destilação - bizuandobizuando.com/material-apoio/ope-uni-exp2/ope-uni-exp2-trabalho... ·...

U N I V E R S I D A D E D E S Ã O P A U L O Escola de Engenhar ia de Lorena – EEL

Destilação Grupo: Bruno Zaccaria 06B041 Daniella Ferreira Chinaglia 05I006 Isabel de Oliveira 07I068 Professor: Dr. Gilberto Garcia Cortez Disciplina: Operações Unitárias Experimental II Data: 12 de maio de 2009

Destilação

Operações Unitárias Experimental II - 2

Sumário 1. Introdução........................................................................................................................3

2. Destilação Fracionada...................................................................................................10

3. Destilação Diferencial....................................................................................................13

4. Destilação por Arraste...................................................................................................17

5. Destilação por Equilíbrio................................................................................................21

6. Conclusão .....................................................................................................................23

7. Bibliografia.....................................................................................................................24

Destilação


1. Introdução

Destilação é um processo de separação mais amplamente usado na indústria química. Esse assunto tem grande aplicação na sociedade atual na extração de petróleo, essências, óleos e bebidas. A criação e aperfeiçoamento desta técnica de separação vem para otimizar esse processo, principalmente em escala industrial.

E sendo assim a revista Química Nova na Escola na edição de número 4, na coluna História da Química, de novembro de 2006 trouxe a doutora Maria Helena contando a origem e desenvolvimento através da história dessa técnica de separação tão utilizada hoje:

“Destilação a arte de “extrair virtudes” Alambiques, retortas e fornos estão sempre presentes em imagens para caracterizar

alquimistas e químicos em seus laboratórios. Isso indica que tais instrumentos, utilizados no processo de destilação, têm papel destacado no imaginário relativo tanto à alquimia quanto à química. Essa idéia não deixa de ter fundamento, pois a destilação há muito tempo vem sendo utilizada tanto nas artes que envolvem o tratamento e a transformação de materiais quanto por estudiosos que buscavam afirmar ou elaborar idéias sobre a composição da matéria.

Hoje em dia, a destilação, processo baseado nas diferenças entre os pontos de ebulição das substâncias, é adequadamente explicada pela idéia de que a matéria é formada por partículas que se movimentam e interagem. O fracionamento do petróleo, a obtenção de álcoois e a extração de essências são apenas alguns exemplos de processos em que a destilação é empregada na indústria. Além disso, a destilação é um dos principais métodos de purificação de substâncias utilizados em laboratório. Assim, a importância desse processo tão bem conhecido e claramente interpretado por meio de modelos sobre as partículas que constituem a matéria justifica sua inclusão em qualquer curso de química de nível médio.

Entretanto, nem sempre a destilação foi considerada uma operação tão trivial. Desde suas origens e durante um longo período, a destilação estaria ligada à preparação de poderosas ‘águas’ e à obtenção da ‘pedra filosofal’, do maravilhoso ‘elixir’ que promoveria a cura de todas as doenças dos metais e dos homens.

Seria também por meio da destilação que os iniciados extrairiam as ‘quintessências’ de vegetais, minerais e partes de animais, obtendo-se dessa forma puríssimos e poderosos medicamentos.

• Possíveis origens da arte da destilação

Pode-se considerar que a destilação foi um dos desenvolvimentos promovidos pelos alquimistas alexandrinos nas técnicas de se operar sobre a matéria. Tal consideração baseia-se nos estudos realizados sobre os textos produzidos na Antigüidade que chegaram até os dias de hoje. Conforme tais estudos, termos como ambix, lopas ou cucurbita e mesmo desenhos de alambiques estariam presentes apenas

Destilação


nos escritos dos alquimistas alexandrinos1. De fato, nas principais fontes dos textos alquímicos alexandrinos que sobreviveram até nossos dias em cópias manuscritas feitas entre os séculos XI e XV, estão algumas figuras de instrumentos que os químicos de hoje podem facilmente associar com aparatos destilatórios.

