções respectivasrespectivas dede
6060%% ee 4040%%,, quandoquando vaporizadovaporizado resultaresulta emem umum vaporvapor comcom
osos mesmosmesmos 6060%% dede AA ee 4040%% dede BB..
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6060%% ee 4040%%,, quandoquando vaporizadovaporizado resultaresulta emem umum vaporvapor comcom
osos mesmosmesmos 6060%% dede AA ee 4040%% dede BB..
–– azeótropoazeótropo dede mínimomínimo pontoponto dede ebuliçãoebulição :: ocorreocorre quandoquando oo
azeótropoazeótropo formadoformado temtem umum pontoponto dede ebuliçãoebulição menormenor queque osos dosdos
componentescomponentes separadamenteseparadamente..
–– azeótropoazeótropo dede máximomáximo pontoponto dede ebuliçãoebulição :: ocorreocorre quandoquando oo
azeótropoazeótropo formadoformado temtem umum pontoponto dede ebuliçãoebulição maiormaior queque osos dosdos
componentescomponentes separadamenteseparadamente..
 VolatilidadeVolatilidade:: éé umum parâmetroparâmetro queque indicaindica aa maiormaior ouou menormenor
tendênciatendência dede umauma substânciasubstância passarpassar dodo estadoestado líquidolíquido parapara oo
vaporvapor.. Portanto,Portanto, quantoquanto maiormaior aa pressãopressão dede vaporvapor dede umauma
substânciasubstância maiormaior éé suasua volatilidade,volatilidade,
–– volatilidadevolatilidade relativarelativa :: éé definidadefinida comocomo aa razãorazão dada volatilidadevolatilidade entreentre
doisdois componentescomponentes..
Curvas de EquilíbrioCurvas de Equilíbrio
 OsOs cálculoscálculos dede destilaçãodestilação ficamficam maismais
simplessimples quandoquando osos dadosdados dede equilíbrioequilíbrio sãosão
postospostos numanuma curvacurva yy vsvs x,x, denominadadenominada
curvacurva dede equilíbrio,equilíbrio, ondeonde yy éé aa fraçãofração
molarmolar nana fasefase vaporvapor ee xx éé aa fraçãofração molarmolar
nana fasefase líquidalíquida..
PodemosPodemos tambémtambém utilizarutilizar aa curvacurva dede
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 PodemosPodemos tambémtambém utilizarutilizar aa curvacurva dede
equilíbrioequilíbrio nono processoprocesso dede destilaçãodestilação parapara
determinardeterminar asas condiçõescondições dede equilíbrioequilíbrio
parapara cadacada pratoprato..
 UmUm dosdos métodosmétodos parapara calcularcalcular oo nºnº dede
pratospratos teóricosteóricos necessáriosnecessários parapara realizarrealizar aa
separação,separação, éé oo dede McCabeMcCabe--ThieleThiele..
Curvas de EquilíbrioCurvas de Equilíbrio
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Tipos de DestilaçãoTipos de Destilação
 UmaUma destilaçãodestilação podepode serser conduzidaconduzida dede umauma
variedadevariedade dede modos,modos, cadacada umum dosdos quaisquais apresentaapresenta
vantagemvantagem ee desvantagensdesvantagens numanuma determinadadeterminada
situaçãosituação particularparticular.. ObservaObserva--se,se, todavia,todavia, queque osos
diversosdiversos modosmodos dede operaroperar sãosão modificaçõesmodificações dosdos
seguintesseguintes métodosmétodos queque podempodem serser consideradosconsiderados
fundamentaisfundamentais::
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fundamentaisfundamentais::
–– diferencialdiferencial
–– dede equilíbrioequilíbrio (FLASH)(FLASH)
–– porpor arrastearraste dede vaporvapor
–– fracionadafracionada
–– extrativaextrativa
–– azeotrópicaazeotrópica
Destilação DiferencialDestilação Diferencial
 EstaEsta operaçãooperação tambémtambém éé conhecidaconhecida comocomo destilaçãodestilação
RayleighRayleigh ouou simplessimples,, éé descontínuadescontínua.. AA cargacarga éé
colocadacolocada nono fervedorfervedor ee aquecidaaquecida atéaté suasua
temperaturatemperatura dede ebuliçãoebulição.. ImediatamenteImediatamente depoisdepois
vaporvapor formadoformado atravésatravés dede umum condensadorcondensador.. TantoTanto oo
vapor,vapor, queque sese encontraencontra enriquecidoenriquecido nono componentecomponente
