Aula V - Destilação fracionada teoria + exemplos

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS III
UNIVERSIDADE ESTADUAL 
Unidade 
Graduação em Engenharia 
OPERAÇÕES UNITÁRIAS III
DESTILAÇÃO FRACIONADA
Profª. Fabiane 
Maio/2021
OPERAÇÕES UNITÁRIAS III
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL
Unidade de Naviraí
Graduação em Engenharia de Alimentos
OPERAÇÕES UNITÁRIAS III
DESTILAÇÃO FRACIONADA
. Fabiane Bach
Maio/2021
Destilação Fracionada/contínua 
Método de 
• Na destilação flash, observa-se
de separar, um estágio de equilíbrio
•Na destilação fracionada, são necessários•Na destilação fracionada, são necessários
•Devido a existência de vários
separações mais eficientes.
DEFINIÇÃO:
Destilação Fracionada/contínua 
Método de McCabe-Thiele
que quando os componentes são fáceis
equilíbrio é suficiente.
necessários vários estágios de equilíbrio.necessários vários estágios de equilíbrio.
vários estágios de equilíbrio, consegue-se
• A separação é feita em uma
COLUNA DE DESTILAÇÃO de forma
que os componentes mais LEVES
são concentrados no TOPO
coluna e os mais PESADOS são
Destilação Fracionada/contínua 
Método de McCabe
coluna e os mais PESADOS são
concentrados no FUNDO da coluna
• Cada estágio da coluna é chamado
de PRATO.
•A função de cada prato
proporcionar o íntimo contato entre
o líquido e o vapor no interior
coluna.
uma
forma
LEVES
da
são
Destilação Fracionada/contínua 
McCabe-Thiele
são
coluna.
chamado
é
entre
da
F, x
V, yF
No interior de toda a coluna existe um 
LÍQUIDO
O líquido que desce de um prato está em F, xF
L, xF
O líquido que desce de um prato está em 
equilíbrio
prato.
No interior de toda a coluna existe um 
LÍQUIDO descendo e um VAPOR subindo.
O líquido que desce de um prato está em O líquido que desce de um prato está em 
equilíbrio com o vapor que sobe do mesmo 
prato.
• Os pratos são contabilizados do 
topo para a base da coluna de topo para a base da coluna de 
destilação.
Principais Componentes da Coluna de DestilaçãoPrincipais Componentes da Coluna de Destilação
Se em uma coluna de destilação existe fluxo tanto de 
líquido como de vapor, como esses fluxos passam pelos 
estágios?
No interior de uma coluna, o líquido 
desce de um estágio para outro por desce de um estágio para outro por 
uma região chamada downcomer
vapor atravessa o prato, também 
chamado de bandeja, por orifícios 
(perfurações), válvulas ou campânulas.
Se em uma coluna de destilação existe fluxo tanto de 
líquido como de vapor, como esses fluxos passam pelos 
No interior de uma coluna, o líquido 
desce de um estágio para outro por desce de um estágio para outro por 
downcomer e o 
vapor atravessa o prato, também 
orifícios 
campânulas.
• Além das torres com bandejas, também existem as torres com 
• Nas torres recheadas, os pratos são substituídos por elementos de 
diversas formas ou recheios, cuja finalidade é prover uma grande área 
que, em operação, funciona como superfície de contato entre líquido e 
vapor.
• Da mesma forma que nas torres de bandejas, os vapores são • Da mesma forma que nas torres de bandejas, os vapores são 
ascendentes e o líquido descendente.
•Um bom recheio, deve possuir as seguintes características:
– Apresentar grande superfície interfacial
– Ser quimicamente inerte para os fluidos processados;
– Possuir boa resistência mecânica, a fim de evitar quebras;
– Ser de baixo custo.
das torres com bandejas, também existem as torres com recheio.
torres recheadas, os pratos são substituídos por elementos de 
diversas formas ou recheios, cuja finalidade é prover uma grande área 
que, em operação, funciona como superfície de contato entre líquido e 
mesma forma que nas torres de bandejas, os vapores são mesma forma que nas torres de bandejas, os vapores são 
descendente.
bom recheio, deve possuir as seguintes características:
Apresentar grande superfície interfacial, entre líquido e vapor;
Ser quimicamente inerte para os fluidos processados;
Possuir boa resistência mecânica, a fim de evitar quebras;
Exemplos de Recheios
Suporte de RecheioSuporte de Recheio
O suporte de recheio deve ser robusto, a fim de resistir ao peso do mesmo 
e aos esforços resultantes da circulação dos processos durante a operação. 