Entretanto, apesar das semelhanças observadas entre essas figuras e os instrumentos atualmente utilizados, o processo de destilação era realizado naquela época num contexto muito diferente do atual. A destilação era uma operação alquímica, relacionada, portanto a um corpo conceitual originário de hibridizações entre idéias mágicas, religiosas e filosóficas, associadas aos conhecimentos envolvidos nas práticas artesanais egípcias.

No laboratório, o alquimista procurava operar sobre a matéria de modo a aperfeiçoá-la, imitando o que se acreditava ocorrer na natureza. Admitia-se que os metais seriam originados no interior da terra e se aperfeiçoariam por um processo análogo à gestação. Assim, a transmutação que ocorreria naturalmente, mas num tempo muito longo, poderia ser acelerada pelas operações alquímicas. Dessa forma, admitia-se que os conhecimentos alquímicos permitiam ao adepto controlar as forças naturais. Por isso, esses poderosos conhecimentos eram considerados divinos e sagrados, devendo, portanto ser mantidos em segredo. Além disso, referências a um momento de revelação em que o adepto recebia esses conhecimentos podem ser notadas em muitos dos textos alquímicos.

Concepções filosóficas sobre a composição e as transformações da matéria também faziam parte dos fundamentos da alquimia. A possibilidade de transmutar um metal em outro podia ser justificada com base na idéia aristotélica de que a matéria fosse um ‘substrato amorfo’ impregnado de qualidades. Assim, adequando-se as qualidades do metal de partida, seria possível obter prata ou ouro. Uma forma de se fazer isso seria através da eliminação das qualidades do metal comum para se obter aquele ‘substrato amorfo’, aquela matéria primordial sobre a qual seriam então impressas as qualidades da prata ou do ouro. Para realizar as operações necessárias, o alquimista contava com um grande acervo de conhecimentos técnicos que tiveram sua origem nas práticas artesanais egípcias, mas aos quais somaram-se os métodos desenvolvidos pelos próprios alquimistas, nos quais utilizavam poderosas ‘águas’ e ‘espíritos’2.

O processo de destilação provavelmente foi concebido nesse contexto. A invenção dessa técnica e dos instrumentos nela envolvidos é atribuída à alquimista Maria Judia, que teria vivido no início da era cristã3. Entretanto, deve-se ressaltar que o termo destilação seria empregado só muito tempo depois para identificar exclusivamente esse processo específico. Mesmo no início da idade moderna, o termo destilar abrangia todos os processos em que se observava gotejamento, incluindo, portanto, fusões e mesmo filtrações4.

Figura 1 - Desenhos presentes no manuscrito Parisinus graecus 2327 (séc. XV), conforme Marcellin Berthelot em seu Collection des Anciens Alchimistes Grecs. Paris: G. Steinheil, 1887-88, p. 163.

Destilação


Os aparatos destilatórios atribuídos a Maria Judia seriam naquela época empregados, por exemplo, na obtenção de ‘águas sulfurosas’. Entre as ‘águas’ — termo durante muito tempo empregado com referência a líquidos — destacava-se uma ‘Água Divina’, provavelmente uma solução de polissulfetos que seria empregada no processo de imprimir as propriedades do ouro, tais como a cor amarelada, ao material em transmutação. Também na separação de ‘espíritos’ a partir de diferentes materiais, a destilação passaria a ser vista como processo fundamental. Nota-se que aí já pode ser percebida a origem da idéia da possibilidade de se preparar um agente capaz de transmutar qualquer metal em ouro, que viria a ser chamado ‘pedra filosofal’, ‘tintura’ ou ‘elixir’ e cuja busca viria a caracterizar a alquimia em todo o seu desenvolvimento.

• Desenvolvimentos e empregos da destilação entre os árabes

As idéias e as práticas dos alquimistas alexandrinos seriam incorporadas e

transformadas na formulação da alquimia árabe, para a qual também contribuíram idéias orientais tomadas diretamente de suas fontes originais. Florescendo dentro de uma civilização em expansão, a alquimia árabe não seria uma simples continuação das elaborações alexandrinas. Isso pode ser evidenciado pela introdução da idéia de ‘elixir’, ausente naquelas fontes.

Essa idéia teria suas origens nas concepções chinesas sobre o equilíbrio da natureza. O elixir seria um medicamento universal, um poderoso agente capaz de equilibrar as qualidades dos corpos, tornando-os perfeitos.