maismais volátilevolátile,, comocomo oo líquidolíquido dodo fervedorfervedor podempodem serser
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maismais volátilevolátile,, comocomo oo líquidolíquido dodo fervedorfervedor podempodem serser
oo produtoproduto dada operaçãooperação..
 AA aparelhagemaparelhagem utilizadautilizada constaconsta dede umum fervedorfervedor queque
vaivai vaporizandovaporizando aa carga,carga, ee dede umum condensadorcondensador.. NoNo
laboratóriolaboratório estaesta operaçãooperação éé realizadarealizada numnum balãobalão dede
vidrovidro dede pescoçopescoço curtocurto nono qualqual éé adaptadoadaptado oo
condensadorcondensador..
Destilação DiferencialDestilação Diferencial
Destilação de EquilíbrioDestilação de Equilíbrio
 ÉÉ tambémtambém chamadachamada dede destilaçãodestilação
FLASHFLASH,, podendopodendo serser realizadarealizada emem
bateladabatelada ouou emem operaçãooperação contínuacontínua.. EsteEste
segundosegundo modomodo dede operaroperar éé maismais
frequentefrequente..
 AA alimentaçãoalimentação líquidalíquida prépré--aquecidaaquecida éé
alimentadaalimentada numnum tanquetanque dede expansãoexpansão
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alimentadaalimentada numnum tanquetanque dede expansãoexpansão
atravésatravés umauma válvulaválvula dede estrangulamento,estrangulamento,
nono qualqual umauma parteparte dodo líquidolíquido vaporizavaporiza.. OO
vaporvapor produzidoproduzido ee oo líquidolíquido nãonão
vaporizadovaporizado sãosão retiradoretirado continuamentecontinuamente
dodo tanquetanque logologo queque sese formaforma..
 VáriasVárias unidadesunidades dodo tipotipo descritodescrito poderãopoderão
serser utilizadasutilizadas emem série,série, dede modomodo aa serser
realizadarealizada operaçãooperação multiestágiomultiestágio aa fimfim dede
aumentaraumentar aa flexibilidadeflexibilidade destedeste tipotipo dede
operaçãooperação..
Destilação FlashDestilação Flash
Em alternativa, a alimentação pode ser um vapor
sobreaquecido que é arrefecido até ocorrer condensação
parcial, separando-se depois, num tanque flash, o líquido e o
vapor em equilíbrio que se formam.
Destilação Flash
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A Destilação “Flash” só permiteum grau de separação 
razoável se a diferença de volatilidade entre os dois compostos 
a separar (A e B) for elevada.
Destilação por arrasteDestilação por arraste
 ÉÉ umum métodométodo variantevariante dede destilaçãodestilação simples,simples,
consisteconsiste emem injetarinjetar vaporvapor vivovivo nono fervedorfervedor emem vezvez
dede realizarrealizar oo aquecimentoaquecimento atravésatravés dede umum trocadortrocador..
 OO vaporvapor queque saisai dada misturamistura arrastaarrasta
preferencialmentepreferencialmente oo componentecomponente maismais volátilvolátil..
 EsteEste métodométodo éé bastantebastante comum,comum, sendosendo conhecidoconhecido
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 EsteEste métodométodo éé bastantebastante comum,comum, sendosendo conhecidoconhecido
tambémtambém pelopelo nomenome dede destilaçãodestilação comcom vaporvapor..
 SeuSeu maiormaior empregoemprego éé aa vaporizaçãovaporização dede misturasmisturas
comcom característicascaracterísticas desfavoráveisdesfavoráveis dede transferênciatransferência
dada calorcalor ouou dede líquidoslíquidos queque sese decompõemdecompõem quandoquando
destiladosdestilados normalmentenormalmente àà pressãopressão atmosféricaatmosférica..
 ÉÉ utilizadautilizada parapara misturasmisturas líquidaslíquidas insolúveisinsolúveis nono
solventesolvente..
Destilação FracionadaDestilação Fracionada
 AsAs operaçõesoperações atéaté agoraagora descritasdescritas propiciampropiciam
poucopouco enriquecimentoenriquecimento dodo vaporvapor produzidoproduzido..
 NaNa destilaçãodestilação fracionadafracionada operaopera--sese comcom
vaporizaçõesvaporizações ee condensaçõescondensações sucessivassucessivas
