Introdução
 A destilação como opção de um processo unitário
de separação, vem sendo utilizado pela
humanidade desde o período que passa pela era
dos antigos alquimistas.
 O que, como, quando e porque podemos utilizar
esta operação é objeto de intenso estudo.
 O enfoque atual do processo de destilação é
centrado
na
busca
pela
eficiência
e
consequentemente redução de energia.
 É objetivo desta parte da disciplina, capacitar
estudantes do curso de química, nos processos
produtivos de unidades purificadoras, através do
melhor
entendimento
dos
fenômenos
observados.
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Principais Definições
 Temperatura de ebulição: temperatura na qual, a
uma determinada pressão, uma substância
experimenta uma mudança do estado líquido para o
estado vapor.
 Temperatura de ponto de bolha: temperatura na
qual uma determinada mistura líquida apresenta a
formação da 1ª bolha de vapor.
 Temperatura de ponto orvalho: temperatura na qual
uma determinada mistura gasosa apresenta a
formação da 1ª gota de líquido.
* Obs: no caso de componentes puros o ponto de bolha
coincide com o ponto de ebulição e o ponto de
orvalho com o ponto de condensação.
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Principais Definições
 Pressão Parcial: a pressão parcial de um gás num
recipiente contendo uma mistura gasosa é definida
como a pressão que esse gás exerceria se estivesse
sozinho no recipiente.
 Pressão de vapor: suponha um líquido num recipiente
fechado. As moléculas do líquido estão em constante
agitação e aquelas que se encontrarem na superfície
livre tem um tendência natural de escaparem da fase
líquida, formando uma fase vapor. Quando este
fenômeno ocorre, um estado de equilíbrio é atingido,
e, a pressão exercida pelo vapor formado é chamada
de pressão de vapor do líquido a temperatura T, desde
que a temperatura seja mantida constante.
 Vácuo: ocorre quando a pressão de um determinado
meio é menor que a pressão externa a ele.
(geralmente essa pressão externa é a atmosférica, ou
seja 1 atm).
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Principais Definições
 Calor: é a energia térmica em trânsito, que é
transferida entre os corpos, a diferentes
temperaturas.
 Calor latente: é o calor envolvido na mudança de
estado físico numa dada pressão sem alterar a
temperatura de uma unidade do fluido.
 Calor sensível: é o calor responsável pelo
aquecimento ou resfriamento de uma dada massa
de fluido.
 Estado gasoso: observado quando existe uma baixa
atração intermolecular, permitindo movimentação
rápida e independente entre as moléculas.
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Principais Definições
 Estado líquido:caracterizado por possuir um estado
intermediário de interação molecular, entre o gás e
um sólido.
 Estado sólido: alta interação entre suas moléculas e
forma definida.
 Vapor saturado: é o vapor que em determinadas
condições de temperatura e pressão se encontra
com sua fase líquida, o chamando equilíbrio líquidovapor.
 Vapor superaquecido: é o vapor saturado seco fora
da fase de equilíbrio, estando numa temperatura
superior a temperatura de saturação (ebulição).
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Principais Definições
 Líquido saturado: é o líquido que em certas
condições de pressão e temperatura se encontra
em equilíbrio com a sua fase vapor.
 Líquido subresfriado: é o líquido que sob certas
condições de pressão se encontra fora da fase de
equilíbrio estando numa temperatura de saturação.
 Equilíbrio líquido-vapor (ELV): uma mistura líquida
está em equilíbrio com seu vapor quando o nº de
moléculas do estado líquido que passa para o
vapor é igual ao nº de moléculas do estado vapor
que passa para o líquido.
 Entalpia: é o calor absorvido ou liberado a pressão
constante. Como entalpia é uma função de estado,
seu valor depende somente do conteúdo de calor
dos estado inicial e final.
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Destilação
 Conceito:
é uma operação que visa separar os
componente de uma fase líquida através de sua
vaporização parcial. Os vapores são mais ricos nos
componentes mais voláteis do que no liquido, o que
possibilita a separação de frações enriquecidas nos
componentes desejados.
 Este processo de separa de líquidos é uma das
operações básicas mais importantes da indústria , que
possibilita separa os componentes de uma mistura
líquida na forma de substâncias puras.
 Processo: as operações de destilação realizam-se em
estágios nos quais duas correntes (um líquido e um
vapor) entram em contato para produzir duas outras
corrente cujas composições diferem das originais.
