O que é destilação? Este é o processo de conversão de um líquido em vapor, que depois se condensa de volta à forma líquida. O exemplo mais simples é a destilação da água, onde o vapor de uma chaleira é depositado como gotículas em uma superfície fria.
Aplicação e histórico
A destilação é usada para separar líquidos de sólidos não voláteis, como na destilação de bebidas espirituosas de materiais fermentados, ou para separar dois ou mais líquidos com diferentes pontos de ebulição, como na fabricação de gasolina, querosene e lubrificantes do petróleo. Outras aplicações industriais incluem o processamento de produtos químicos como formaldeído e fenol e dessalinização da água do mar.
O processo de destilação foi provavelmente usado por experimentadores antigos. Aristóteles (384-322 aC) mencionou que a água pura pode ser obtida pela evaporação da água do mar. Plínio, o Velho (23-79 d. C.) descreveu um método primitivo de condensação no qual o óleo obtido pelo aquecimento da resina é coletado em lã colocada sobrealambique.
Destilação simples
A maioria dos métodos de destilação usados na indústria e pesquisa de laboratório são variações da destilação simples. Essa tecnologia básica utiliza um cubo ou retorta no qual o líquido é aquecido, um condensador para resfriar o vapor e um recipiente para coletar o destilado. Quando uma mistura de substâncias é aquecida, a mais volátil delas, ou aquela com o ponto de ebulição mais baixo, é destilada primeiro, e depois as outras são destiladas, ou não destiladas. Um aparelho tão simples é excelente para purificar líquidos contendo componentes não voláteis e é bastante eficaz para separar substâncias com diferentes pontos de ebulição. Para uso em laboratório, as partes do aparelho são geralmente feitas de vidro e conectadas com rolhas, mangueiras de borracha ou tubos de vidro. Em escala industrial, o equipamento é feito de metal ou cerâmica.
Destilação Fracionada
Um método chamado destilação fracionada ou diferencial foi desenvolvido para o refino de petróleo porque a destilação simples para separar líquidos cujos pontos de ebulição diferem pouco é ineficiente. Neste caso, os vapores se condensam e evaporam repetidamente em um recipiente vertical isolado. Um papel especial aqui é desempenhado por vapores secos, colunas fracionárias e condensadores, que permitem retornar parte do condensado de volta ao alambique. O objetivo é obter um contato próximo entre as diferentes fases ascendentes da mistura, de modo queapenas as frações mais voláteis na forma de vapor chegaram ao receptor, e o restante retornou na forma de um líquido em direção ao cubo. A purificação de componentes voláteis como resultado do contato entre tais contracorrentes é chamada de retificação ou enriquecimento.
Destilação múltipla
Este método também é chamado de evaporação flash multi-estágio. Este é outro tipo de destilação simples. É usado, por exemplo, para destilar água em grandes usinas de dessalinização comerciais. A conversão de líquido em vapor não requer aquecimento. Ele simplesmente flui de um recipiente com alta pressão atmosférica para um recipiente com pressão mais baixa. Isso leva à rápida evaporação, acompanhada pela condensação do vapor em líquido.
Destilação a vácuo
Uma variação do processo de pressão reduzida usa uma bomba de vácuo para criar vácuo. Este método, chamado "destilação a vácuo", às vezes é usado com substâncias que normalmente fervem em altas temperaturas ou se decompõem quando fervidas em condições normais.
Bombas de vácuo criam pressão na coluna, que é muito menor que a pressão atmosférica. Além deles, são usados reguladores de vácuo. O controle cuidadoso dos parâmetros é muito importante porque a eficiência de separação depende da diferença na volatilidade relativa a uma dada temperatura e pressão. Alterar essa configuração pode afetar negativamente o andamento do processo.
A destilação a vácuo é bem conhecida nas refinarias. Os métodos de destilação convencionais separamhidrocarbonetos leves e impurezas de hidrocarbonetos pesados. O produto residual é submetido a destilação a vácuo. Isso possibilita a separação de hidrocarbonetos de alto ponto de ebulição, como óleos e ceras, em baixas temperaturas. O método também é usado na separação de produtos químicos orgânicos sensíveis ao calor e na recuperação de solventes orgânicos.
O que é destilação a vapor?
A destilação a vapor é um método alternativo de destilação a temperaturas abaixo do ponto de ebulição normal. É usado quando a substância destilada é imiscível e não reage quimicamente com a água. Exemplos de tais materiais são ácidos graxos e óleo de soja. Durante a destilação, o vapor é introduzido no líquido, que o aquece e provoca a evaporação.
Destilação em coluna empacotada
Embora as colunas empacotadas sejam mais frequentemente usadas para absorção, elas também são usadas para a destilação de misturas vapor-líquido. Este design fornece uma grande área de superfície de contato, o que aumenta a eficiência do sistema. Outro nome para tal estrutura é coluna de destilação.