Entretanto, em textos como os atribuídos a Razes e os pertencentes ao corpus Jabiriano encontram-se referências a “elixires” específicos que seriam utilizados em diferentes operações.

Na busca desses ‘elixires’, muitas vezes foram obtidos novos materiais, bem como produtos que encontraram utilizações diferentes das pretendidas, inclusive como remédios. Nos textos árabes também são freqüentemente mencionadas certas ‘águas agudas’, as quais podem ser hoje relacionadas especialmente a reagentes de caráter básico. Entre as poderosas ‘águas’ também se encontravam o vinagre e sucos de frutas destilados5.

A destilação também era utilizada em manufaturas, como por exemplo, na preparação de perfumes, arte para a qual os árabes muito contribuíram. Havia grandes centros onde eram extraídos os aromas de rosas, violetas, jasmins e de outros materiais. Para isso, as flores eram maceradas em água e, em seguida, esse material era destilado. Tal processo não era utilizado na Antigüidade, predominando então o método de extração de essências pela infusão de flores em óleos ou gorduras6.

• A aqua vitae e outras ‘águas’ medicinais

Transmitida ao ocidente medieval através das fronteiras árabes na Península Ibérica, a

alquimia teria novos desenvolvimentos. Os primeiros textos alquímicos foram traduzidos do árabe para o latim a partir do século XII e, já no século seguinte, estudiosos europeus escreviam textos relativos à “Grande Arte”. Pensadores renomados como Alberto Magno e Roger Bacon dedicaram-se ao estudo da alquimia, embora tivessem visões divergentes quanto à possibilidade de reproduzir, por meio dela, operações próprias da natureza — uma discussão que, no mais, já estava presente no mundo árabe7.

Destilação


Na alquimia medieval, a destilação também teria papel destacado, estando envolvida particularmente na obtenção de ‘águas’ medicinais, entre as quais se encontra a aqua vitae.

Tal medicamento, obtido pela destilação do vinho, e que hoje seria considerado uma bebida alcoólica, já estava em uso quando, ao final do século XIII, se passou a exaltar suas virtudes, especialmente nas obras atribuídas a Arnaldo de Vilanova, Johannes de Rupescissa e Raimundo Lulio8.

Nos textos atribuí dos a Raimundo Lulio, o produto obtido por sucessivas destilações da aqua vitae era tido como um remédio tão poderoso que poderia ser considerado como um análogo dos céus na terra. Esse remédio era chamado quintessência, numa alusão ao quinto elemento aristotélico constituinte dos céus. Assim, essa quintessência era também denominada “o céu dos filósofos”. Nesse ‘céu’ poderiam ainda ser fixadas ‘estrelas’, ou s eja, as ‘virtudes’ que se acreditava fossem extraídas dos vegetais, minerais e partes de animais considerados curativos9. Isso era feito destilando-se o material previamente macerado em aqua vitae. Podia-se também obter as quintessências puras dos materiais fazendo com que fossem inicialmente ‘putrificados’, ou seja, fermentados, e em seguida destilados.

Essa idéia de que cada material teria uma ‘virtude’ passível de ser extraída por destilação tem fundamento numa concepção do universo como rede de relações. A consideração de que, na criação do mundo, Deus teria deixado marcas em cada coisa encontrada sobre a terra foi bastante difundida a partir do Renascimento. Dentro dessa visão, caberia ao estudioso da natureza saber como conhecer essas marcas e relacioná-las por meio de analogias. Assim, ao se extrair as quintessências dos diferentes materiais, procurava-se uma aproximação com as marcas de origem divina.

• Os livros de destilação

A arte da destilação viria a ser amplamente difundida pela nova arte da imprensa. Em tratados de mineração e metalurgia, tais como Pirotechnia (1540), escrito por Vanoccio Biringuccio e De re metallica (1556), de Georgius Agricola, encontram-se descrições de instrumentos e métodos para se obter as “águas de partir” utilizadas por metalurgistas e ourives. Mas seria especialmente nos chamados ‘livros de destilação’ — nos quais, além de se descrever instrumentos e fornos destilatórios, se discorria sobre as virtudes das plantas, minerais e partes de animais considerados curativos — que as vantagens da arte da destilação viriam a ser enaltecidas.

