Destilação Fracionada em Coluna

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS
AULA 7- Teórica
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Prof.ª: Patrícia Cardoso Bastos
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO – FRACIONADA
• Realização em estágios nos quais duas correntes em contracorrente (L –V) em
contato produzem duas outras correntes cujas composições diferem das
originais
• Ocorrem vaporizações e condensações sucessivas.
• Equipamento de menor custo conhecido como coluna de fracionamento.
• Multi -componentes com pontos de ebulições diferentes.
• Vapor: enriquecido nos componente mais voláteis.
• Líquido: enriquecido nos componente menos voláteis.
• Opera em batelada ou continuamente.
• Temperatura é uma importante variável de processo.
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO FRACIONADA
• Trabalha-se em 
diferentes temperaturas 
ao longo da torre.
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO
• Recipiente cilíndrico contendo uma
série de pratos/recheios internos ( Sub-
divisões).
• Circulação do vapor e líquido em
contracorrente.
• Transferência de massa e calor entre as
duas fases.
https://www.youtube.com/watch?v=BaBMXgVBQKk
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
Zonas do destilador:
Zona de stripping ou esgotamento:
• estágios nos quais a concentração de componentes
menos voláteis estão na corrente líquida.
• encontra-se abaixo do ponto de alimentação.
Zona de retificação ou enriquecimento:
• estágios nos quais a concentração dos componentes
mais voláteis estão na fase vapor.
• acima do prato de alimentação.
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
• ALIMENTAÇÃO ENTRA NA COLUNA
COM OS COMPONENTES A SEPARAR
MAIS OU MENOS NO MEIO DA
COLUNA.
• A ALIMENTAÇÃO PODE SER LÍQUIDA,
VAPOR OU UMA MISTURA DOS DOIS.
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
Condensador:
• Localizado no topo da coluna (destilador)
• Condensa o vapor proveniente da coluna  vapor composto majoritariamente pelo
componente mais volátil.
• Equipamento que promove o refluxo através da coluna.
DESTILADO: Produto Final obtido com a maior concentração do componente mais volátil
também chamado de PRODUTO DE TOPO.
REFLUXO: Parte do condensado reenviado para o prato superior na coluna como líquido
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
CONDENSADOR:
• Razão de refluxo (RR): razão entre Refluxo e Destilado
RR = Refluxo (L) 
Destilado(D)
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
REVAPORIZADOR/REVERVEDOR/CALDEIRA:
• Vaporiza parte da corrente de líquido da base (resíduo) que sai da coluna
• Retorna vapor para o prato inferior da coluna
• Fornece a energia ( calor) utilizada para proporcionar a transferência de
massa
• Liquido não vaporizado= Resíduo também chamado de PRODUTO DE
FUNDO.
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO – Funcionamento
Partida Operacional da Torre
• Vapor vai subindo ao longo da torre e entra em contato com um
prato ( Seções) que esta com uma temperatura ambiente . Devido a
diferença de temperatura o vapor perde calor latente, eleva a
temperatura do prato e condensa todo ou uma parte e retorna para
a parte inferior da torre .
• O novo vapor que sobe já encontra um prato com uma temperatura
superior fornecendo novamente calor para elevar a temperatura do
prato porém nem todo o vapor é condensado. Alguns componentes
mais voláteis sobem pela coluna.
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO – Funcionamento
Partida Operacional da Torre
• Esse processo continua até o momento em que a temperatura do
vapor se iguala ao do prato.
• Dessa forma o vapor que atinge a parte superior da torre apresenta
a menor temperatura e é composta pelos componentes mais
voláteis porém com menor grau de pureza desejado.
NECESSIDADE DE TRANSFERENCIA DE MASSA PARA AUMENTAR A PUREZA
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO – Funcionamento
Partida Operacional da Torre
• Todo vapor gerado é condensado e retornado a torre na parte
superior (REFLUXO).
• Assim o vapor que sobe tem contato com um líquido que desce.
• O líquido que desce apresenta uma quantidade maior de produto
volátil que a alimentação ao entrar em contato com o vapor(
maior temperatura) os componentes voláteis são transferidos a ele.
• O vapor que sobe ao entrar em contato com o líquido condensa
parte dos componentes menos voláteis e são incorporados ao
líquido.
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO – Funcionamento
Partida Operacional da Torre
• Assim, após o sistema atingir a condição estacionária ( produto final
atingir a pureza desejada e temperaturas fixas em cada ponto da
torre) é definido o refluxo para o processo.
• Cada temperatura do estágios referem-se as temperaturas de
Bolha/Orvalho do sistema estudado.
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO – Funcionamento
TEMPERTURA 
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DESTILAÇÃO
COLUNA DE DESTILAÇÃO FRACIONADA
FUNCIONAMENTO
ANDAR TEÓRICO
Realização em estágios 
nos quais duas correntes 
(L –V) produz duas outras 
correntes cujas 
composições diferem das 
originais ( ATINGEM UM 
ELV).
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
PROCESSO
• Em cada andar da coluna promove-se o contato íntimo entre as fases
líquido e vapor. O vapor condensa parcialmente em cada andar e por
sua vez ocorre também a vaporização parcial da corrente líquida.
O COMPONENTE MENOS VOLÁTIL CONDENSA MAIS QUE O MAIS VOLÁTIL ,
ENQUANTO QUE O MAIS VOLÁTIL VAPORIZA MAIS QUE O MENOS VOLÁTIL.
CORRENTE LÍQUIDA: ENRIQUE DO COMPONENTE MENOS VOLÁTIL QUANDO
DESCE DA COLUNA ENQUANTO O VAPOR ENRIQUECE NO MAIS VOLÁTIL AO
SUBIR DA COLUNA.