Entretanto, deve ter também uma grande área livre para permitir a 
passagem do líquido, sem causar inundação da torre. Os tipos mais usados, 
são:
a) Grades de aço e
b) Placas de aço perfuradas
Exemplos de Recheios
Suporte de RecheioSuporte de Recheio
O suporte de recheio deve ser robusto, a fim de resistir ao peso do mesmo 
e aos esforços resultantes da circulação dos processos durante a operação. 
Entretanto, deve ter também uma grande área livre para permitir a 
passagem do líquido, sem causar inundação da torre. Os tipos mais usados, 
Balanço de Massa em uma Coluna de Fracionamento
Com a finalidade de determinar os fluxos de matéria envolvidos em uma 
coluna de destilação, usualmente são efetuados os seguintes balanços 
materiais:
- Balanço em toda a coluna
- Balanço apenas no condensador- Balanço apenas no condensador
- Balanço apenas no refervedor
- Balanço na seção de retificação
- Balanço na seção de esgotamento
Balanço de Massa em uma Coluna de Fracionamento
Com a finalidade de determinar os fluxos de matéria envolvidos em uma 
coluna de destilação, usualmente são efetuados os seguintes balanços 
materiais:
Balanço na seção de esgotamento
F, xF
D, 
B, 
BM Global
F = B + D
BM Parcial
F.xF = D.xD + B.x
D, xD
B, xB
B.xB
Re
tif
ic
aç
ão
Es
tr
ip
ag
em
ou
es
go
ta
m
en
to
Balanço de massa para a RetificaçãoBalanço de massa para a Retificação
V, yVa
Balanço de massa para a Retificação
Lr, xLr
OBS: o condensador das colunas de destilação efetuam condensação 
total, logo não faz sentido realizar BM parcial pois:
yVa
BM Global
Balanço de massa para a Retificação
D, xD
V = Lr + D
o condensador das colunas de destilação efetuam condensação 
não faz sentido realizar BM parcial pois:
Va = xLr = xD
Já que estamos conversando sobre o condensador, chega o momento de 
definirmos o que é 
RAZÃO DE REFLUXO (R)
A razão de refluxo expressa a quantidade de líquido que é retornado no 
topo da coluna.
A razão de refluxo tem por objetivo proporcionar o contado entre líquido e 
vapor na seção de retificação da coluna e, dessa forma, proporcionar a vapor na seção de retificação da coluna e, dessa forma, proporcionar a 
existência do equilíbrio 
Ou apenas:
Já que estamos conversando sobre o condensador, chega o momento de 
definirmos o que é 
RAZÃO DE REFLUXO (R)
A razão de refluxo expressa a quantidade de líquido que é retornado no 
topo da coluna.
A razão de refluxo tem por objetivo proporcionar o contado entre líquido e 
vapor na seção de retificação da coluna e, dessa forma, proporcionar a vapor na seção de retificação da coluna e, dessa forma, proporcionar a 
existência do equilíbrio líquido-vapor.
Ou apenas:
Linha de operação da retificação
y1
y2
yn
xDx1x2xn
Balanço de massa para a Balanço de massa para a Estripagem/Esgotamento
BL, xBL
BV, yBV
O refervedor faz vaporização
parcial então, existe um balanço de massa parcial
BM Parcial
BL.xBL = BV.yBV
B, xB
BV
BM Global
BL = BV + B
O refervedor faz vaporização
parcial então, existe um balanço de massa parcial
BM Parcial
BV + B.xB
xF
Linha de operação da estripagem
xW
Tipos de alimentação em uma coluna de destilação
• A condição como a alimentação é admitida em uma coluna é importante 
para o projeto do equipamento. 
