Curso de Farmácia. Operações Unitárias em Indústria Prof.a: Msd Érica Muniz 6 /7 Período DESTILAÇÃO

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Manuel Coradelli Meneses
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1 Curso de Farmácia Operações Unitárias em Indústria Prof.a: Msd Érica Muniz 6 /7 Período DESTILAÇÃO 1

2 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. 2

O que, como, quando e porque podemos utilizar esta operação é objeto de intenso estudo.

3 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. 3

Temperatura de ponto de bolha: temperatura na qual uma determinada mistura líquida apresenta a formação da 1ª bolha de vapor.

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5 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. 5

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,

6 Principais Definições 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). Calor: é a energia térmica em trânsito, que é transferida entre os corpos, a diferentes temperaturas.

(geralmente essa pressão externa é a atmosférica, ou seja 1 atm).

7 Principais Definições 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. 7

Calor sensível: é o calor responsável pelo aquecimento ou resfriamento de uma dada massa de fluido.

8 Mudança de Fase

9 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 líquido-vapor. Vapor superaquecido: é o vapor saturado seco fora da fase de equilíbrio, estando numa temperatura superior a temperatura de saturação (ebulição). 9

Vapor saturado: é o vapor que em determinadas condições de temperatura e pressão se encontra com sua fase líquida, o chamando

10 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. 10

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

11 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. 11

Os vapores são mais ricos nos componentes mais voláteis do que no liquido, o que possibilita a separação de frações

12 Destilação 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 acha-se enriquecido nos componente mais voláteis. O líquido por sua vez, sai com menor quantidade de voláteis do que o líquido alimentado.

13 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. 13

Podemos também utilizar a curva de equilíbrio no processo de destilação para determinar as condições de equilíbrio para

14 Curva de Equilíbrio

15 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 ebulição : ocorre quando o azeótropo formado tem um ponto de ebulição menor que os dos componentes separadamente. azeótropo de máximo ponto de ebulição : ocorre quando o azeótropo formado tem um ponto de ebulição maior que os dos componentes separadamente. 15

ponto de ebulição : ocorre quando o azeótropo formado tem um ponto de ebulição menor que os dos componentes separadamente.

16 Volatilidade Volatilidade: é um parâmetro que indica a maior ou menor tendência de uma substância passar do estado líquido para o vapor. Portanto, quanto maior 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. 16

Portanto, quanto maior a pressão de vapor de uma substância maior é sua volatilidade, pois maior será

17 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 17

Observa-se, todavia, que os diversos modos de operar são modificações dos seguintes métodos que

18 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. 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. 18

Tanto o vapor, que se encontra enriquecido no componente mais, como o líquido do fervedor podem ser o produto da operação.

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20 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 frequente. 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. 20

A alimentação líquida preaquecida é alimentada num tanque de expansão, no qual uma parte do líquido vaporiza.

21 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. 21

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