numnum equipamentoequipamento dede menormenor custo,custo,
conhecidoconhecido comocomo colunacoluna dede fracionamentofracionamento..
 SóSó poderápoderá serser utilizadautilizada quandoquando osos
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 SóSó poderápoderá serser utilizadautilizada quandoquando osos
componentescomponentes dada misturamistura tivertiver pontospontos dede
ebuliçãoebulição bembem diferentesdiferentes..
 AsAs colunascolunas dede fracionamentofracionamento podempodem serser::
–– partospartos
–– recheiorecheio
 EsteEste tipotipo dede destilaçãodestilação podepode serser efetuadaefetuada
emem bateladabatelada ouou continuamentecontinuamente..
Torres de PratosTorres de Pratos
 OO contatocontato líquidolíquido--vaporvapor éé feitofeito emem estágios,estágios, istoisto é,é, oo
vaporvapor entraentra emem contatocontato comcom oo líquidolíquido aa intervalosintervalos
determinadosdeterminados..
 TiposTipos dede PratosPratos::
–– perfuradosperfurados
–– valvuladosvalvulados
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–– valvuladosvalvulados
 ZonasZonas dede umauma colunacoluna::
–– zonazona dede strippingstripping ouou esgotamentoesgotamento :: sãosão estágiosestágios nosnos
quaisquais aa concentraçãoconcentração dede componentescomponentes menosmenos voláteisvoláteis
estãoestão nana correntecorrente líquida,líquida, dede maneiramaneira geral,geral, aa zonazona dede
strippingstripping encontraencontra--sese abaixoabaixo dodo pontoponto dede alimentaçãoalimentação..
–– ZonaZona dede retificaçãoretificação ouou enriquecimentoenriquecimento :: sãosão estágiosestágios
nosnos quaisquais aa concentraçãoconcentração dosdos componentescomponentes maismais
voláteisvoláteis estãoestão nana fasefase vapor,vapor, normalmentenormalmente estaesta zonazona
encontraencontra--sese acimaacima dodo pratoprato dede alimentaçãoalimentação..
Zonas de da ColunaZonas de da Coluna
Tipos de Pratos
Colunas de PratosColunas de Pratos
Coluna de RecheioColuna de Recheio
 TorreTorre dede recheiorecheio:: oo contatocontato entreentre oo líquidolíquido--vaporvapor éé
contínuo,contínuo, ouou seja,seja, aoao longolongo dede todotodo equipamentoequipamento
nãonão háhá espaçoespaço emem queque nãonão hajahaja oo contatocontato..
 AA transferênciatransferência dede massamassa entreentre asas fasesfases éé promovidapromovida
pelopelo recheio,recheio, oo qualqual temtem funçãofunção dede aumentaraumentar aa
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pelopelo recheio,recheio, oo qualqual temtem funçãofunção dede aumentaraumentar aa
superfíciesuperfície internainterna dede umauma coluna,coluna, permitindopermitindo oo
aumentoaumento dede contatocontato entreentre aa fasefase líquidalíquida ee gasosagasosa..
 AA eficiênciaeficiência dede umauma colunacoluna éé associadaassociada dodo recheio,recheio,
nono qualqual sese procuraprocura associarassociar asas seguintesseguintes
característicascaracterísticas:: áreaárea superficialsuperficial versusversus volumevolume..
Tipos de RecheioTipos de Recheio
 ExistemExistem umum grandegrande númerosnúmeros dede tipostipos dede recheiosrecheios nono
mercadomercado mundial,mundial, masmas apenasapenas umum pequenospequenos grupogrupo éé
efetivamenteefetivamente usadousado.. OsOs recheiosrecheios podempodem serser classificadosclassificados
basicamentebasicamente emem doisdois gruposgrupos::
 RandômicosRandômicos:: contituídoscontituídos dede peçaspeças dede nono máximomáximo 9090 mm,mm,
queque sãosão colocadoscolocados aoao acasoacaso nono leitoleito parapara permitirpermitir umauma
distribuiçãodistribuição desarrumadadesarrumada dede seusseus elementoselementos..
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distribuiçãodistribuição desarrumadadesarrumada dede seusseus elementoselementos..
–– AneisAneis dede raschigraschig
–– SelasSelas dede BerlBerl
–– SelasSelas IntaloxIntalox
–– AnéisAnéis dede PallPall