 De um modo geral, o vapor que sai de um estágio achase enriquecido nos componente mais voláteis. O líquido
por sua vez, sai com menor quantidade de voláteis do
que o líquido alimentado.
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Curvas de Equilíbrio
 Os cálculos de destilação ficam mais
simples quando os dados de equilíbrio são
postos numa curva y vs x, denominada
curva de equilíbrio, onde y é a fração
molar na fase vapor e x e a fração molar
na fase líquida.
 Podemos também utilizar a curva de
equilíbrio no processo de destilação para
determinar as condições de equilíbrio
para cada prato.
 Um dos métodos para calcular o nº de
pratos teóricos necessários para realizar a
separação, é o de McCabe-Thile.
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Definições
 Azeotropia: propriedade na qual o líquido em ebulição de
uma mistura, forma um vapor que tem exatamente a
mesma composição, portanto não podendo separa os
componentes desta mistura como o ponto de ebulição
determinado:
– azeótropo de mínimo ponto de
azeótropo formado tem um ponto
componentes separadamente.
– azeótropo de máximo ponto de
azeótropo formado tem um ponto
componentes separadamente.
ebulição : ocorre quando o
de ebulição menor que os dos
ebulição : ocorre quando o
de ebulição maior que os dos
 Volatilidade: é um parâmetro que indica a maior ou menor
tendência de uma substância passar do estado líquido para o
vapor. Portanto, quanto maios a pressão de vapor de uma
substância maior é sua volatilidade, pois maior será a
tendência de sua moléculas passarem do estado líquido para
o estado vapor.
– volatilidade relativa : é definida como a razão da volatilidade entre
dois componentes.
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Tipos de Destilação
 Uma
destilação pode ser conduzida de uma
variedade de modos, cada um dos quais apresenta
vantagem e desvantagens numa determinada
situação particular. Observa-se, todavia, que os
diversos modos de operar são modificações dos
seguintes métodos que podem ser considerados
fundamentais:
–
–
–
–
–
–
diferencial
de equilíbrio (FLASH)
por arraste de vapor
fracionada
extrativa
azeotrópica
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Destilação Diferencial
 Esta operação também é conhecida como destilação
Rayleigh ou simples, é descontínua. A carga é
colocada no fervedor e aquecida até sua
temperatura de ebulição. Imediatamente depois
vapor formado através de um condensador. Tanto o
vapor, que se encontra enriquecido no componente
mais , como o líquido do fervedor podem ser o
produto da operação podem ser o produto da
operação.
 A aparelhagem utilizada consta de um fervedor que
vai vaporizando a carga, e de um condensador. No
laboratório esta operação é realizada num balão de
vidro de pescoço curto no qual é adaptado o
condensador.
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Destilação de Equilíbrio
 É também chamada de destilação FLASH,
podendo ser realizada em batelada ou
em operação contínua. Este segundo
modo de operar é mais freqüente.
 A alimentação líquida preaquecida é
alimentada num tanque de expansão, no
qual uma parte do líquido vaporiza. O
vapor produzido e o líquido não
vaporizado são retirado continuamente
do tanque logo que se forma.
 Várias unidades do tipo descrito poderão
ser utilizadas em série, de modo a ser
realizada operação multiestágio a fim de
aumentar a flexibilidade deste tipo de
operação.
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Destilação por arraste
 É um método variante de destilação simples,




consiste em injetar vapor vivo no fervedor em vez
de realizar o aquecimento através de um trocador.
O
vapor
que
sai
da
mistura
arrasta
preferencialmente o componente mais volátil.
Este método é bastante comum, sendo conhecido
também pelo nome de destilação com vapor.
Seu maior emprego é a vaporização de misturas
com características desfavoráveis de transferência
da calor ou de líquidos que se decompõem quando
destilados normalmente à pressão atmosférica.
É utilizada para misturas líquidas insolúveis no
solvente.
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Destilação Fracionada
 As operações até agora descritas propiciam
pouco enriquecimento do vapor produzido.
 Na destilação fracionada opera-se com
vaporizações e condensações sucessivas
num equipamento de menor custo,
conhecido como coluna de fracionamento.
 Só poderá ser utilizada quando os
componentes da mistura tiver pontos de
ebulição bem diferentes.
 As colunas de fracionamento podem ser:
– partos
– recheio
 Este tipo de destilação pode ser efetuada
em batelada ou continuamente.
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Torres de Pratos
 O contato líquido-vapor é feito em estágios, isto é, o
vapor entra em contato com o líquido a intervalos
determinados.