Um dos mais difundidos livros de destilação foi o Liber de arte distillandi..., Escrito por Hieronymus Brunschwig, cirurgião de Estrasburgo, e publicado pela primeira vez em 1500.

Figura 2 - Uma das ilustrações do livro de destilação de Hieronymus

Brunschwig, Das Buch zu Distilieren die zusamen gethonen ding: Composita genant: durch die einzigen ding, vn das buch

Thesaurus pauperum genant... Strassburg: B. Grüninger, 1532.

Destilação


Brunschwig considerava que remédios obtidos por destilação seriam mais eficientes que as decocções tradicionalmente empregadas. De acordo com ele, nos medicamentos destilados estaria a parte mais pura do material de partida, já que a destilação seria... ‘Simplesmente separar o impuro a partir do sutil e o

sutil a partir do impuro, cada qual separadamente do outro, com o propósito de poder tornar o

corruptível incorruptível, e de fazer o material imaterial, e de que o espírito vivo seja feito mais vivaz, pois, pela virtude da grande bondade e da

força que nele é mergulhada e escondida, ele deve penetrar rapidamente, para concepção de sua

saudável operação no corpo do homem10’.

Embora o Liber de arte distillandi... Possa ser considerado como um “manual técnico”, a concepção sobre destilação expressa no trecho citado está relacionada com a idéia da extração das virtudes do material, de sua pura quintessência. Uma outra evidência da presença de concepções alquímicas nos livros de destilação é obtida quando se consideram as semelhanças entre a descrição das virtudes da aqua vitae por descrições das propriedades do ‘elixir’ apresentadas em textos alquímicos. Assim, por mais ‘técnicos’ que esses livros de destilação possam parecer aos nossos olhos, as concepções que tinham por traz de si estavam ligadas à idéia alquimíca da extração das virtudes dos materiais, da separação de ‘espíritos’ a partir de materiais impuros, e das idéias sobre o ‘elixir’.

• Algumas reminiscências

A idéia da destilação como processo que permite extrair as ‘virtudes’ dos materiais parentemente continua a vigorar ainda hoje, quando se fala, por Figura 3: exemplo, em ‘extrair essências’. Mas essa expressão pode ser considerada apenas um vestígio, uma remota lembrança que ficou dos ‘espíritos’, ‘virtudes’ ou ‘quintessências’ que faziam parte das concepções alquímicas/químicas elaboradas no passado. Há ainda outros termos de uso corrente que também trazem em si reminiscências de concepções hoje bandonadas.

Figura 3: Trecho extraído da tradução inglesa de 1530 do Liber de arte distillandi...de Hieronymus Brunschwig, reproduzido a partir da edição facsimilar citada.

Destilação


Um exemplo é a palavra inglesa whisky, derivada de usquebaugh, que significa literalmente ‘água da vida’, ou seja, aqua vitae.

Entretanto, a destilação, enquanto processo de laboratório, não é só uma reminiscência. De fato, essa arte, talvez tão antiga quanto à própria alquimia, sobreviveu ao abandono daquela forma ancestral de investigação da matéria, estando ainda hoje presente em laboratórios e indústrias químicas. Porém, a destilação foi incorporada pela química moderna apenas enquanto técnica e passou a ser interpretada dentro de uma outra concepção de natureza e de ciência.”

Maria Helena Roxo Beltran é doutora em comunicação e semióticana área de História da Ciência pela Pontifícia niversidade Católica de São Paulo e pesquisadora em regime de pós-doutoramento, com apoio da FAPESP, junto ao CESIMA/PUC - SP vinculado ao recém-criado Programa de Estudos Pós-

Graduados em História da Ciência. E-mail: [email protected]