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA- PRATOS E RECHEIOS
• Realização em estágios nos quais duas correntes (L –V) produz duas outras correntes cujas
composições diferem das originais ( ATINGEM ELV).
• Em cada andar da coluna promove-se o contato íntimo entre as fases líquido e vapor.
PRATOS
Prato em malha
Prato Borbulhador
Pratos e recheios
Pratos Recheios
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA- PRATOS E RECHEIOS
PRATOS
• CANAIS DE DESCIDA ( DOWNCOMER)- LÍQUIDO 
• ÁREA ATIVA DO PRATO- VAPOR
• LÍQUIDO NÃO PASSA PELA BANDEJA DEVIDO A PRESSÃO
DO VAPOR SOB A BANDEJA.
VAPOR CONDENSAÇÃO DOS COMPOSTOS MENOS VOLÁTEIS.
LÍQUIDO VAPORIZAÇÃO DOS COMPOSTOS MAIS VOLÁTEIS.
TRANSFERE CALOR
RECEBE CALOR
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA- PRATOS E RECHEIOS
PROBLEMAS OPERACIONAIS RELACIONADOS AOS PRATOS:
1. GOTEJAMENTO: Ocorre quando a velocidade da corrente ascendente do
vapor se torna muito baixa , permitindo que o líquido caia por entre os
orifícios dos pratos.
2. JET FLOODING: arraste do líquido pelo vapor. O líquido do prato inferior
vai contaminar o prato superior com compostos menos voláteis .
Reduzindo a eficiência do processo.
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA- PRATOS E RECHEIOS
RECHEIOS
Os recheios são peças sólidos utilizadas para aumentar o contato entre líquido e vapor.
NÃO É UM PROCESSO EM VÁRIOS ESTÁGIOS.
CONTATO CONTÍNUO LIQUIDO-VAPOR
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DESTILAÇÃO
BALANÇO DE MASSA
• Por convenção o estágio 1 é definido como o topo da
torre.
• Em cada estágio (n) tem-se o contato de um líquido
proveniente do estagio superior (n-1) que apresenta
menor temperatura com o vapor proveniente do estágio
inferior ( n+1) de maior temperatura.
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA- BALANÇOS GLOBAIS
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 1
No processo de destilação apresentado abaixo a alimentação tem uma mistura de 390 kg/h
(MM= 78 Kg/kmol) de benzeno, 460 Kg/h ( MM 92 Kg/kmol) de tolueno. O destilado tem a
composição molar de 10% ( molar) de tolueno e, na base , a composição de saída é de 80%
(molar) em tolueno. Além disso , a razãode refluxo é 3. O refluxo na coluna em kmol/h, e a
composição dessa corrente em % ( molar), são respectivamente:
a) 4,3 e 10% em tolueno
b) 4,3 e 90% em benzeno
c) 12,9 e 10% em tolueno
d) 12,9 e 10% em benzeno
e) 12,9 e 50% em benzeno
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 1
Benzeno- 390 Kg/h
Tolueno- 460 Kg/h 0,1 Tolueno (base molar)
0,9 Benzeno (base molar)
0,8 Tolueno (base molar)
0,2 Benzeno (base molar)
RR= ௅
஽
=3
F
V
L
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 1
PASSO 1) Definir as composições molares.
A composição será a mesma do destilado ( Benzeno= 0,9 e Tolueno= 0,1) uma vez que 
ambas saem do mesmo vaso , sendo separadas por uma válvula. 
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 1
PASSO 2) Transformação da base mássica em base molar.
Mols de Tolueno= 
Mols de Tolueno= 
ALIMENTAÇÃO TOTAL ( F)= 10 kmol/l
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 1
PASSO 3) Definir a vazão molar de Vapor no topo
BALANÇO GLOBAL:
1) F=D+B 
BALANÇO EM TERMOS DE UM COMPONETE
2) FxT= DXT + BXT
Volume de controle
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 1
BALANÇO GLOBAL:
1) F=D+B
10= D+B------- L=10-D
BALANÇO TEM TERMOS DE UM COMPONETE
2) FxT= DXT + BXT
0,5*10= D(0,1)+(10-D)0,8
D= 4,3 Kmol/h
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 1
PASSO 4) Definir a vazão molar de refluxo
3= 
3= 
RESPOSTA: R= 12,9 Kmol/h
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 1
No processo de destilação apresentado abaixo a alimentação tem uma mistura de 390 kg/h
(MM= 78 Kg/kmol) de benzeno, 460 Kg/h ( MM 92 Kg/kmol) de tolueno. O destilado tem a
composição molar de 10% ( molar) de tolueno e, na base , a composição de saída é de 80%
(molar) em tolueno. Além disso , a razão de refluxo é 3. O refluxo na coluna em kmol/h, e a
composição dessa corrente em % ( molar), são respectivamente:
a) 4,3 e 10% em tolueno
b) 4,3 e 90% em benzeno
c) 12,9 e 10% em tolueno
d) 12,9 e 10% em benzeno
e) 12,9 e 50% em benzeno
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DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO-FRACIONADA
EXEMPLO 2
Uma coluna de destilação é alimentada com 100 kg/h de uma mistura a 50% dos compostos A
e B. O destilado contêm 98% de A e o resíduo de fundo apresenta 94% de B. A corrente de
vapor que sai da coluna corresponde a 80% da alimentação e uma parte do destilado retorna a
coluna como refluxo. Com base nessas informações , defina a razão de refluxo e apresente um
fluxograma do sistema de destilação.
Resposta: 0,7.
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PRÓXIMA AULA
DESTILAÇÃO FRACIONADA- Continuação