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