Destilación

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A destilación é a operação de separar, mediante vaporización e recondensación, os diferentes componentes líquidos, solido em liquido ou gases licuados de uma mistura, aproveitando os diferentes pontos de ebullición (temperaturas de ebullición) da cada uma das substâncias já que o ponto de ebullición é uma propriedade intensiva da cada substância, isto é, não varia em função da massa ou o volume, ainda que sim em função da pressão .

Destilación simples

O aparelho utilizado para a destilación no laboratório é o alambique. Consta de um recipiente onde se armazena a mistura à que se lhe aplica calor, um condensador onde se enfrían os vapores gerados, os levando de novo ao estado líquido e um recipiente onde se armazena o líquido concentrado.

Na indústria química utiliza-se a destilación para a separação de misturas simples ou complexas. Uma forma de classificar a destilación pode ser a de que seja discontinua ou contínua.

No esquema da direita pode observar-se um aparelho de destilación simples básico:

Mechero, proporciona calor à mistura a destilar.
Ampolla ou matraz de fundo redondo, que deverá conter pequenos trozos de material poroso (cerâmica, ou material similar) para evitar sobresaltos repentinos por sobre-aquecimentos.
Cabeça de destilación: Não é necessário se a retorta tem uma tubuladura lateral.
Termómetro: O bulbo do termómetro sempre se localiza à mesma altura que a saída à entrada do refrigerador. Para saber se a temperatura é a real, o bulbo deverá ter ao menos uma gota de líquido. Pode ser necessário uma tampa de borracha para sustentar ao termómetro e evitar que se escapem os gases (muito importante quando se trabalha com líquidos inflamáveis).
Cano refrigerante. Aparelho de vidro, que se usa para condensar os vapores que se desprendem da bola de destilación, por médio de um líquido refrigerante que circula por este.
Entrada de água: O líquido sempre deve entrar pela parte inferior, para que o cano permaneça cheio com água.
Saída de água: Quase sempre pode se ligar a saída de um à entrada de outro, porque não se aquece muito o líquido.
Recolhe-se em uma bola, copo de precipitados, ou outro recipiente.
Fonte de vazio : Não é necessário para uma destilación a pressão atmosférica.
Adaptador de vazio: Não é necessário para uma destilación a pressão atmosférica.

Destilación fraccionada

Artigo principal: Destilación fraccionada

A destilación fraccionada é uma variante da destilación simples que se emprega principalmente quando é necessário separar líquidos com ponto de ebullición próximos.

A principal diferença que tem com a destilación simples é o uso de uma coluna de fraccionamiento. Esta permite um maior contacto entre os vapores que ascendem com o líquido condensado que desce, pela utilização de diferentes "platos". Isto facilita o intercâmbio de calor entre os vapores (que cedem) e os líquidos (que recebem). Esse intercâmbio produz um intercâmbio de massa, onde os líquidos com menor ponto de ebullición se convertem em vapor, e os vapores com maior ponto de ebullición passam ao estado líquido.

Destilación ao vazio

A destilación a vazio é a operação complementar de destilación do cru processado na unidade de destilación atmosférica, que não se vaporiza e sai pela parte inferior da coluna de destilación atmosférica. O vaporizado de todo o cru à pressão atmosférica precisaria elevar a temperatura acima da ombreira de descomposição química e isso, nesta fase do refino de petróleo, é indeseable.

O residuo atmosférico ou cru reduzido procedente do fundo da coluna de destilación atmosférica, se bombea à unidade de destilación a vazio, aquece-se geralmente em um forno a uma temperatura inferior aos 400 °C, similar à temperatura que se atinge na fase de destilación atmosférica, e se introduz na coluna de destilación. Esta coluna trabalha a vazio, com uma pressão absoluta de uns 20 mm de Hg , pelo que se volta a produzir uma vaporización de produtos por efeito da diminuição da pressão, podendo lhe extrair mais produtos ligeiros sem decompor sua estrutura molecular.