Notas 1 O termo ambix designava a parte superior do aparato; a parte inferior era chamada inicialmente lopas, nome grego dado a um tipo de vasilha; entretanto o termo cucurbita que, em latim, significa abóbora viria a ser utilizado predominantemente para designar a parte inferior do aparato destilatório; a palavra “alambique” só tempos depois é que viria a ser usada com referência a todo o conjunto. Uma interessante abordagem sobre esses termos é dada por F. Sherwood Taylor em seu “The evolution of the still.”, Annals of Science, vol. 5, n. 3, p. 185-202, julho de 1945. 2 Um estudo detalhado sobre a formação da alquimia alexandrina encontra-se em Da Alquimia à Química de Ana Maria Alfonso-Goldfarb, p. 50-68, que serviu de base para o resumo aqui apresentado. 3 Supõe-se que o “banho-maria” tenha recebido tal nome por ter sido outra das criações dessa alquimista. 4 R.J. Forbes, A short history of the art of distillation. Reimpresso, 1ª ed., 1948. Leiden: E.J. Brill, 1970. p. 15. 5 Sobre a composição e os desenvolvimentos da alquimia árabe ver A.M. Alfonso-Goldfarb, op. cit., p. 77-109. 6 R. J. Forbes, op. cit., p. 48-52. 7 Sobre a introdução da alquimia no medievo europeu e, especialmente sobre as idéias de Roger Bacon, ver A.M. Alfonso-Goldfarb, op. cit., p. 113- 156 8 Sobre a receita para obtenção do que hoje chamamos álcool, tida por muitos como a primeira, veja nossa “Pitada de História da Química”: “Álcool: uma antiga receita guardada em Mappae clavicula” em Boletim da SBQ, ano XIV, n. 9, p. 2, set. de 1996. 9 Sobre a idéia de quintessência nos textos lulianos ver F. Sherwood Taylor, “The Idea of the Quitessence”, em Science, Medicine and History...”, org. por E.A. Underwood. Londres/ N. York, Oxford Univerty Press/ Geoffrey Cumberlege, 1953, vol. 1, p. 247-265, especialmente p. 254-259. 10 Hieronymus Brunschwig, Book of Distillation. Edição facsimilar da tradução inglesa de Lawrence Andrew, Londres, [1530]; organização e introdução de Harold J. Abrahams. Nova York/ Londres: Johnson Reprint Corporation, 1971. p. 9.

Mas entendamos que destilação é um fenômeno natural, que pode ser observada quando gotículas de água se condensam nas vidraças de janelas em dias frios. Também a formação das chuvas constitui, de certa maneira, um processo natural de destilação.

Destilação é um processo caracterizado por uma dupla mudança de estado físico, em que uma substância, inicialmente no estado líquido, é aquecida até atingir a temperatura de ebulição, transformando-se em vapor, e novamente resfriada até que toda a massa retorne ao estado líquido. O processo tem sido utilizado desde a antiguidade para a purificação de substâncias e fabricação de essências e óleos. No caso da chuva, a vaporização se dá não por ebulição, mas por evaporação a baixa temperatura.

A maioria dos métodos utilizados durante o processo de purificação de misturas homogêneas baseia-se na destilação simples, que consiste na evaporação parcial da

Destilação


mistura líquida, a fim de separar seus componentes. As substâncias mais voláteis, isto é, com menor ponto de ebulição, vaporizam primeiro; ao passarem por um condensador, se liquefazem, sendo finalmente recolhidas em um tanque. Esse procedimento é válido para a purificação de líquidos com impurezas voláteis dissolvidas e para a separação de misturas cujos componentes apresentam pontos de ebulição bem diferenciados.

Quando os pontos de ebulição dos componentes de uma mistura são muito próximos, a destilação simples não permite uma boa separação, sendo necessário repetir o processo várias vezes. Esse procedimento, denominado destilação fracionada, é muito utilizado no controle do teor alcoólico de bebidas tipo aguardente, como uísque, rum, gim e cachaça. Além disso, constitui o processo fundamental do refino de petróleo, para obtenção de gasolina, querosene e demais derivados.

A destilação pode, também, ser realizada a seco, ou em ausência de vapor d'água, para a produção de alcatrão e carvão vegetal a partir da madeira ou da hulha.

