3 OpU Proc Separ Destil 1 2e3 AulaZecão 2018.1

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1DESTILAÇÃO
2
2
TÓPICOS ABORDADOS NO CURSO
Î1 - OBJETIVO
Î - PROCESSOS INDUSTRIAIS 
Î - SELEÇÃO DO PROCESSO DE SEPARAÇÃO
Î - HISTÓRICO DA DESTILAÇÃO
Î2 - DEFINIÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS
Î3 - CLASSIFICAÇÃO DO PROCESSO DE DESTILAÇÃO
Ö3.1 - Quanto ao tipo de operação
Ö3.2 - Quanto às características do equipamento
Ö3.3 - Quanto aos agentes de separação
3
3
Î4 - ASPECTOS IMPORTANTES NA DESTILAÇÃO
Ö4.1 - Tipos de colunas quanto ao dispositivo de contato
líquido/vapor
colunas de recheio
colunas de pratos
Ö4.2 - Colunas de pratos
4.2.1 -Tipos de escoamento
�escoamento cruzado
�escoamento em contra corrente
TÓPICOS ABORDADOS NO CURSO
4
4
Î4 - ASPECTOS IMPORTANTES NA DESTILAÇÃO (cont)
Ö4.2 - Colunas de pratos (cont)
4.2.3 - Tipos e características principais de cada prato
�prato com borbulhador
�pratos valvulados
�pratos perfurados
4.2.4 - Esquema das bandejas
4.2.5 - Queda de Pressão
4.2.6 - Eficiência da bandeja
TÓPICOS ABORDADOS NO CURSO
5
5
Î 5 - VARIÁVEIS PARA ACOMPANHAMENTO DE
PROCESSO
Î 6 - HIDRÁULICA DE TORRES
Ö6.1 - Weeping (gotejamento)
Ö6.2 - Dumping
Ö6.3 - Inundação
Ö6.4 - Entrainment (arraste)
Ö6.5 - Maximum Velocity (Velocidade excessiva de
líquido no downcomer e Ultimate Capacyty
(capacidade limite)
Ö6.6 - Limites Operacionais de uma torre de pratos
TÓPICOS ABORDADOS NO CURSO
6
6
Î7 - PRINCÍPIOS DE DESTILAÇÃO
Ö7.1 - Balanço Materiais
Ö7.2 - Equilíbrio de Líquido-Vapor - Sistemas Binários
7.2.1 - Equilíbrio Líquido-Vapor - Definição
7.2.2 - Pressão de Vapor
7.2.3 - Gás Ideal, Mistura Gasosa Ideal e Lei de
Dalton
7.2.4 - Solução Ideal - Lei de Raoult
7.2.5 - Volatilidade Relativa e Constante de
equilíbrio
7.2.6 - Diagramas de equilíbrio Líquido/Vapor
TÓPICOS ABORDADOS NO CURSO
7
7
Î8 – DESTILAÇÃO: PROJETO DE COLUNAS - MÉTODO 
MCCABE-THIELE
Ö8.1 - Definições
Ö8.2 - Equações do Balanço de Massa
Ö8.3 - Diagrama x - y
Ö8.4 - Reta de operação da seção de Absorção
Ö8.5 - Reta de operação da seção de Stripping
Ö8.6 - Interseção das retas de operação (Reta q)
Ö8.7 - Cálculo do Número de Estágios e Localização do
Prato de Carga
Ö8.8 - Influência da Razão de Refluxo (RR) e RR mínima
Ö8.9 - Refluxo total e N° mínimo de estágios
Ö8.10 - Razão de Refluxo Ótima
Ö8.11 - Eficiência
TÓPICOS ABORDADOS NO CURSO
8
8
Î9 - MELHORIAS OPERACIONAIS
Ö9.1 - Efeito da razão de refluxo
Ö9.2 - Isolamento Térmico
Ö9.3 - Efeito da localização do prato de alimentação
Ö9.4 - Incrustação em Refervedores e Condensadores
Ö9.5 - Efeito da Pressão de operação
Ö9.6 - Pre-aquecimento da carga
Ö9.7 - Auxiliares
Î10 - CONTROLE DE PROCESSO
TÓPICOS ABORDADOS NO CURSO
9
9
Î11 - PERIFÉRICOS DAS TORRES
Ö11.1 - Condensadores
Ö11.2 - Refervedores
Î12 - ABSORÇÃO
Ö12.1 - Introdução
Ö12.2 - Torres de bandeja
Ö12.3 - Torres Recheadas
12.3.1 - Partes principais - Internos
12.3.2 - Tipos de Recheio
Ö12.4 - - Pratos versus Recheio
TÓPICOS ABORDADOS NO CURSO
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10
1 - OBJETIVO