–– IMTPIMTP
 RecheiosRecheios EstruturadosEstruturados:: sãosão todostodos queque podempodem serser
colocadoscolocados nana torretorre dede umauma formaforma ordenadaordenada ouou arrumada,arrumada,
sendo,sendo, porpor isto,isto, muitasmuitas vezes,vezes, tambémtambém chamadochamado
ordenadosordenados ouou arrumadosarrumados..
Tipos de Recheio
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AcessóriosAcessórios
 CondensadoresCondensadores:: éé oo equipamentoequipamento destinadodestinado aa promoverpromover oo
refluxorefluxo atravésatravés dada colunacoluna..
–– CondensadorCondensador parcialparcial:: implicaráimplicará sempresempre nana caracterizaçãocaracterização dada
correntecorrente dede refluxorefluxo nana condiçãocondição dede líquidolíquido saturadosaturado..
–– CondensadorCondensador totaltotal:: dodo pontoponto dede vistavista dada caracterizaçãocaracterização dada
correntecorrente dede refluxorefluxo ee produtoproduto oo condensadorcondensador totaltotal seráserá
dimensionadodimensionado comcom oo objetivoobjetivo dede obterobter umum líquidolíquido saturadosaturado ouou
subresfriadosubresfriado..
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subresfriadosubresfriado..
 RefervedorRefervedor:: aa fontefonte dede energiaenergia utilizadautilizada parapara proporcionarproporcionar aa
transferênciatransferência dede massamassa éé normalmentenormalmente fornecidafornecida porpor
refervedorrefervedor.. OsOs tipostipos maismais comunscomuns sãosão osos refervedoresrefervedores
termosifãotermosifão queque podempodem serser verticaisverticais ouou horizontais,horizontais, osos dede
circulaçãocirculação forçadaforçada ee osos kettlekettle (chaleiras)(chaleiras)..
 DemisterDemister:: consisteconsiste emem umum dispositivodispositivo utilizadoutilizado nono topotopo dede
umum equipamentoequipamento ee comcom oo objetivoobjetivo dede reterreter gotículasgotículas
arrastadasarrastadas pelopelo vapor,vapor, aglutinandoaglutinando asas gotículasgotículas tornandotornando--asas
maioresmaiores ee maismais pesadas,pesadas, permitindo,permitindo, assim,assim, oo seuseu retorno,retorno,
porpor açaoaçao dada gravidade,gravidade, parapara oo sistemasistema..
Condensadores e RefervedoresCondensadores e Refervedores
RefluxoRefluxo
Para melhorar a separação das frações desejadas, utiliza-se o
retorno de parte do destilado na forma de refluxo, o que faz
aumentar a concentração de leves no topo, consequentementeaumentando a pureza do destilado e mantendo uma vazão
descendente de líquido na coluna.
Nas torres de destilação fracionada existem dois tipos de refluxo:
externo e interno. A razão de refluxo interna 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 vazão de destilado
(produto de topo).
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 a carga e do refluxo
RefluxoRefluxo
Enriquecimento
31
geradas a partir a carga e do refluxo
externo à torre de destilação, ou seja, o
refluxo interno na seção de
enriquecimento é gerado pelo refluxo
externo, enquanto que na seção de
esgotamento, é gerado pelo refluxo
interno mais a carga
Esgotamento
DIAGRAMA DE FASES
Figura: Diagrama de pontos de ebulição para o benzendo
(A)-tolueno (B) a 101.325 kPa (1 atm) de pressão total
Destilação fracionada com refluxo e método de 
McCabe-Thiele
Processo na qual se leva em consideração uma série de etapas de
vaporização instantânea, de maneira que os produtos gasosos e os
líquidos de cada etapa fluem em contracorrente. Assim, em cada
etapa entra uma corrente de vapor V e uma corrente de líquido L,
que se misturam e alcançam seu equilíbrio.
34
ANDAR EM EQUILÍBRIO
Cada uma das unidades onde se promove o contato entre as
correntes de líquido e de vapor em circulação na coluna, com vista
a produzir duas novas correntes de líquido e de vapor, em
equilíbrio, é designado por Andar em Equilíbrio ou Andar Teórico
35
Balanço de massa e de componentes:
nnnnnnnn
nnnn
xLyVxLyV
LVLV