Na unidade de vazio obtêm-se só três tipos de produtos:

Gás Oil Ligeiro de vazio (GOLO).
Gás Oil Pesado de vazio (GOP).
Residuo de vazio.

Os dois primeiros, GOLO e GOP, utilizam-se como alimentação à unidade de craqueo catalítico após desulfurarse em uma unidade de hidrodesulfuración (HDS).

O produto do fundo, residuo de vazio, utiliza-se principalmente para alimentar a unidades de craqueo térmico, onde se voltam a produzir mais produtos ligeiros e o fundo se dedica a produzir fuel oil, ou para alimentar à unidade de produção de coque . Dependendo da natureza do cru o residuo de vazio pode ser matéria prima para produzir asfaltos.

Destilación azeotrópica

Em química, a destilación azeotrópica é uma das técnicas usadas para romper um azeótropo na destilación. Uma das destilaciones mais comuns com um azeótropo é a da mistura etanol-água. Usando técnicas normais de destilación, o etanol só pode se apurar a aproximadamente o 95%.

Uma vez encontra-se em uma concentração de 95/5% etanol/água, os coeficientes de actividade da água e do etanol são iguais, então a concentração do vapor da mistura também é de 95/5% etanol-água, portanto destilar de novo não é efectivo. Alguns usos requerem concentrações de álcool maiores, por exemplo quando se usa como aditivo para a gasolina. Portanto o azeótropo 95/5% deve romper-se para conseguir uma maior concentração.

Em um dos métodos se adiciona um material agente de separação. Por exemplo, a adição de benceno à mistura muda a interacção molecular e elimina o azeótropo. A desventaja, é a necessidade de outra separação para retirar o benceno. Outro método, a variação de pressão na destilación, baseia-se no facto de que um azeótropo depende da pressão e também que não é uma faixa de concentrações que não podem ser destiladas, senão o ponto no que os coeficientes de actividade se cruzam. Se o azeótropo salta-se, a destilación pode continuar.

Para saltar o azeótropo, o ponto do azeótropo pode mover-se mudando a pressão. Comummente, a pressão fixa-se de forma tal que o azeótropo fique cerca do 100% de concentração, para o caso do etanol, este se pode localizar em 97%. O etanol pode destilar-se então até o 97%. Actualmente destila-se a um pouco menos de 95,5%. O álcool ao 95,5% envia-se a uma coluna de destilación que está a uma pressão diferente, se leva o azeótropo a uma concentração menor, talvez ao 93%. Já que a mistura está acima da concentração azeotrópica actual, a destilación não colar-se-á “” neste ponto e o etanol poder-se-á destilar a qualquer concentração necessária.

Para conseguir a concentração requerida para que o etanol sirva como aditivo da gasolina normalmente se usam tamices moleculares na concentração azeotrópica. O etanol destila-se até o 95%, depois faz-se passar por um tamiz molecular que absorva a água da mistura, já se tem então etanol acima do 95% de concentração, que permite destilaciones posteriores. Logo o tamiz aquece-se para eliminar a água e pode reutilizar-se.

Destilación por arraste de vapor

Na destilación por arraste de vapor de água leva-se a cabo a vaporización selectiva do componente volátil de uma mistura formada por este e outros "não volátiles". O anterior consegue-se por médio da inyección de vapor de água directamente no interior da mistura, denominando-se este "vapor de arraste", mas em realidade sua função não é a de "arrastar" o componente volátil, senão condensarse no matraz formando outra fase inmiscible que cederá seu calor latente à mistura a destilar para conseguir sua evaporación. Neste caso ter-se-ão a presença de duas fases insolubles ao longo da destilación (orgânica e acuosa), portanto, a cada líquido comportar-se-á como se o outro não estivesse presente. Isto é, a cada um deles exercerá sua própria pressão de vapor e corresponderá à de um líquido puro a uma temperatura de referência.

A condição mais importante para que este tipo de destilación possa ser aplicado é que tanto o componente volátil como a impureza sejam insolubles em água já que o produto destilado volátil formará duas capas ao condensarse, o qual permitirá a separação do produto e da água facilmente.