ÎConhecer os processos de separação dando ênfase à Destilação
abordando:
variáveis de processo
projeto de colunas de destilação
influência das variáveis na operação das colunas
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11
Separação
Separação
Separação
Reação
PROCESSOS INDUSTRIAIS
Produtos
Separação
Reciclo de 
Contaminantes
Água 
Efluente
Impurezas
Matérias 
Primas
Ar 
Efluente
Ar Limpo
Água 
Limpa
Reciclo de 
Contaminantes
Subprodutos
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12
FASES DA MATÉRIA
13
13
EQUILÍBRIO DE FASES
• Quando duas fases são postas em contato elas tendem a 
trocar seus constituintes até que a composição de cada fase 
atinja um valor constante. Quando isto acontece, diz-se que o 
sistema está em Equilíbrio Termodinâmico;
• As fases em contato podem ser líquidas, sólidas ou gasosas;
• Quando só há um componente nas fases, obviamente a 
composição de cada fase será igual;
• Quando há mais de um componente nas fases, em geral as 
composições de cada fase serão diferentes. Esta é a base dos 
procesos de separação por equilíbrio de fases;
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14
EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR
¾ Base para operações de separação como a destilação, a 
absorção e o “stripping”
15
15
EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR
ÎO vapor de uma mistura em ebulição será mais rico nos 
componentes que possuem menor ponto de ebulição (mais volátil)
que a mistura original, enquanto que o líquido remanescente 
conterá mais o material menos volátil.
y2
x2x1
y1
P
T
Equilíbrio entre as 
fases líquida e vapor
16
16
EQUILÍBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO
¾ Base para operações de separação como a extração
17
17
EQUILÍBRIO FLUIDO-SÓLIDO
¾ Base para operações de separação como a 
cristalização e a adsorção
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18
SELEÇÃO DO PROCESSO DE 
SEPARAÇÃO
Î Alguns fatores devem ser considerados na seleção de um 
processo de separação:
1. Viabilidade
Capacidade em realizar a separação;
Eficiência de separação;
Deve ser capaz de obter a pureza desejada; e
Condições extremas de pressão e temperatura devem ser 
evitadas.
19
19
SELEÇÃO DO PROCESSO DE 
SEPARAÇÃO
2. Valor do produto
 Produtos de baixo valor comercial serão mais viáveis de 
serem obtidos em processos com baixo consumo de energia, 
de baixo custo de produção, com pequeno investimento e 
em grandes plantas industriais.
3. Degradação do produto
 Altas temperaturas em sistemas com produtos pesados 
pode levar a um craqueamento ou polimerização.
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SELEÇÃO DO PROCESSO DE 
SEPARAÇÃO
4. Consumo de energia
Processos que usam energia como agente separador:
menor consumo de energia (destilação);
Processos que usam um novo composto como agente 
separador: necessidade de regeneração (extração e 
absorção);
Processos governados pelo fluxo: recuperação de energia 
nos produtos quase nunca é possível (membrana); e
Processos que tenham uma fase sólida: dificuldade de 
manuseio de sólidos (adsorção). 