1111
11
36
n
Coluna de destilação onde é apresentado as seções de balanço
de massa para método de McCabe-Thiele
Seção de 
enriquecimento
Destilado
WDF 
37
Seção de 
empobrecimento
Produto de 
Fundo
Alimentação
WDF WxDxFx
WDF


Equações para a seção de enriquecimento
Dnnnn
nn
DxxLyV
DLV




11
1
DxL
38
LOR
Taxa de refluxo
Combinação
11
1
11
1









R
x
x
R
R
y
D
L
D
L
R
V
Dx
x
V
L
y
D
nn
n
n
D
n
n
n
n
Balanço de massa e linha de operação para a 
seção de enriquecimento: esquema da torre.
39
40
11
1

 
n
D
n
n
n
n
V
Dx
x
V
L
y
A equação abaixo resulta em uma reta quando se plota a composição do
vapor em função da composição do líquido.
- A Figura ao lado relaciona as
Equações para a seção de enriquecimento
41
Figura - Linhas de operação e de equilíbrio
composições das correntes em contato.
- A inclinação é Ln/Vn+1 ou R/(R+1).
- A interseção com a linha y=x (linha
diagonal de 45°) ocorre no ponto x=xD.
- A interseção da linha de operação em
x=0 é y=xD/(R+1).
- Os estágios teóricos (ou
número de etapas) são
determinados a partir de xD e
escalonando o primeiro prato
até x1.
- y2 é a composição do vapor 
que passa através do líquido 
x . 
Equações para a seção de enriquecimento
42
Figura - Linhas de operação e de equilíbrio
- Isto é feito de forma
semelhante com os pratos
teóricos restantes que são
escalonados para baixo da
torre na secção de
enriquecimento para a prato
de alimentação.
x1. 
Equações para a seção de empobrecimento
43
Balanço de massa e linha de operação para a seção de enpobrecimento
(a) esquema da torre.
Equações para a seção de empobrecimento
mm WLV 1
O balanço total de massa e componentes na seção de empobrecimento da
torre de destilação é:
44
11
1

 
m
W
m
m
m
m
V
Wx
x
V
L
y
Wmmmm
mm
WxxLyV 

11
1
Isolando para ym+1 :
Novamente, uma vez se
assume fluxo equimolar,
Lm=Ln= constante e Vm+1 =
Vn= constante. Assim, a
equação anterior é uma reta
quando se plota y em função
45
quando se plota y em função
de x com inclinação Lm/Vm+1.
A interseção com a linha y=x é
o ponto x=xW. A interseção em
x=0 é y=-WxW/Vm+1.
Figura - Linhas de operação e de equilíbrio
As condições da corrente de alimentação F que entra na torre, determinam a
relação entre o vapor Vm na seção de empobrecimento e Vn na seção de
enriquecimento e entre Lm e Ln.
Por conveniência de cálculo, as condições de alimentação se apresentam com
Efeito das Condições da Alimentação
46
Por conveniência de cálculo, as condições de alimentação se apresentam com
a quantidade q, que se define como:
oalimentaçã da ão vaporizaçdemolar latentecalor 
entrada de condições nas
oalimentaçã de 1mol vaporizarpara necessáriocalor 
q
Ou em termos de entalpia:
Vap
FV
LV
FV
H
HH
HH
HH
q





47
Onde HV é a entalpia do ponto de orvalho de alimentação, HL é a entalpia da
alimentação na temperatura de ebulição (ou ponto de bolha), HF representa a
entalpia das condições de admissão da alimentação.
Também podemos considerar o “q” como o número de moles de líquido
saturado produzido no prato da alimentação por cada mol de alimentação
que penetra na torre. Vejamos
Alimentação: Equilíbrio Líquido-Vapor
Figura – relação entre os fluxos acima e abaixo da entrada da alimentação.
Com base nas definições de q, pode-se estabelecer as seguintes equações:
FqVV
qFLL
mn
nm
)1( 

