Curso de Farmácia. Operações Unitárias em Indústria Prof.a: Msd Érica Muniz 6 /7 Período DESTILAÇÃO Parte 2

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1 Curso de Farmácia Operações Unitárias em Indústria Prof.a: Msd Érica Muniz 6 /7 Período DESTILAÇÃO Parte 2 1

2 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: pratos recheio Este tipo de destilação pode ser efetuada em batelada ou continuamente. 2

3 Destilação em Batelada É um processo intermitente, em que a mistura a ser destilada é carregada em um tanque na base do destilador (refervedor) e a mistura é aquecida até seu ponto de bolha, inicia-se a ebulição e a mistura é mantida em ebulição, enquanto o destilado é continuamente removido com o vapor e o condensado a um produto líquido externamente ao destilador. 3

4 Destilação em Batelada Vantagens: Flexibilidade na operação; Baixo custo na instalação; Desvantagens: Alto consumo energético; Elevado tempo no processo. 4

5 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 encontrase 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. 5

6 Colunas de Pratos

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8 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, percorree 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. 8

9 Tipos de Fluxo

10 Tipos de Fluxo

11 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. 11

12 Coluna de Recheio

13 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. 13

14 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 ação da gravidade, para o sistema. 14

15 Condensadores e Refervedores

16 Problemas frequentes 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. 16

17 Problemas frequentes 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 consequência 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. 17

18 Problemas frequentes 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. 18

19 Problemas frequentes em torres de destilação 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. 19

20 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. 20

21 Destilação Extrativa 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. 21

22 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. 22

23 Destilação Extrativa

24 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. 24

25 Destilação do Petróleo