Refino_do_Petroleo
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Refino_do_Petroleo

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serve para separar componentes de
uma mistura de líquidos miscíveis [ 3 ] [ 4 ].

3.1: Conceitos da Destilação

3.1.1: Volatilidade

É o potencial de uma substância de passar para o estado de vapor. Em
outras palavras, as substâncias mais voláteis de uma mistura são aquelas que no
estado puro tem a maior pressão de vapor (maior tendência de escapar do
líquido).

Como exemplo, se pode citar que o metano é mais volátil que o etano, que
por sua vez é mais volátil que o propano. Isso se deve ao fato que geralmente a
volatilidade de uma substância é diretamente proporcional ao tamanho da cadeia
de sua molécula.

3.1.2: Pressão de Vapor

Considere um recipiente fechado onde se coloca uma certa quantidade de
mistura líquida, por exemplo, hidrocarbonetos, a temperatura constante. Pela
teoria cinética as forças que atuam sobre as moléculas presentes na superfície do
líquido são maiores no sentido do interior do líquido para a superfície.

Por causa do desequilíbrio previamente citado, as moléculas da superfície
do líquido tenderão a evaporar. Com as moléculas passando da fase líquida para

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a fase vapor, a pressão do recipiente irá aumentar, devido aos choques das
moléculas de vapor contra a superfície do recipiente. Essa pressão é diretamente
proporcional ao número de moléculas vaporizadas, mas esse valor não aumenta
indefinidamente, pois num determinado momento, se chegará a um ponto de
equilíbrio dinâmico, em que o número de moléculas que saem do líquido será o
mesmo número de moléculas que passam de vapor para o líquido. Nesse
momento, a pressão exercida pelo vapor passará a ser a pressão de vapor da
mistura na temperatura fixada.

Na figura 8 pode ser visto este recipiente fechado com as transformações
de estado ocorrendo em seu interior.

A composição do vapor e do líquido não mais se alterará por maior que seja
o tempo. Diz-se então, que o líquido e o seu vapor estão em equilíbrio.

Figura 8: Pressão de Vapor.

Supõe-se agora que a temperatura seja aumentada. Com isso, a energia
cinética das moléculas na superfície do líquido aumentará, e assim um maior
número de moléculas passarão do estado líquido para o vapor e vice-versa, e uma
nova situação de equilíbrio será atingida. A pressão do recipiente (pressão de
vapor do líquido) será maior que no caso anterior, quando a temperatura era mais
baixa.

Partindo disto, se conclui que a pressão de vapor de um líquido varia com a
temperatura, e é tanto maior quanto mais alta for esta temperatura.

Finalizando, se chega a lei fundamental da pressão de vapor, que é: A
pressão máxima de vapor de um líquido depende somente da natureza do líquido
e da temperatura.

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3.1.2.1: Influência da Pressão Externa na Vaporização

A pressão externa também tem influência na vaporização de um líquido.
Para facilitar a explicação, considera-se como exemplo um líquido puro, como
água, a 30ºC, e a pressão atmosférica padrão (101,3 kPa). Nesta temperatura, a
pressão de vapor da água é 4,24kPa.

A medida que se vai cedendo calor à água, sua temperatura vai subindo
(calor sensível), aumentando a pressão de vapor da mesma. Quando a
temperatura da água chegar a 100ºC, esta começará a ferver, e todo o calor
fornecido passa a ser usado como calor latente de vaporização, não mais
elevando a temperatura da mesma. Nesse momento, a pressão de vapor é 101,3
kPa. Ou seja, o ponto de ebulição normal da água é 100ºC porque sua pressão de
vapor torna-se igual à pressão atmosférica.

Esta análise leva a seguinte conclusão: um líquido puro entra em ebulição a
uma dada temperatura quando a pressão de vapor correspondente a esta
temperatura iguala à pressão ao que o líquido está submetido.

Logicamente, se a pressão externa que atua sobre o líquido for aumentada,
o líquido necessitará de uma temperatura maior para entrar em ebulição, até que a
pressão de vapor se iguale à pressão externa. O mesmo raciocínio se aplica
quando a pressão externa diminui, passando a água a ferver a uma temperatura
menor que 100ºC. A tabela 1 exemplifica esta idéia no caso da água.