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SELEÇÃO DO PROCESSO DE 
SEPARAÇÃO
5. Propriedades físico-químicas
Pressão de vapor (destilação);
Solubilidade (extração e absorção);
Tamanho de partículas (adsorção em peneira molecular);
Ponto de Fusão (cristalização);
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SELEÇÃO DO PROCESSO DE 
SEPARAÇÃO
Î Vantagens e desvantagens da Destilação:
1. Vantagens
Separação fácil para volatilidades relativas maiores que 
1,5;
Baixo consumo de energia;
Não envolve manuseio de uma fase sólida;
Não existe adição de nenhum outro composto que possa 
contaminar o produto; e
Pode ser facilmente usada em processos de estágios 
múltiplos com um único vaso.
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23
SELEÇÃO DO PROCESSO DE 
SEPARAÇÃO
Î Vantagens e desvantagens da Destilação:
2. Desvantagens
Deterioração térmica do produto; e
Alto consumo de energia e torres de grandes diâmetro e 
altura para volatilidades relativas menores que 1,15. 
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SELEÇÃO DO PROCESSO DE 
SEPARAÇÃO
Î Exemplo
Componentes % Ponto de Ebulição Ponto de fusão
(ºC) (ºC)
Etil-benzeno 25 + 136 - 95
orto-xileno 25 + 144 - 25
meta-xileno 25 + 139 - 48
para-xileno 25 + 138 + 13
25
25
SELEÇÃO DO PROCESSO DE 
SEPARAÇÃO
150 pratos
2 torres em série
Carga
α e-b/p-x = 1,058
o-xileno 
(144 ºC)
etil-benzeno
(136 ºC)
p-xileno 
(138 ºC)
m-xileno 
(139 ºC)
350 pratos
4 torres em série
800 pratos
9 ou 10 torres em série
α m-x/o-x = 1,147 α p-x/m-x = 1,019
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26
PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR 
EQUILÍBRIO DE FASESNome Carga Agente Produto Princípios Exemplo
1 - Evaporação Líquido Calor Líquido e vapor
Diferença de 
volatilidade
Concentração de 
suco de frutas
2 - Flash Líquido Redução de pressão
Líquido e 
vapor
Diferença de 
volatilidade
Dessalinização da 
água do mar
3 - Destilação Líquido e/ou Vapor Calor
Líquido 
e/ou vapor
Diferença de 
volatilidade
Estabilizadora de 
gasolina
4 -Arraste Líquido
Gás não 
condensável ou 
vapor
Líquido e 
vapor
Diferença de 
volatilidade Remoção de leves
5 - Absorção Gás Líquido não volátil
Líquido e 
vapor Solubilidade
Recuperação de 
hidrocarboneto 
leves em unidade 
de craqueamento
6 - Extração Líquido Líquido imiscível dois líquidos
Diferença de 
solubilidade
Extração de 
aromáticos
7 - Cristalização Líquido Remoção ou adição de calor
Líquido 
e/ou vapor 
e sólidos
Diferença de 
tendência à 
cristalização e 
participação em 
estrutura 
cristalina
Remoção de 
parafinas de óleos 
lubrificantes
8 - Adsorção Líquido e/ou Gás Sólido adsorvente
Fluido e 
sólido
Diferença de 
potencial de 
adsorção
adsorção de n-
parafinas
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27
HISTÓRICO DA DESTILAÇÃO
Primeiras descrições de uso: 
são do tempo de Cleópatra 
(150 A.C.);
Século VI: condensador foi 
descrito como um longo tubo 
exposto ao ar (os primeiros 
eram de esponja ou lã);
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28
HISTÓRICO DA DESTILAÇÃO
Século XI: primeiro processo industrial foi a obtenção de bebidas 
alcoólicas;
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HISTÓRICO DA DESTILAÇÃO
 Século XVI: primeiros livros descrevendo a destilação;
Século XVII: obtenção de produtos intermediários;
Século XVIII: primeira destilação analítica é descrita por Boyle;
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30
HISTÓRICO DA DESTILAÇÃO
Até o século XIX: equipamentos usados eram bastante 
rudimentares, do tipo batelada e usando muito pouco refluxo 
(diâmetro até 30” e altura até 4 ft);
 Início do século XIX: introdução do vapor como meio de 
aquecimento, aperfeiçoamento dos dispositivos de contato líquido-
vapor e introdução da destilação contínua; e
Final do século XIX: introduzidas as bases matemáticas da 
destilação por Hausbrand (1893) e Sorel (1894 e 1899).