O ponto de interseção das equações de linha
de operação de enriquecimento e
empobrecimento em um gráfico xy se obtém
através das equações sem os sub índices dos
pratos:
Wmm
Dnn
WxxLyV
DxxLyV


Onde os valores de y e x dão o ponto de interseção das linhas de operação.
Subtraindo as duas equações passadas, temos:
)()()( wDnmnm WxDxxLLyVV 
Substituindo as equações já vistas:Substituindo as equações já vistas:
eFqVV
qFLL
mn
nm
)1( 

WDF WxDxFx 
Teremos:
11 



q
x
x
q
q
y F
Essa equação é a equação linha-q e estabelece a localização da interseção
de ambas as linhas de operação. Considerando que y=x na equaçãode ambas as linhas de operação. Considerando que y=x na equação
passada, a interseção da equação da linha-q com a linha de 45° é y = x =
xF , onde xF é a composição total da alimentação.
Na figura abaixo, a linha-q é plotada para várias condições da alimentação.
A inclinação da linha-q é q/(q-1). Por exemplo, para um líquido abaixo do
seu ponto de ebulição, q > 1, e a inclinação é > 1. Se plota as linhas de
operação, para o caso da alimentação parte líquida e parte vapor, as linhas
se interceptam na linha-q.
Figura – Localização da linha q para diferentes condições de alimentação: líquido a baixo do ponto de ebulição (q>1);
líquido em seu ponto de ebulição (q=1); líquido + vapor (O<q<1), vapor saturado (q=0).
Um método conveniente de localizar a linha de operação de
empobrecimento consiste em plotar a linha de operação de enriquecimento
e a linha-q, depois se traça a linha de empobrecimento entre a interseção da
linha-q e a linha de operação de enriquecimento e o ponto y=x=xW.
Figura – Localização da linha q para diferentes condições de alimentação: líquido a baixo do ponto de ebulição
(q>1); líquido em seu ponto de ebulição (q=1); líquido + vapor (O<q<1), vapor saturado (q=0).
5. Localização do prato de alimentação em uma torre e
número de pratos teóricos
Para determinar o número de pratos teóricos em uma torre se
traça as linhas de empobrecimento e de operação de maneiraque
interceptam na linha-q, conforme mostrado na Figura abaixo:
Prato da 
alimentação
Prato da 
alimentação
Figura – Método para calcular o número de pratos teóricos e a localização do prato da alimentação: (a) localização inapropriada 
da alimentação no prato 4; (b) localização apropriada da alimentação no prato 2 para obter um número mínimo de etapas.
- Depois, começa-se a escalonar os pratos para baixo, começando
na parte superior (topo), em xD.
- Para os pratos 2 e 3, os escalonamentos podem ir para a linha de
operação de enriquecimento (figura anterior- a).
- No ponto 4, o escalonamento passa para a linha de
empobrecimento. São necessários então, 4,0 pratos teóricos. (a
alimentação estaria no prato 4).
- Para o método correto, o deslocamento é feito na etapa 2 para a
linha de empobrecimento, conforme apresentado na Figura parte
b.
- Um total de apenas 2,5 pratos são necessárias com a alimentação
na etapa 2.
Para se manter o número mínimo de pratos, a mudança
da linha de operação de enriquecimento para a linha de
operação de empobrecimento deve ser feita na primeira
oportunidade, depois de passar a interseção da linha de
56
oportunidade, depois de passar a interseção da linha de
operação
Na Figura b, a alimentação é parte líquida parte vapor, pois
0<q<1. Assim, ao introduzir a alimentação no prato 2, a porção
de vapor da alimentação é separado e adicionado abaixo do
prato 2 e o líquido é adicionado ao liquido da parte superior do
prato 2, que penetra o mesmo.
Figura – Método para medir o número de pratos teóricos e a localização do prato da alimentação: (a) localização inapropriada da 
alimentação no prato 4; (b) localização apropriada da alimentação no prato 2 para obter um número mínimo de etapas.
Eficiência da Coluna de Destilação
Um prato de uma coluna de destilação não coincide exatamente com um andar
em equilíbrio. De fato, para concretizar um andar em equilíbrio é preciso sempre
mais do que um prato. Na prática, a separação em cada andar nunca atinge o
equilíbrio entre o líquido e o vapor e, por isso, a separação teórica conseguida
num andar em equilíbrio corresponde, na realidade, a mais do que um prato. A
razão entre o número de andares teóricos prato e o número de pratos que a
coluna tem de ter designa-se por eficiência da coluna. A eficiência é função de
vários parâmetros (tipo de chave pesado, viscosidade do líquido, tensão
58
vários parâmetros (tipo de chave pesado, viscosidade do líquido, tensão
superficial do líquido, etc.)
Nteórico = n -1 (1 = fervedor)
Exercício: Se deseja destilar uma mistura líquida de benzeno-tolueno em
uma torre fracionada a 101,3kPa de pressão. A alimentação de
100kgmol/h é líquida e contém 45% mol de benzeno e 55% mol de
tolueno, e entra a 327,6K. Também se deseja obter um destilado que
contenha 95% mol de benzeno e 5%mol de tolueno e um resíduo que
contenha 10%mol de benzeno e 90%mol de tolueno. A relação de refluxocontenha 10%mol de benzeno e 90%mol de tolueno. A relação de refluxo
é 4:1. A capacidade calorífica média da alimentação é 159kJ/kg mol K e
o calor latente médio é 32099kJ/kg mol. Na tabela e na Figura a seguir
encontram-se os dados de equilíbrio desse sistema. Calcule o kg por hora
de destilado, o kg mol por hora de resíduo e o número de pratos teóricos
requeridos.
Figura: Diagrama de pontos de ebulição para o
benzendo (A)-tolueno (B) a 101.325 kPa (1 atm)
de pressão total.
Resultado: ao dados fornecidos são F=100kgmol/h, xF=0,45; xD=0,95,
xW=0,10 e R=Ln/D=4. Para o balanço total de massa, temos:
WD
WDF


