Destilação

Destilação

1. Objetivo

   • Identificar os princípios físico-químicos do processo de destilação fracionada bem como os tipos e equipamentos utilizados na indústria.

2. Coluna de Destilação

   • Composta por :
     • Pratos
     • Cilindro metálico
     • Condensador

3. Projeto

   • No projeto de uma coluna de destilação o principal objetivo é determinar o número de estágios de equilíbrio necessários para promover a separação desejada.

4. VOLATILIDADE RELATIVA

   • A volatilidade relativa de um líquido mede a sua facilidade de evaporação, portanto, dá uma idéia da facilidade de separação de um componente em um processo de destilação.
   • EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO.
     • vaporizar-se. A vaporização continua até que o número de moléculas que abandonam o líquido seja igual ao número de moléculas que deixam o vapor.
   • CONSTANTE DE EQUILÍBRIO E VOLATILIDADE RELATIVA
     • A Constante de Equilíbrio é a relação entre a fração molar do composto na fase vapor pela fração molar do composto na fase líquida. Se: Ki alto ⇒ i se concentra na fase vapor Ki baixo ⇒ i se concentra na fase líquida Ki = 1 ⇒ i se divide igualmente entre as fases líquida e vapor
   • Pressão de vapor, Ebulição e Volatilidade
     • A uma dada pressão externa, quanto menor o ponto de ebulição maior a pressão de vapor. A facilidade com a qual o líquido entra em ebulição depende de sua volatilidade. Então quanto maior a volatilidade maior a pressão de vapor.
     • PRESSÃO DE VAPOR
       • É a pressão exercida, a uma dada temperatura, pelas moléculas deste líquido na fase vapor, no ponto de saturação. A pressão de vapor é uma importante variável na determinação dos estágios de equilíbriode uma coluna de destilação uma vez que entra no cálculo das composições das fases noequilíbrio e está relacionada com a ebulição e a volatilidade dos compostos.

5. Mistura

   • Ponto de orvalho de uma mistura.
     • É a condição temperatura e pressão, na qual surge a primeira gota de líquido numa mistura vaporizada.
   • Ponto de bolha de uma mistura.
     • É a condição de temperatura e pressão, na qual a soma das pressões parciais dos componentes de uma mistura se iguala a pressão total do sistema, e surge a primeira bolha de vapor no seio do líquido. Simplificando, ponto de bolha de uma mistura é a temperatura, a uma dada pressão na qual a mistura entra em ebulição

6. Desvantagem

   • - Quando a diferença de volatilidade entre os compostos é pequena - Quando se deseja recuperar apenas uma pequena quantidade do componente mais volátil - Quando o composto é termicamente instável, mesmo à vácuo -Quando a mistura é corrosiva ou se polimeriza (sujeiras) Deterioração térmica do produto; e • Alto consumo de energia e torres de grandes diâmetro e altura para volatilidades relativas menores que 1,15.

7. Vantagens

   • Separação fácil para volatilidades relativas maiores que 1,5; • Baixo consumo de energia; • Não envolve manuseio de uma fase sólida; • Não existe adição de nenhum outro composto que possa contaminar o produto; e • Pode ser facilmente usada em processos de estágios múltiplos com um único vaso.

8. Consumo de energia

   • • Processos que usam energia como agente separador: menor consumo de energia (destilação); • Processos que usam um novo composto como agente separador: necessidade de regeneração (extração e absorção); • Processos governados pelo fluxo: recuperação de energia nos produtos quase nunca é possível (membrana); e • Processos que tenham uma fase sólida: dificuldade de manuseio de sólidos (adsorção).
   • VARIÁVEIS PARA ACOMPANHAMENTO DE PROCESSO
     •  • Inundação • Entrainment (arraste)   • Limites Operacionais de uma torre de pratos
     • Weeping (gotejamento)
       • É o gotejamento de líquido através dos furos do prato afetando a eficiência. Causa: baixas vazões de vapor através do prato   
     • Dumping
       • Ocorre quando há vazamento de todo o líquido através dos furos do prato. Representa a menor vazão de vapor permissível para uma dada vazão de líquido. É o valor limite para a operação da torre. Em contrapartida, a Ultimate Capacity é o limite máximo de vazão de vapor na qual a coluna pode operar sem perda de eficiência. Causa: vazão mínima de vapor através do prato    
     • Maximum Velocity (Velocidade excessiva de líquido no downcomer e Ultimate Capacity (capacidade limite)
       •  É a velocidade excessiva de líquido no downcomer. Causa: Insuficiência de área no downcomer para uma dada vazão de líquido.
     • ENTRAINMENT (ARRASTE)
       • O arraste numa coluna de bandejas é a passagem do líquido arrastado pelo gás de uma bandeja para a que fica acima. Diminui a eficiência da coluna pois prejudica a transferência de massa entre as fases dificultando o equilíbrio. Impurezas não voláteis podem também ser carreadas pelo vapor, contaminando o produto de topo. Causas: alta velocidade do vapor
     • INUNDAÇÃO
       • Ocorre quando o líquido é acumulado sobre o prato com maior rapidez de que pode fluir para a bandeja inferior, até que atinge o prato superior através do aumento de nível nos downcomers.  Causas: alta velocidade do vapor altas vazões de líquido enchendo os downcomers espuma (aumento da zona I)
     • LIMITES OPERACIONAIS DE UMA TORRE DE PRATOS
       • A operação de uma determinada coluna está limitada pela velocidade do vapor. A faixa de operação é determinada pelo projeto e depende do tipo de bandeja utilizado. Quando operada fora dos limites especificados os produtos saem de especificação. Indicadores de operação instável: Temperatura diferente do padrão na região onde ocorre anormalidade Oscilações significativas na pressão ou no sistema de controle Oscilações significativas no diferencial de pressão entre base e topo

9. Propriedades físico-químicas

   • • Pressão de vapor (destilação); • Solubilidade (extração e absorção); • Tamanho de partículas (adsorção em peneira molecular); • Ponto de Fusão (cristalização);
   • Extração líquido - líquido
     • Operação unitária para separação de componentes em uma fase líquida homogênea pela adição de solvente líquido, no qual os componentes desejados da solução, denominados de soluto , são preferencialmente solúveis.
   • Absorção
     • A absorção de gás é uma operação unitária em que ou mais de um componente de uma mistura gasosa é dissolvido num líquido. A absorção pode ser um fenômeno puramente físico ou pode envolver a solubilização da substância no líquido seguida por uma reação com uma ou mais de um constituinte do líquido
   • Adsorção
     • A adsorção física é um fenômeno pelo qual as moléculas de um fluido (gás, vapor ou líquido) são atraídas para uma superfície sólida, em função de uma força resultante decorrente da descontinuidade existente nas moléculas desta mesma superfície.

10. CLASSIFICAÇÃO DO PROCESSO DE DESTILAÇÃO

    • Quanto ao tipo de operação
      • Continua = Colunas em regime contínuo processam uma corrente de alimentação contínua. Nenhuma interrupção ocorre. As composições das correntes de topo e fundo são mantidas constante (regime estacionário). São capazes de manusear altas quantidades de material e são o mais comum dos dois tipos.  Batelada = Em operação batelada a carga é alimentada uma única vez no equipamento e os produtos variam de composição com o tempo. O regime é dito “transiente.” Nestes tipo de operação, quando a tarefa desejada é terminada a próxima batelada é alimentada.
    • Quanto às características do equipamento
      • Flash e Fracionada
    • Quanto aos agentes de separação
      • Simples, Extrativa e Azeotrópica.