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ÎDESTILAÇÃO : é um processo industrial cujo objetivo é
separar duas ou mais substâncias presentes em uma mistura 
líquida pela aplicação ou remoção de calor ou pelo abaixamento 
de pressão. Se baseia na diferença de volatilidade e no princípio do
equilíbrio entre as fases líquida e vapor entre estes constituintes.
2 - DEFINIÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS
ÎVolatilidade : é a medida da facilidade que uma dada 
substância tem para passar à fase vapor.
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32
2 - DEFINIÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS
ÎO vapor de uma mistura em ebulição será mais rico nos 
componentes que possuem menor ponto de ebulição (mais volátil)
que a mistura original, enquanto que o líquido remanescente 
conterá mais o material menos volátil.
y2
x2x1
y1
P
T
Equilíbrio entre as 
fases líquida e vapor
ÎPrincípio do equilíbrio de fases : quando duas fases são 
postas em contato elas tendem a trocar seus constituintes até que 
a composição de cada fase atinja um valor constante. Quando 
isto acontece,diz-se que o sistema está em Equilíbrio 
Termodinâmico
33
33
F
calor
W
20% C4
80% C5
95,5 °C
2 - DEFINIÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS
Considere a mistura líquida de C4 e C5 aquecida à
95,5°C. O C4, mais volátil, vaporiza proporcionalmente 
mais moléculas que o C5. 
39% C4
61% C5
85,5 °C
No segundo vaso, a temperatura é mais 
baixa e o líquido que retorna mais frio 
condensa o C5 (menos volátil) deixando o 
vapor formado mais rico em C4 que a 
mistura original.
64% C4
36% C5
83% C4
17% C5
75°C
O líquido e o vapor entram em 
contato no vaso e quando deixam estão 
em equilíbrio. O processo se repete 
nos demais vasos.
93% C4
7% C5
68,3°C
D
98% C4
2% C5
64,44°C
Quando a composição atinge o valor 
desejado, o processo termina.
34
34
CARGA
�casco: cilindro metálico dentro 
do qual a destilação ocorre.
ÎNa industria, o equipamento utilizado para proceder a 
separação é denominado de COLUNAS DE DESTILAÇÃO. A 
coluna é composta dos seguintes itens principais:
2 - DEFINIÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS
Condensador
�condensador: resfria e condensa o 
vapor rico no componente mais 
volátil que deixa a coluna pelo topo.
T1
T2
Tn �pratos/bandejas ou seções de 
recheios: são usados para propiciar 
contato íntimo entre as fases. O 
vapor e o líquido que deixam cada 
estágio se aproximam do equilíbrio 
térmico, de pressão e de composição,
desde que haja um contato é
eficiente nos pratos.
T1 > T2 >...> Tn
P
Calor que 
entra
35
35
2 - DEFINIÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS
CARGA
Condensador
T1
T2
Tn
T1 > T2 >...> Tn
P
Calor que 
entra
Seção de 
retificação ou 
enriquecimento
Seção de 
esgotamento 
ou stripping
Refluxo
Destilado
Vaso de 
Refluxo
�Vaso de refluxo: armazena o vapor 
condensado. Parte desse condensado 
retorna a coluna e a outra parte sai 
como produto de topo.
Produto de 
fundo
Reboiler
�Refervedor ou reboiler: Vaporiza 
parcialmente o líquido formado no 
fundo que retorna a coluna 
fornecendo calor para promover a 
separação. O líquido remanescente 
sai como produto de fundo. 
�No projeto de uma coluna de destilação o principal objetivo é
determinar o número de estágios de equilíbrio necessários para 
promover a separação desejada.
