Refino_do_Petroleo
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também mudará.

3.2: Princípio Geral da Destilação

Para se avançar no estudo da destilação, é preciso o conhecimento do
equilíbrio líquido-vapor. Quando uma mistura líquida estiver em equilíbrio com o
vapor correspondente, a pressão de vapor desta mistura será igual à pressão total
do sistema.

Utilizando a mesma mistura do exemplo anterior, nota-se que a pressão de
vapor da mistura é inferior à pressão atmosférica (81,034 kPa < 101,325 kPa).
Isso significa que não existe um vapor em equilíbrio com a mistura líquida, sendo
assim que a mistura é um liquido sub-resfriado, conforme pode ser visto no ponto
“a” (82ºC – 0,6 benzeno) na figura 9, mostrada na seção 3.1.3.

 Aquecendo-se a mistura até 89,4ºC (ponto “b”), a pressão de vapor da
mistura passa a ser 101,325 kPa (20,932 Kpa + 80,393 Kpa ), dessa maneira se
igualando à pressão atmosférica, assim passando a existir um vapor de equilíbrio

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com esta mistura líquida. O ponto “b” passa a ser chamado de ponto de bolha
para essa mistura líquida com 60% molar de benzeno.

O vapor, que está em equilíbrio com a mistura líquida que se encontra no
ponto “b”, aparece no ponto “c” do mesmo gráfico.

Considerando-se que este vapor tem um comportamento ideal, pode-se,
através da Lei de Raoult e da Lei de Dalton, obter a composição deste vapor, da
seguinte maneira:

A Lei de Dalton, (equação 2), permite que seja calculada a pressão parcial
de cada componente neste vapor gerado da mistura.

 Pa = P * Ya (2)
Pa = Pressão parcial do componente A na fase vapor.
P = Pressão total do sistema.

 Ya = Fração molar do componente A na fase vapor.

Combinando a Lei de Dalton com a Lei de Raoult, se chega à equação 3:
Ya = (Pa’ / P) * Xa (3)

A equação 3 só tem sentido quando existe um vapor em equilíbrio com a
mistura. Da equação, se percebe que a composição de equilíbrio de um
componente no vapor é diretamente proporcional à sua composição no líquido e à
sua pressão de vapor, e é inversamente proporcional à pressão total do sistema.

Utilizando esta equação, pode-se calcular a composição do vapor que esta
em equilíbrio com a mistura de 60% molar de benzeno no ponto de bolha, na
pressão atmosférica.

• Tolueno : Yt = (52,329 / 101,325) * 0,4 = 0,2066 = 20,66%
• Benzeno: Yb = (133,989 / 101,325) * 0,6 = 0,7934 = 79,34%

O vapor com esta composição tem uma massa desprezível quando
comparada com a massa líquida que lhe originou, sendo que se formou apenas
uma bolha de vapor (o líquido esta em equilíbrio com uma massa desprezível de
vapor). Da mesma maneira, se pode dizer que o vapor formado está em seu ponto
de orvalho à temperatura de 89,4ºC, e em equilíbrio com o líquido com fração
molar de benzeno de 60%.

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Uma conclusão importante deste exemplo é a seguinte: O vapor em
equilíbrio com um líquido sempre será mais rico em componente volátil do que o
líquido.

Esta diferença entre composições do liquido e do vapor em uma mistura
multi-componentes em equilíbrio é o princípio em que toda a destilação se baseia.

O processo de destilação industrial se baseia nos fatos de uma mistura
líquida em ebulição se torna rica no componente menos volátil, já que o mais
volátil tende a escapar do líquido mais facilmente, e que um vapor em processo de
condensação também se torna rico no componente mais volátil, já que o menos
volátil tende a se condensar com mais facilidade.

3.2.1: Razão de Equilíbrio K

Quando alcançado o equilíbrio, o número de moléculas que passam da fase
líquida para vapor e vice-versa é igual. A diferença importante é que o
componente mais volátil se encontra mais concentrado no vapor, enquanto o
menos volátil se encontra mais concentrado no líquido.