 Tipos de Pratos:
– perfurados
– valvulados
 Zonas de uma coluna:
– zona de stripping ou esgotamento : são estágios nos
quais a concentração de componentes menos voláteis
estão na corrente líquida, de maneira geral, a zona de
stripping encontra-se abaixo do ponto de alimentação.
– Zona de retificação ou enriquecimento : são estágios
nos quais a concentração dos componentes mais
voláteis estão na fase vapor, normalmente esta zona
encontra-se acima do prato de alimentação.
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Tipos de Fluxo em uma Bandeja
 O fluxo em uma bandeja admite dos regimes
diferentes: regime com formação de spray e
formação de espuma.
 Do ponto de vista do fluxo sob a bandeja, podemos
ter:
– fluxo cruzado : o líquido entra por um dos lados do prato,
percorre- e desce para o prato inferior pelo outro lado.
– fluxo dividido : é usado em torres de grande diâmetro, o
líquido entra no centro e flui para extremidades, de onde cai
para o prato inferior, onde o fluxo será das extremidades
para o centro.
– fluxo radial : proporciona boa distribuição, sendo utilizável
em torres grandes; sua desvantagem é o alto custo inicial
– fluxo cascata : é usado em torres de grande diâmetro, a fim
de evitar o grande gradiente de altura de líquido, que seria
prejudicial ao fracionamento, constrói-se o prato em degraus,
evitando grandes variações de nível.
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Coluna de Recheio
 Torre de recheio: o contato entre o líquido-vapor é
contínuo, ou seja, ao longo de todo equipamento
não há espaço em que não haja o contato.
 As colunas recheadas são preferidas nas operações
em que colunas de diâmetros relativamente
pequenos, inferiores a 500 mm, são suficientes para
operar com a vazões desejadas de líquidos, ou nos
casos em que se exige baixas quedas de pressão.
 A transferência de massa entre as fases é promovida
pelo recheio, o qual tem função de aumentar a
superfície interna de uma coluna, permitindo o
aumento de contato entre a fase líquida e gasosa.
 A eficiência de uma coluna é associada do recheio,
no qual se procura associar as seguintes
características: área superficial versus volume.
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Tipos de Recheio
 Existem um grande números de tipos de recheios no
mercado mundial, mas apenas um pequenos grupo é
efetivamente usado. Os recheios podem ser classificados
basicamente em dois grupos:
 Randômicos: contituídos de peças de no máximo 90 mm,
que são colocados ao acaso no leito para permitir uma
distribuição desarrumada de seus elementos.
–
–
–
–
–
Aneis de raschig
Selas de Berl
Selas Intalox
Anéis de Pall
IMTP
 Recheios
Estruturados: são todos que podem ser
colocados na torre de uma forma ordenada ou arrumada,
sendo, por isto, muitas vezes, também chamado
ordenados ou arrumados.
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Acessórios
 Condensadores: é o equipamento destinado a promover o
refluxo através da coluna.
– Condensador parcial: implicará sempre na caracterização da
corrente de refluxo na condição de líquido saturado.
– Condensador total: do ponto de vista da caracterização da
corrente de refluxo e produto o condensador total será
dimensionado com o objetivo de obter um líquido saturado ou
subresfriado.
 Refervedor: a fonte de energia utilizada para proporcionar a
transferência de massa é normalmente fornecida por
refervedor. Os tipos mais comuns são os refervedores
termosifão que podem ser verticais ou horizontais, os de
circulação forçada e os kettle (chaleiras).
 Demister: consiste em um dispositivo utilizado no topo de
um equipamento e com o objetivo de reter gotículas
arrastadas pelo vapor, aglutinando as gotículas tornando-as
maiores e mais pesadas, permitindo, assim, o seu retorno,
por açao da gravidade, para o sistema.
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Problemas freqüentes em torres
de destilação
 Inundação
(flooding):
é
a
excessiva
acumulação de líquido em uma coluna, sendo
que, para colunas de bandejas, essa
ocorrência é normalmente caracterizado
segundo os itens abaixo:
– Spray entre as bandejas: ocorre quando a taxa
de líquido é baixa, permitindo que o vapor
pulverize o filme líquido nas bandejas.
– Formação de espuma entre as bandejas: ocorre
quando a taxa de líquido é alta, associada com
aumento da vazão de vapor. Aumenta-se assim
o nível da espuma entre as bandejas.
– Retorno pelo vertedouro.