36
36
ÎOs processos de destilação podem ser classificados quanto:
�Tipo de operação
�Características do equipamento
�Agentes de separação
3 - CLASSIFICAÇÃO
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37
3.1 - QUANTO AO TIPO DE OPERAÇÃO
ÎSob esse aspecto, o processo de destilação pode ser 
classificado como:
�Destilação em batelada
�Destilação contínua
ÎDestilação em batelada:
Em operação batelada a carga é alimentada uma única vez no 
equipamento e os produtos variam de composição com o tempo. 
O regime é dito “transiente.” Nestes tipo de operação, quando 
a tarefa desejada é terminada a próxima batelada é
alimentada.
38
38
3.1 - QUANTO AO TIPO DE OPERAÇÃO
q
q
L
D
P
carga 
alimentada uma 
única vez
produtos com 
composição 
variável no tempo
39
39
ÎDestilação contínua:
Colunas em regime contínuo processam uma corrente de 
alimentação contínua. Nenhuma interrupção ocorre. As 
composições das correntes de topo e fundo são mantidas 
constante (regime estacionário). São capazes de manusear 
altas quantidades de material e são o mais comum dos dois 
tipos. Este tipo de processo será alvo do nosso estudo.
3.1 - QUANTO AO TIPO DE OPERAÇÃO
40
40
3.1 - QUANTO AO TIPO DE OPERAÇÃO
q
q
L
D
F
P
alimentação contínua
produtos com 
composição 
constante no tempo
41
41
ÎNesta classificação, os tipos de processo de destilação são:
�Destilação flash
�Destilação fracionada
ÎDestilação flash:
ÎNeste processo, a carga é parcialmente vaporizada pelo 
abaixamento de pressão e/ou aumento de temperatura. Esta 
mistura é então separada em um equipamento simples de um 
só estágio em dois ou mais produtos (não possui bandejas). É
mais usada para separar componentes cujo ponto de ebulição 
são muito diferentes. Pode-se usar mais de um equipamento 
de um estágio para se atingir a concentração desejada. Ex: 
Concentração de NaOH
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
42
42
Líquido
Vapor
Demister
T2, P2T1, P1
P2 < P1
T2 < T1
TAMBOR DE FLASH
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
43
43
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
ÎDemister: é uma peça instalada no topo de vasosde 
separação de fases líquida e vapor, com a finalidade de 
favorecer a separação de pequenas gotículas de líquido. Com 
isso o diâmetro do vaso pode ser menor, com consequente
economia no investimento inicial.
44
44
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
ÎDemister: as gotículas de líquido coalescem ao passarem por 
uma fina trama feita de fios de metal ou plástico.
45
45
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
ÎDemister:
46
46
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
ÎDemister:
AÇO INOX POLIPROPILENO
47
47
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
ÎDemister:
48
48
ÎDestilação fracionada:
Na destilação fracionada, a separação dos componentes da 
carga se dá em diversos estágios de equilíbrio (bandejas ou 
seções de recheios) na torre de destilação. Neste processo 
existe a possibilidade de se obter produtos mais ricos em um 
dado componente.
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
49
49
ÎDestilação fracionada:
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
50
50
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
estágios de equilíbrio
q
q
L
D
F
Tn
Tn -1
T1
T2
P
refervedor
condensador
T1 > T2 > ... > Tn
cada estágio possui uma 
temperatura diferente
51
51
�O vapor gerado no refervedor sobe ao 
longo da coluna a medida que o líquido 
gerado no condensador desce em cascata 
de estágio em estágio.
�O vapor que atinge o topo da coluna é
condensado. Parte do condensado retorna 
para formar a contracorrente líquida e o 
restante é recolhido como destilado.
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
Pratos : estágios 
de equilíbrio
q
q
L
D
F
Tn
Tn -1
T1
T2
P
T1 > T2 > ... > Tn
refervedor
condensador �A alimentação ou carga (F) que contem 
os compostos que devem ser separados é
introduzida na coluna através do estágio 
de alimentação. Nos pratos as fases vapor 
e líquida entram em contato para 
estabelecer o equilíbrio.