A obtenção de nitrogênio e oxigênio gasosos a partir do ar atmosférico realiza-se por meio de destilação atmosférica. Nesse processo, o ar atmosférico é resfriado progressivamente até a formação de uma fase líquida rica em oxigênio, que se condensa a uma temperatura superior à do nitrogênio. A seguir, essa fase é levada à ebulição, através de um aquecimento gradual com pressão constante, sendo o vapor assim obtido proporcionalmente mais rico em nitrogênio que a mistura inicial. Se, durante a evaporação da fase líquida, a quantidade de vapor em contato com essa fase for aumentada, impedindo que o equilíbrio entre as duas fases seja atingido, a temperatura de ebulição cresce progressivamente, enquanto o líquido se torna cada vez mais pobre em nitrogênio. Repetindo essa operação algumas vezes, é possível obter-se um resíduo constituído de oxigênio praticamente puro.

Neste trabalho serão abordados apenas alguns tipos de destilação como: • Destilação Fracionada; • Destilação Diferencial; • Destilação por Arraste; • Destilação por Equilíbrio;

e suas diversas aplicações.

Destilação


2. Destilação Fracionada

Destilação fracionada ou Destilação fraccionada é um processo de separação de misturas homogêneas, onde se utiliza uma coluna de fracionamento na qual é possível efetuar a separação de diferentes componentes (com diferentes pontos de ebulição) presentes em uma mistura.

Esse tipo de destilação serve para realizar a separação em uma mistura de produtos, utilizando uma propriedade física que é o ponto de ebulição. Ela é um processo de aquecimento, separação e esfriamento dos produtos e é empregada quando a diferença

entre os pontos de ebulição dos líquidos da mistura é menor.

No aparelho de destilação fracionada existe uma coluna de fracionamento que gera várias regiões de equilíbrio líquido-vapor, enriquecendo a fração do componente mais volátil da mistura na fase de vapor.

Neste método de destilação, usa-se um balão de destilação, uma coluna de Vigreux (coluna de destilação, quando em indústria), um condensador e um receptor. A mistura a ser purificada é colocada no balão de destilação, que é aquecido. O calor quente gerado sobe pela

coluna, mas vai se resfriando ao longo dela e acaba por condensar-se. Com a condensação, forma-se um líquido, que escorre para baixo pela coluna, em direção à fonte de calor. Vapores sobem continuamente pela coluna e acabam por encontrar-se com o líquido. Parte desse líquido rouba o calor do vapor ascendente e torna a vaporizar-se. A uma certa altura um pouco acima da condensação anterior, o vapor torna a condensar-se e escorrer para baixo. Esta seqüência é um ciclo que ocorre repetidas vezes por todo o comprimento da coluna.

Os vários obstáculos instalados na coluna forçam o contato entre o vapor quente ascendente e o líquido condensado descendente. A intenção desses obstáculos é promover várias etapas de vaporização e condensação da matéria. Isto nada mais é do que uma simulação de sucessivas destilações flash. Quanto maior a quantidade de estágios de vaporização-condensação e quanto maior a área de contato entre o líquido e

Figura 4 – Esquema de destilação Fracionada

Destilação


o vapor no interior da coluna, mais completa é a separação e mais purificada é a matéria final.

A cada salto de temperatura no termômetro, devem-se recolher os destilados correspondentes.

Esse tipo de destilação é muito comum em refinarias de petróleo.

Figura 5 – Torre de destilação

É utilizada para extrair diversos tipos de compostos, como o asfalto, gasolina, gás de

cozinha entre outros. Nestas separações são empregadas colunas de aço de grande diâmetro, compostas de pratos ou de seções recheadas. Os internos, sejam pratos, chicanas ou recheios, tem como função colocar as fases vapor e líquido em contato, de modo a que ocorra a transferência de massa entre elas. Ao longo da coluna, a fase vapor vai se enriquecendo com os compostos mais voláteis, enquanto a fase líquida se concentra com os compostos mais pesados de maior ponto de ebulição.

• Destilação Fracionada Industrial Destilação Fracionada a tecnologia mais comum de separação usada no refino do

petróleo, petroquímica, plantas químicas e processamento do gás natural. Novas matérias-primas estão sempre sendo alimentadas na coluna de destilação e produtos estão sempre sendo removidos. A menos que o processo seja perturbado devido a mudanças nas matérias primas, calor, temperatura ambiente, ou condensação, a quantidade de matéria prima a ser adicionada e o volume de produto a ser retirado são normalmente iguais.