– Estrangulamento de líquido.
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Problemas freqüentes em torres
de destilação
 Nível alto: problemas de eficiência de destilação são
associados a esse fato em função de possibilidade
de afogamento de bandejas ou alimentação de
vapor.
 Pratos secos: ocorre em função de deficiência no
controle de vazão de alimentação ou refluxo ou
ainda em alguns casos durante a partida pelo FLASH
do líquido de alimentação. A principal conseqüência
é a perda de perfil da coluna, possibilitando o
aumento de pesados no produto destilado.
 Falha no sistema de condensador de topo:
acarretará no aumento de pressão da coluna,
elevando assim a sua temperatura. O aumento de
temperatura e pressão da coluna modificara sempre
o seu perfil de separa, provocando aumento de
pesados no topo.
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Problemas freqüentes em torres
de destilação
 Falha no sistema de refervedor: em função de “plugueamento”





nos tubos do refervedor ou mesmo falha de vapor haverá a
diminuição da taxa de vaporização, acarretando aumento de
nível e queda de eficiência nas bandejas.
Dumping: ocorre quando o líquido passa para o prato seguinte,
através dos orifícios ou válvulas. Tal fato está relacionado à baixa
vazão de vapor ou mesmo a sua distribuição.
Arraste: ocorre a altas vazões de vapor, consistindo no arraste
de partículas líquida no vapor ascendente diminuindo a eficiência
de contato. Isto é causado por carga excessiva à torre.
Blowing: consiste na abertura de canais no líquido lançando-o no
prato superior.
Entupimento dos borbulhadores dos pratos
Má distribuição de líquido em colunas de recheio
– inclinação da coluna
– formação de caminhos preferenciais no recheio.
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Destilação Extrativa
 A destilação extrativa é utilizada para separa componentes
com volatilidades muito próximas, o que, pelos métodos
convencionais, requer muito mais estágios e razões de
refluxo elevadas. Este método requer menos energia e
muitas vezes o que se economiza paga o equipamento de
recuperação do solvente.
 Consiste em adicionar um outro componente ao sistema,
chamado solvente, que aumenta a volatilidade relativa dos
componente a separar.
 Alimenta-se a mistura de A e B na primeira coluna, chama
de coluna de extração, da qual o componente mais volátil
sai pelo topo. O solvente é alimentado próximo ao topo
dessa coluna e arrasta o componente B para a base, de
onde a mistura B + S segue para o stripper de solvente,
que promove a separação de B e S. o solvente é um líquido
muito menos volátil do que os componente a separar.
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Destilação Extrativa
 O solvente deve possuir semelhança estrutural com o
componente mais pesado, e ainda, deve satisfazer a outros
critérios:
– ser substancialmente menos volátil que qualquer dos
componentes, de interesse, o que facilita sua recuperação.
– dentro desta restrição de volatilidades, seu ponto de ebulição
deverá ser o mais baixo possível, de modo a reduzir a
temperatura de operação.
– o solvente deve ser completamente miscível com ambos os
componentes, no intervalo de concentração envolvido.
– Não deve ser tóxico, inflamável ou corrosivo.
– Não deve reagir com qualquer dos componentes que estão
sendo separados.
– Deve ser estável.
– Seu custo deve ser baixo.
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Destilação Azeotrópica
 O meio mais fácil de separa os componentes de
uma mistura azeotrópica é a destilação
azeotrópica, e consiste em acrescentar um outro
componente à mistura que vai ser separada,
como no caso da destilação extrativa, a
diferença reside na volatilidade do componente
acrescentado, neste caso é essencialmente a
mesma dos componentes a separa, enquanto na
destilação extrativa, o solvente era praticamente
não volátil, comparado com os do sistema.
Nestas condições, o componente acrescentado
forma um azeótropo com um ou mais dos
componentes a separar, devido a diferença de
polaridade.
 Ao contrário da destilação extrativa, o agente
acrescentado encontra-se praticamente na
porção superior da coluna e sua concentração
decresce na direção do fervedor.
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Destilação do Petróleo
Diagrama de Fase
Mudança de Fase
Diagrama Pressão Entalpia
Curva de Equilíbrio
Azeótropo
Destilação Diferencial
Destilação Flash
Colunas de Pratos
Coluna de Recheio
Tipos de Fluxo
Zonas de da Coluna
Tipos de Fluxo
Condensadores e Refervedores
Estrangulamento e Retorno
Destilação Extrativa
Destilação Azeotrópica