Como se mencionou anteriormente, a pressão total do sistema será a soma das pressões de vapor dos componentes da mistura orgânica e da água, no entanto, se a mistura a destilar é um hidrocarburo com algum azeite, a pressão de vapor do azeite ao ser muito pequena se considera despreciable a efeitos do cálculo:

P = Pa° + Pb°

Onde:

P = pressão total do sistema
Pa°= pressão de vapor da água
Pb°= pressão de vapor do hidrocarburo

Por outra parte, o ponto de ebullición de qualquer sistema atinge-se à temperatura à qual a pressão total do sistema tanto faz à pressão do confinamiento. E como os dois líquidos juntos atingem uma pressão dada, mais rapidamente que qualquer deles sozinhos, a mistura ferverá a uma temperatura mais baixa que qualquer dos componentes puros. Na destilación por arraste é possível utilizar gás inerte para o arraste. No entanto, o emprego de vapores ou gases diferentes à água implica problemas adicionais na condensación e recuperação do destilado ou gás.

O comportamento que terá a temperatura ao longo da destilación será constante, já que não existem mudanças na pressão de vapor ou na composição dos vapores da mistura, isto é que o ponto de ebullición permanecerá constante enquanto ambos líquidos estejam presentes na fase líquida. No momento que um dos líquidos se elimine pela própria ebullición da mistura, a temperatura ascenderá bruscamente.

Se em mistura binária designamos por na e nb às fracções molares dos dois líquidos na fase vapor, teremos:

Pa° = na P Pb° = nbP dividindo:

Pa° = na P = na
Pb° nb P nb

na e nb são o número de moles da e B em qualquer volúmen dado de vapor, portanto:

Pa° = na
Pb° nb

e como a relação das pressões de vapor a um "T" dado é constante, a relação na/nb, deve ser constante também. Isto é, a composição do vapor é sempre constante enquanto ambos líquidos estejam presentes.

Ademais como: na = wa/Ma e nb= wb/Mb

onde: wa e wb são os pesos em um volúmen dado e Ma, Mb são os pesos moleculares da e B respectivamente. A equação transforma-se em:

Pa° = na = waMb Pb° nb wbMa Ou bem: wa = Mapa° wb MbPb°

Esta última equação relaciona directamente os pesos moleculares dos dois componentes destilados, em uma mistura binária de líquidos. Portanto, a destilación por arraste com vapor de água, em sistemas de líquidos inmisibles nesta se chega a utilizar para determinar os pesos moleculares aproximados dos produtos ou substâncias relacionadas.

É necessário estabelecer que existe uma grande diferença entre uma destilación por arraste e uma simples, já que na primeira não se apresenta um equilíbrio de fases líquido-vapor entre os dois componentes a destilar como se dá na destilación simples, portanto não é possível realizar diagramas de equilíbrio já que no vapor nunca estará presente o componente "não volátil" enquanto esteja a destilar o volátil. Além de que na destilación por arraste de vapor o destilado obtido será puro em relação ao componente não volátil (ainda que requeira de um decantación para ser separado da água), algo que não sucede na destilación simples onde o destilado segue apresentando ambos componentes ainda que mais enriquecido em algum deles. Ademais se este tipo de misturas com azeites de alto peso molecular fossem destiladas sem a adição do vapor requerer-se-ia de grande quantidade de energia para aquecê-la e empregaria maior tempo, podendo-se decompor se trata-se de um azeite essencial.

Destilación melhorada

Quando existem dois ou mais compostos em uma mistura que têm pontos de ebullición relativamente próximos, isto é, volatilidade relativa menor a 1 e que forma uma mistura não ideal é necessário considerar outras alternativas mais económicas à destilación convencional, como são:

Destilación extractiva
Destilación reactiva

Estas técnicas não são ventajosas em todos os casos e as regras de análise e desenho podem não ser generalizables a todos os sistemas, pelo que a cada mistura deve ser analisada cuidadosamente para encontrar as melhores condições de trabalho.