• Essa condição vai influenciar na determinação do número de pratos da 
coluna e na posição da alimentação
• Tanto a corrente líquida “L” como a corrente de vapor “V” ao passar pelo 
prato de alimentação, poderá ganhar ou perder massa, dependendo da prato de alimentação, poderá ganhar ou perder massa, dependendo da 
condição da alimentação “F”.
• A alimentação de uma coluna de destilação pode ser feita de quatro 
condições diferentes:
-Líquido subresfriado
-Liquido saturado
-Mistura de líquido mais vapor
-Vapor saturado
-Vapor superaquecidoTipos de alimentação em uma coluna de destilação
condição como a alimentação é admitida em uma coluna é importante 
condição vai influenciar na determinação do número de pratos da 
coluna e na posição da alimentação.
Tanto a corrente líquida “L” como a corrente de vapor “V” ao passar pelo 
prato de alimentação, poderá ganhar ou perder massa, dependendo da prato de alimentação, poderá ganhar ou perder massa, dependendo da 
alimentação de uma coluna de destilação pode ser feita de quatro 
O método de 
- Método gráfico de determinação do número de estágios (pratos) teóricos 
de uma coluna de destilação
- Teóricos = Ideais → número de pratos ideais
obs: em uma operação real, o número de pratos é sempre maior que o obs: em uma operação real, o número de pratos é sempre maior que o 
número de pratos ideais
- Para a determinação do número de pratos são necessários:
- A reta x = y
- A curva de equilíbrio líquido-vapor
- As composições que se deseja tanto no destilado como no resíduo
- As linhas de operação de retificação e esgotamento
- A linha de alimentação
O método de McCabe-Thiele
Método gráfico de determinação do número de estágios (pratos) teóricos 
número de pratos ideais
: em uma operação real, o número de pratos é sempre maior que o : em uma operação real, o número de pratos é sempre maior que o 
Para a determinação do número de pratos são necessários:
vapor
As composições que se deseja tanto no destilado como no resíduo
As linhas de operação de retificação e esgotamento
Passos do método de 
1. Traçar a curva de equilíbrio líquido
2. Colocar no gráfico as composições da alimentação, do destilado e do 
resíduo;
3. Traçar a linha de operação da seção de 3. Traçar a linha de operação da seção de 
4. Traçar a linha de operação da alimentação;
5. O cruzamento da linha de operação da alimentação com a linha de 
operação da retificação determina o ponto por onde passa a linha de 
operação da seção de esgotamento;
6. Traçar o número de estágios;
Passos do método de McCabe-Thiele
a curva de equilíbrio líquido-vapor e a reta x=y;
no gráfico as composições da alimentação, do destilado e do 
a linha de operação da seção de retificação;a linha de operação da seção de retificação;
alimentação;
cruzamento da linha de operação da alimentação com a linha de 
operação da retificação determina o ponto por onde passa a linha de 
esgotamento;
Exemplo 1 
• Determinar o número de estágios de uma coluna 
que deve estilar uma mistura metanol
O produto deve ter o teor de metanol de 94% e no 
produto de fundo apenas 2%. A razão de refluxo é produto de fundo apenas 2%. A razão de refluxo é 
2,5 e para cada mol de alimentação 0,5 mol 
permanece na fase líquida dentro da coluna.
Exemplo 1 
Determinar o número de estágios de uma coluna 
que deve estilar uma mistura metanol-água 36%. 
O produto deve ter o teor de metanol de 94% e no 
produto de fundo apenas 2%. A razão de refluxo é produto de fundo apenas 2%. A razão de refluxo é 
2,5 e para cada mol de alimentação 0,5 mol 
permanece na fase líquida dentro da coluna.
xF/(q-1) = 0,72 →
4
5
xB = 0,02 xF = 0,36
xD/(R+1) = 0,27 →
5
6
1
2
3
= 0,36 xD= 0,94
Efeito da Razão de Refluxo
• Razão de refluxo (R)
– A operação de uma coluna 
depende da razão de depende da razão de 
refluxo:
R = L/D
Efeito da Razão de Refluxo
A operação de uma coluna 
Efeito da Razão de Refluxo
• Refluxo máximo
– Um grande volume, ou todo o 
volume destilado é retornado 
para o interior da coluna;
– A linha de operação da 
retificação se aproxima ou 
– A linha de operação da 
retificação se aproxima ou 
sobrepõe (refluxo máximo) a 
linha de 45°;
– Número mínimo de pratos;
– Não é de interesse, pois não se 
retira nenhum produto da 
coluna.