A destilação industrial é tipicamente realizada em grandes colunas cilíndricas verticais conhecidas "torres de destilação ou fracionamento" ou "colunas de destilação" com o

Destilação


diâmetro variando entre 65 cm a até 6 metros e altura variando de 6 a 60 metros ou mais.

As torres de destilação tem escoadouros de líquidos a intervalos na coluna, os quais permitem a retirada de diferentes frações ou produtos que possuem diferentes ponto de ebulição. Os produtos mais leves (aqueles com pontos de ebulição mais baixo) saem do topo da coluna e os produtos mais pesados (aqueles como o ponto de ebulição mais alto) saem da parte inferior da coluna.

Por exemplo, a destilação fracionada usada nas refinarias de petróleo para separar o óleo cru em diferentes substâncias (ou frações) úteis tendo diferentes hidrocarbonetos de diferentes pontos de ebulição. As frações de óleo cru com maior ponto de ebulição:

• Tem mais átomos de carbono • Tem maior peso molecular • São mais escuros • São mais viscosos • São mais difíceis de se iniciar a combustão

Torres industriais de larga escala usam o refluxo para

atingir uma separação mais completa dos produtos. O refluxo refere à porção do liquido condensado de uma torre de fracionamento que é retorna para parte superior da torre como mostrado no diagrama esquemático típico de uma torre de destilação industrial de larga escala. Em dentro da torre, o liquido do refluxo descendo prove um resfriamento necessário para condensar o vapor que sobe, desta forma

aumentando a eficiência da torre de destilação. A destilação fracionada é também usada na separação do ar, produzindo oxigênio líquido, nitrogênio líquido. E argônio de alta pureza. A destilação de clorosilano também possibilita a produção de silício de alta pureza usada como um semicondutor.

Em usos industriais, algumas vezes um material de embalagem é usado na coluna no lugar das bandejas, especialmente quando a bolhas de baixa pressão ao longo da coluna são necessárias, como quando a operação se da sob o vácuo.

Figura 6 - Tipicas colunas de

destilação fracionada industrial

Figura 8 - Diagrama de uma típica torre de destilação

industrial

Destilação


3. Destilação Diferencial Também conhecida como Destilação simples ou destilação em batelada. é um processo

que permite a separação de um líquido de uma substância não volátil (tal como um sólido, por exemplo), ou de outros líquidos que possuem uma diferença no ponto de ebulição maior do que cerca de 80o C.

Este tipo de destilação consiste em apenas uma etapa de vaporização e condensação. Utiliza-se quatro equipamentos aqui: um alambique (balão de destilação, quando em laboratório; refervedor, quando em indústria), um condensador, um receptor (ou balão de recolhimento) e um termômetro. A vaporização se dá pelo

aumento rápido da temperatura ou pela redução de pressão no alambique, onde a mistura a ser purificada está inicialmente. O vapor gerado no alambique é imediatamente resfriado no condensador. O líquido condensado, também chamado de destilado, é armazenado por fim no receptor.

Observa-se atentamente o termômetro durante todo o processo. A temperatura tem a tendência de estacionar inicialmente no ponto de ebulição da substância mais volátil.

Figura 6 – Esquema de destilação diferencial

Quando a temperatura voltar a aumentar, deve-se pausar o aquecimento e recolher o

conteúdo do receptor: o líquido obtido é a tal substância mais volátil, que se separou da mistura original. Repete-se o processo para a obtenção da segunda substância mais volátil, a terceira, etc., até conseguir separar cada um dos componentes da mistura. Cada um dos destilados pode ser chamado de corte, porque o processo é como se "cortasse" partes da mistura a cada temperatura.

Destilação


Os destilados obtidos desta forma não estão 100% puros, apenas mais concentrados do que a mistura original. Para obter graus de pureza cada vez maiores, pode-se fazer sucessivas destilações do destilado. Como este processo é demorado e trabalhoso, utiliza-se em seu lugar a destilação fracionada.