52
52
Pratos : estágios 
de equilíbrio
q
q
L
D
F
Tn
Tn -1
T1
T2
P
T1 > T2 > ... > Tn
refervedor
condensador
�Ao chegar no fundo, o líquido é
parcialmente vaporizado gerando vapor que 
retorna a coluna. O restante é retirado 
como produto de fundo
�Os componentes mais leves (mais 
voláteis) tendem a se concentrar na fase 
vapor, enquanto os mais pesados tendem 
para a fase líquida
�Desta maneira, a fase vapor se torna mais 
rica nos componentes leves a medida que 
sobe na coluna enquanto que a fase líquida 
se torna mais rica nos componentes mais 
pesados enquanto desce, promovendo a 
separação.
3.2 - QUANTO AS CARACTERÍSTICAS DO 
EQUIPAMENTO
53
53
3.3 - QUANTO AOS AGENTES DE SEPARAÇÃO
ÎDestilação simples:
A destilação simples é empregada quando a diferença entre 
pontos de ebulição dos componentes permitem a separação sem 
necessidade de lançar mão de nenhum agente externo para 
promover a separação além do emprego de calor.
ÎSob esse aspecto, tem-se:
�Destilação simples
�Destilação extrativa
�Destilação azeotrópica
54
54
ÎDestilação extrativa:
A destilação extrativa é um dos métodos empregados quando 
a separação por destilação simples é difícil ou quando os 
componentes possuem pontos de ebulição próximos. Neste 
processo, um solvente relativamente não volátil é introduzido 
próximo ao topo da coluna alterando a volatilidade dos 
compostos. Esta corrente extra de alimentação aparece junto 
com produto de fundo. É necessário depois separar o agente 
extrativo do componente original mediante processo de 
separação apropriado.
3.3 - QUANTO AOS AGENTES DE SEPARAÇÃO
55
55
Mistura Azeotrópica - Definição:
Chama-se de azeotrópica toda mistura que, estando em 
equilíbrio de fases sob uma dada temperatura e pressão, as 
composições do líquido e vapor são iguais, ou seja, quando a 
mistura entra em ebulição, os componentes que formam o 
azeótropo passam juntos a fase vapor sendo impossível separa-
los por destilação simples.
% Massa de A Teb /°C
Água 100 Álcool etílico 78,3 4,0 78,174
Água 100 HCl -80 79,778 108,58
AzeótopoComponente A Teb /°C Componente B Teb /°C
Exemplo de azeótropos
3.3 - QUANTO AOS AGENTES DE SEPARAÇÃO
ÎDestilação azeotrópica:
56
56
ÎA Destilação azeotrópica é usada principalmente quando é
impossível separar por destilação simples ou quando se quer 
separar uma mistura azetrópica. É adicionado um componente 
mais volátil que a carga que sai pelo topo da coluna junto com o 
destilado e é chamado de entrainer. O entrainer forma uma nova 
mistura azeotrópica com o destilado, carregando com ele o 
composto que se quer separar.
3.3 - QUANTO AOS AGENTES DE SEPARAÇÃO
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57
3.3 - QUANTO AOS AGENTES DE SEPARAÇÃO
água, álcool
benzeno
água, álcool, 
benz.
bz
aq
água, álcool
água, álcool, 
benz.
Álcool puro
T-01 T-02 T-03
para T-01
de T-03
Água pura
ÎDestilação do álcool etilico
58
58
COLUNAS DE DESTILAÇÃO NA INDÚSTRIA
59
59
COLUNAS DE DESTILAÇÃO NA INDÚSTRIA
60
60
COLUNAS DE DESTILAÇÃO NA INDÚSTRIA
61
61
COLUNAS DE DESTILAÇÃO NA INDÚSTRIA
62
62
COLUNAS DE DESTILAÇÃO NA INDÚSTRIA
63
63
COLUNAS DE DESTILAÇÃO NA INDÚSTRIA
64
64
COLUNAS DE DESTILAÇÃO NA INDÚSTRIA
65
65
COLUNAS DE DESTILAÇÃO NA INDÚSTRIA