A razão de equilíbrio é definida como a razão entre as frações molares de
um componente nas fases líquidas e vapor, de acordo com a equação 4:

K = Y / X (4)
Y = Fração molar na fase vapor.

 X = Fração molar na fase líquida.

Sempre o componente mais volátil apresentará uma razão K maior que o
componente menos volátil.

3.2.2: Volatilidade Relativa

Uma forma de se avaliar o quanto um componente é mais volátil que o
outro é através da volatilidade relativa.

A equação 5 mostra a volatilidade relativa, que nada mais é que uma
relação entre as constantes de equilíbrio dos componentes.

 �ab = Ka / Kb (5)

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Se combinando a equação 5 com as Leis de Dalton e Raoult, se chega a
equação 6:

�ab = Pa’ / Pb’ (6)
A equação 6 mostra que a volatilidade relativa de uma mistura binária ideal

é simplesmente a relação entre as pressões de vapor dos componentes puros na
temperatura considerada.

A volatilidade relativa serve para indicar o quanto difícil é a separação dos
componentes em um processo de destilação. Componentes com igual volatilidade
(�ab = 1) são impossíveis de serem separados através de destilação simples.
Quanto maior o valor da volatilidade relativa, mais fácil será a separação. Na
prática, se considera os valores menores ou iguais à 1,1 e maiores ou iguais a 1,5
como uma separação difícil e uma separação fácil, respectivamente.

A volatilidade relativa depende da temperatura e pressão da operação, só
que a temperatura de equilíbrio é diretamente proporcional a pressão, desta forma
fazendo com que a pressão de operação que acabe por determinar a volatilidade
relativa. Deste fato, se chega a conclusão que, quanto maior a pressão, menor
será a volatilidade relativa, e por conseguinte maior a dificuldade de separação
entre os componentes.

3.3: Processos de Destilação

No passado, os métodos de destilação de petróleo era rudimentares. Eram
realizados em alambiques, e de maneira descontínua.

Além do desconhecimento das diferentes propriedades do petróleo na
época, não era exigida uma boa qualidade para os produtos destilados. Vale
lembrar que também não existia na época o interesse de se produzir todos os
derivados existentes hoje, e nem a necessidade da qualidade exigida atualmente.

O processo passou por fortes evoluções desde então, se buscando a
melhor qualidade dos produtos acabados.

A seguir se vê detalhes dos três tipos mais comuns de destilação.

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3.3.1: Destilação por Expansão Brusca (Destilação Flash ou Integral)

É o tipo de destilação onde a carga é separada em dois produtos em um
único estágio: um vapor e um líquido, que estão em equilíbrio termodinâmico.

Nesta destilação, o vapor produzido fica durante a vaporização em contato
íntimo com o líquido residual, desta maneira ligando o líquido e o vapor produzidos
por relações de equilíbrio.

Novamente utilizando a mesma mistura do exemplo anterior (60% molar de
benzeno e 40% molar de tolueno), e a aquecendo até 92ºC, se chega ao ponto “d”
na figura X. Percebe-se que neste ponto, há duas fases em equilíbrio, nos pontos
“e” e “f”.

Conforme visto no princípio básico da destilação, o líquido (ponto “e”) tem
uma composição de 51% molar de benzeno, enquanto o vapor (ponto “f”) tem uma
composição de 72,2% molar de benzeno.

As fases do líquido e vapor resultantes são separadas do equipamento.
Obviamente, o vapor será mais rico em compostos mais voláteis do que a carga
ou líquido residual.

Este tipo de destilação é a primeira fase que ocorre durante o
fracionamento de petróleo.

A figura 10 exemplifica este tipo de destilação.

Figura 10: Destilação Flash.

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3.3.2: Destilação Simples (Destilação Diferencial)

É uma destilação que acontece de forma descontínua. Uma carga de