Pressão (kPa) Temperatura (ºC)
101,3 100
202,6 120

Tabela 1: Ponto de Ebulição por Pressão da Água.

3.1.3: Ponto de Bolha e Ponto de Orvalho

Um detalhe importante é que a uma determinada pressão, a vaporização de
um composto puro se processa a uma temperatura constante, sem modificar a

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composição de seus vapores, diferente do que acontece na vaporização de uma
mistura.

Numa mistura, a vaporização e a condensação não dependem apenas da
pressão de vapor de seus componentes, pois se verifica que os componentes
mais voláteis exercem um efeito de arraste sobre os componentes mais pesados
ou menos voláteis, os quais, por sua vez, tem uma ação aceleradora sobre a
condensação dos componentes mais leves.

Assim, uma mistura constituída por butano, pentano, hexano e heptano, por
exemplo, evapora-se completamente a uma temperatura mais baixa do que o
ponto de ebulição do heptano, do mesmo modo que se condensa a uma
temperatura mais alta do que a do ponto de condensação do butano.

Levando isso em conta, se chega a dois conceitos:

Ponto de Bolha: é a temperatura de uma mistura a uma dada pressão, em
que a mesma começa a ferver (primeira bolha na massa líquida). Quando a
pressão é a atmosférica, o ponto de bolha da mistura é chamado de ponto de
ebulição normal.

Ponto de Orvalho: é a temperatura de uma mistura vaporizada a uma
dada pressão, onde se condensa a primeira gota de líquido. Entre esses dois
pontos, a mistura estará entre 0% e 100% vaporizada.

Ambos pontos acima mudam de posição para cada composição da mistura,
gerando duas curvas, a curva de pontos de bolha e de pontos de orvalho.

A modo de exemplo considera-se uma mistura binária de benzeno-tolueno
a pressão atmosférica. A figura 9 mostra as curvas de equilíbrio temperatura por
composição de benzeno da mistura. Além disso, esta figura servirá para
exemplificar outros conceitos vistos mais adiante neste capítulo.

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Figura 9: Ponto de Bolha e Orvalho.

Conforme a figura 9, se percebe que o benzeno é o componente mais
volátil da mistura, sendo seu ponto de ebulição normal igual a 81ºC (fração molar
do benzeno = 1), enquanto o tolueno, menos volátil, tem seu ponto de ebulição
normal igual a 110,6ºC (fração molar do benzeno = 0).

Percebe-se, também pela análise da figura 9, que para cada composição da
mistura, haverá diferentes pontos de orvalho e bolha.

3.1.4: Pressão de Vapor de uma Mistura Líquida

Para misturas, a pressão de vapor não depende apenas da mistura, mas
também de sua composição.

Como exemplo considera-se as pressões de vapor do tolueno e do benzeno
a 82ºC, que são respectivamente 41,597 kPa e 107,325 kPa. Uma mistura destas
substâncias, nesta temperatura, não terá a pressão de vapor equivalente a soma
direta das duas pressões de vapor (149,92 kPa). Cada componente irá contribuir
com uma parcela da pressão de vapor da mistura, equivalente a sua composição
molar presente na mistura.

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Considerando-se a mistura líquida como ideal, pode-se calcular a
contribuição de cada componente na pressão de vapor da mistura, utilizando-se a
Lei de Raoult, (equação 1).

Pa = Pa’ * Xa (1)
Pa = Pressão parcial de vapor do componente A na mistura líquida.
Pa’ = Pressão de vapor do componente A na temperatura do sistema.
Xa = Fração molar do componente A no líquido.

Utilizando a Lei de Raoult, e se supondo que a mistura contém 60% molar
de benzeno e está na temperatura citada previamente, terá uma pressão de valor
igual a 81,034 kPa, de acordo com as seguintes contribuições:

• Tolueno : 41,597 Kpa * 0,4 = 16,639 kPa;
• Benzeno : 107,325 Kpa * 0,6 = 64,395 kPa.

Obviamente, se a composição da mistura mudar, mesmo que a temperatura
permaneça constante, a pressão de vapor da mistura