O princípio de funcionamento é o seguinte. A mistura bruta de componentes com volatilidade diferente é alimentada no centro da coluna. O líquido flui para baixo através do bocal e o vapor sobe. A mistura no fundo do tanque entra no pré-aquecedor e sai com vapor. O gás sobe pelo empacotamento, pegando os componentes mais voláteis do líquido, sai da coluna e entra no condensador. Após a liquefação, o produto entrano coletor de fleuma, onde é separado em um destilado e uma fração utilizada para irrigação.
Diferentes concentrações fazem com que componentes menos voláteis passem da fase de vapor para a fase líquida. O bocal aumenta a duração e a área de contato, o que aumenta a eficiência da separação. Na saída, o vapor contém a quantidade máxima de componentes voláteis, enquanto sua concentração no líquido é mínima.
Os bicos são preenchidos a granel e em pacotes. A forma do enchimento pode ser aleatória ou estruturada geometricamente. É feito de um material inerte, como argila, porcelana, plástico, cerâmica, metal ou grafite. O enchimento normalmente tem dimensões de 3 a 75 mm e tem uma grande área de superfície em contato com a mistura vapor-líquido. O enchimento a granel tem a vantagem de alto rendimento, alta resistência à pressão e baixo custo.
Os enchimentos de metal têm alta resistência e boa molhabilidade. As cerâmicas têm uma molhabilidade ainda maior, mas não são tão fortes. Os de plástico são fortes o suficiente, mas não molham bem em baixas taxas de fluxo. Como os enchimentos cerâmicos são resistentes à corrosão, eles são usados em temperaturas elevadas que o plástico não pode suportar.
Os bocais de embalagem são uma malha estruturada, cujas dimensões correspondem ao diâmetro da coluna. Fornece canais longos para fluxos de líquido e vapor. Eles são mais caros, mas permitem reduzir as quedas de pressão. Os bicos de pacote são preferidos em baixas taxas de fluxo e sob condições de baixa pressão. Eles são geralmente feitos de madeira, chapa metálica ou malha tecida.
Usado em recuperação de solventes e indústrias petroquímicas.
Destilação na coluna de destilação
O tipo de coluna mais usado. O número de placas depende da pureza desejada e da complexidade da separação. Afeta a altura da coluna de destilação.
O princípio de seu funcionamento é o seguinte. A mistura é alimentada no meio da altura da coluna. A diferença de concentração faz com que os componentes menos voláteis passem da corrente de vapor para a corrente de líquido. O gás que sai do condensador contém as substâncias mais voláteis, enquanto as substâncias menos voláteis saem através do aquecedor para a corrente líquida.
A geometria das placas na coluna afeta o grau e o tipo de contato entre os diferentes estados de fase da mistura. Estruturalmente, são peneira, válvula, tampa, treliça, cascata, etc. As bandejas de peneira, que possuem orifícios para passagem de vapor, são utilizadas para proporcionar alto desempenho com baixo custo. Bandejas de válvulas mais baratas, nas quais as aberturas são providas de válvulas de abertura e fechamento, são propensas a entupimento devido ao acúmulo de material. As tampas são equipadas com tampas que permitem que o vapor passe pelo líquido através de pequenos orifícios. Esta é a tecnologia mais avançada e cara, eficaz em baixas taxas de fluxo. O fluido flui de uma bandeja para outra pelos tubos verticais de drenagem.
Colunas de tabela são frequentemente usadas para recuperar solventes de resíduos de processo. Eles também são usados para recuperar metanol em uma operação de secagem. A água sai como um produto líquido e os resíduos orgânicos voláteis vão para a fase de vapor. Isso é o que é a destilação em uma coluna de destilação.
Destilação Criogênica
A destilação criogênica é a aplicação de métodos gerais de destilação para gases resfriados ao estado líquido. O sistema opera em temperaturas abaixo de -150 °C. Para isso, são utilizados trocadores de calor e bobinas. Toda a estrutura é chamada de bloco criogênico. Os gases liquefeitos entram na unidade e são destilados a temperaturas muito baixas. As colunas de destilação criogênica podem ser embaladas e embaladas. O design em lote é preferido, pois o material a granel é menos eficaz em baixas temperaturas.
Uma das principais aplicações da destilação criogênica é a separação do ar em seus gases constituintes.
Destilação Extrativa
A destilação extrativa usa compostos adicionais que atuam como solvente para alterar a volatilidade relativa de um dos componentes da mistura. Na coluna extratora, um solvente é adicionado às substâncias a serem separadas. O componente da corrente de alimentação a ser recuperado combina-se com o solvente e sai na fase líquida. O outro componente evapora e vai para o destilado. Segunda corrida paraoutra coluna permite que a substância seja separada do solvente, que então retorna ao estágio anterior para repetir o ciclo.
A destilação extrativa é usada para separar compostos com pontos de ebulição próximos e misturas azeotrópicas. A destilação extrativa não é tão difundida na indústria quanto a destilação convencional devido à complexidade do projeto. Um exemplo é o processo de obtenção de celulose. O solvente orgânico separa a celulose da lignina e uma segunda destilação produz uma substância pura.