Efeito da Razão de Refluxo
Um grande volume, ou todo o 
volume destilado é retornado 
Não é de interesse, pois não se 
Efeito da Razão de Refluxo
• Refluxo normal
– Um volume adequado de 
destilado é retornado (refluxo) 
para o interior da coluna;para o interior da coluna;
– A linha de operação da 
retificação e da estripagem
ocupa um espaço intermediário 
entre a linha de 45° e a linha de 
equilíbrio líquido-vapor;
– O número de pratos estará 
entre o valor mínimo e o ∞;
Efeito da Razão de Refluxo
destilado é retornado (refluxo) 
ocupa um espaço intermediário 
e a linha de 
Efeito da Razão de Refluxo
• Refluxo mínimo
– Em uma condição de refluxo mínimo, L
mínimo, e assim, a razão de refluxo R é a 
mínima. 
– A diminuição de R provoca uma diminuição – A diminuição de R provoca uma diminuição 
na inclinação da linha de retificação, e a 
mesma se aproxima da linha de equilíbrio
– A diminuição de R faz com que o número 
de pratos aumente até o infinito
– A linha de operação da retificação e de 
estripagem se aproxima ou se encontram 
na linha de equilíbrio líquido-vapor;
– Não é viável a construção de uma coluna 
com número infinito de estágios.
Efeito da Razão de Refluxo
Lr é 
mínimo, e assim, a razão de refluxo R é a 
A diminuição de R provoca uma diminuição A diminuição de R provoca uma diminuição 
na inclinação da linha de retificação, e a 
mesma se aproxima da linha de equilíbrio
A diminuição de R faz com que o número 
A linha de operação da retificação e de 
se aproxima ou se encontram 
Não é viável a construção de uma coluna 
Efeito da Razão de Refluxo
• Refluxo abaixo do mínimo
– Um volume próximo de zero é 
retornado para o interior da 
coluna;
– As linhas de operação se cruzam – As linhas de operação se cruzam 
em um ponto além da linha de 
equilíbrio líquido-vapor;
– Não há operacionabilidade;
– Verifica-se a necessidade de 
recalcular o refluxo para uma 
dada mistura binária.
Efeito da Razão de Refluxo
As linhas de operação se cruzam As linhas de operação se cruzam 
Exemplo 2
• Uma corrente de 500 kmol/h contendo 0,5 (fração molar) de 
etanol (A) e 0,5 (fração molar) de água (B), deve ser fracionada 
usando uma coluna de destilação contínua. A vazão de produto 
de fundo deve ser igual a 210 kmol
etanol alimentado no equipamento pode ser retirado nessa 
corrente do fundo do equipamento.corrente do fundo do equipamento.
a) Determine a vazão de destilado e as composições das correntes 
de produto de fundo e destilado.
b) Qual o número de estágios ideais do equipamento para 
alimentação como líquido saturado e razão de refluxo igual a 1,5 
Rmin? Qual o número de estágio de alimentação?
Exemplo 2
/h contendo 0,5 (fração molar) de 
etanol (A) e 0,5 (fração molar) de água (B), deve ser fracionada 
usando uma coluna de destilação contínua. A vazão de produto 
kmol/h e somente 4,9% do total de 
etanol alimentado no equipamento pode ser retirado nessa 
corrente do fundo do equipamento.corrente do fundo do equipamento.
Determine a vazão de destilado e as composições das correntes 
de produto de fundo e destilado.
Qual o número de estágios ideais do equipamento para 
alimentação como líquido saturado e razão de refluxo igual a 1,5 
? Qual o número de estágio de alimentação?
A linha de retificação 
sobrepõe e ultrapassa a 
linha de equilíbrio 
líquido-vapor
+/- 17 estágios