100
Balanço de sólidos:
h58,8kgmol/kgmol/h W2,41D
)10,0)(100()95,0()45,0(100



DD
WxDxFx WDF
19,08,0
14
95,0
14
4
11
1 







 nn
D
nn xx
R
x
x
R
R
y
Para a linha de operação de enriquecimento, usando a equação:
A Figura abaixo estão plotados os dados de equilíbrio da tabela acima e a
linha de operação de enriquecimento:
Prato da 
alimentação
Em seguida, se calcula o valor de q. Com base no diagrama de pontos de
ebulição, para xF=0,45, o ponto de ebulição da alimentação é 93,5°C. Da
equação:
Vap
FV
LV
FV
H
HH
HH
HH
q





Temos: HV - HL=calor latente=32099kJ/kgmol. O numerador da equação
é:
Sabendo que:
)()( FLLVFV HHHHHH 
)( FBpLFL TTcHH 
Onde a capacidade calorífica da alimentação líquida cpL = 159kJ/kg mol K,
TB = 366,7K (ponto de ebulição da alimentação) e TF = 327,6K (temperatura
de entrada da alimentação). Substituindo as equações:
)()( FLLVFV HHHHHH 
)( FBpLFL TTcHH 
Na equação:
Temos:
LV
FV
HH
HH
q



LV
FBpLLV
HH
TTcHH
q



)()(
Ao substituir os valores na equação, temos:
Com base na equação, a inclinação da linha-q é:
1951
32099
6327736615932099
,
),,(


q
126
11951
1951
1
,
,
,



q
q
- É plotado a linha-q na figura, a partir do ponto y = xF = 0,45
com inclinação 6,12.
- A linha de operação de empobrecimento é traçada conectando
o ponto y = x = xW = 0,10 com a interseção da linha-q e a linha
de operação de enriquecimento.
- A partir do ponto y = x = xD, se traça as etapas teóricas como
é mostrado na figura. O número de pratos teóricos é 7,6 ou 7,6
menos o aquecedor, ou seja, 6,6 pratos teóricos.
-A alimentação se introduz no prato 5 a partir da parte superior.