Figura 7 – Equipamento de destilação diferencial em Alambiques

Figura 8 – Equipamento de destilação diferencial em industria de

bebidas destiladas

Destilação


• Destilação do bagaço para elaboração da graspa O termo destilação, como já citado, corresponde a separação das substâncias voláteis

presentes no bagaço, inicialmente transformadas em vapor, e depois condensadas. A operação é conseguida através do calor, necessário para evaporar, e do frio para condensar.

O princípio da destilação de bebidas se baseia na diferença entre o ponto de ebulição da água (100°C) e do álcool (78,4°C). A mistura água e álcool, contida na solução de bagaço da uva, apresenta ponto de ebulição variável em função do grau alcoólico. Assim, o ponto de ebulição de uma solução hidroalcoólica é intermediário entre aquele da água e do álcool, e será tanto mais próximo deste último, quanto maior o grau alcoólico da solução.

De modo geral, os alambiques utilizados para a elaboração da graspa na região vitícola da Serra Gaúcha são do tipo "Charantais", e não estão equipados de colunas retificadoras ou de deflagmadores, que permitem obter destilados com graduação alcoólica mais elevada. São alambiques simples, a fogo direto, que operam com bagaço submerso, e que para obtenção da graspa requerem duas destilações.

O processo de destilação inicia com a colocação do bagaço e de um determinado volume de água, suficiente para submergí-lo na caldeira do alambique. A proporção de água utilizada, normalmente, é de uma parte de bagaço, para uma parte de água. Deve-se ter o cuidado para que o bagaço não fique em contato direto com o fundo do alambique. Nesse sentido, pode-se usar uma grade de ferro, colocada no fundo da caldeira. Na prática é utilizado, também, colocar no fundo da caldeira, uma camada de palha de trigo ou de milho para a mesma finalidade. A seguir, o capitel deve ser colocado sobre a caldeira e acende-se o fogo na fornalha. A chama deve ser mais intensa no início, até quando o destilado começa a sair no condensador. Nesse momento, a intensidade da chama deve ser reduzida e a destilação continuar até quando o alcoômetro assinalar 10°GL. Por motivos econômicos, não convém extrair completamente o álcool da solução. Na falta de alcoômetro, pode-se considerar a destilação concluída quando, a partir de 100 kg de bagaço de uva, tenha sido extraído 20 L a 25 L de destilado. Esse destilado, designado corrente, que corresponde à totalidade do álcool extraído do bagaço, apresenta entre 15°GL e 20°GL de álcool, e deverá ser submetido a uma segunda destilação. O tempo gasto nessa primeira destilação é variável em função do tamanho do alambique, da intensidade da chama e do teor alcoólico do bagaço. O produto obtido na primeira destilação deve ser armazenado em recipiente adequado, até que se obtenha um volume suficiente para efetuar a segunda destilação.

A segunda destilação deve ser feita lentamente, controlando a intensidade do fogo e, conseqüentemente, a vazão do destilado. Nessa fase, para garantir a qualidade da graspa, deve-se obrigatoriamente separar as diferentes partes do destilado - cabeça, corpo ou coração e cauda - conforme o desenrolar do processo de destilação.

A cabeça é formada pela fração do destilado que sai por primeiro com graduação alcoólica de 75°GL a 70°GL e representa entre 2% e 4% do volume total do líquido da caldeira. É formada, principalmente, por compostos voláteis de ponto de ebulição inferior ao álcool etílico. São componentes característicos da cabeça o aldeído acético e o acetato de etila.

O corpo ou coração do destilado representa a fração que sai do alambique a seguir, com graduação alcoólica de 70°GL até 40°GL. Em volume, o coração representa entre 70% e 80% do destilado. É formado por um conjunto de componentes, cujo ponto de

Destilação


ebulição varia entre 78,4°C e 100°C. É a porção mais importante do destilado, pois apresenta a maior quantidade de álcool etílico e a menor proporção de componentes secundários (impurezas, componentes não álcoois, congêneres).

A cauda é formada por compostos voláteis cujo ponto de ebulição é superior a 100°C, recolhidos no final da destilação. Entre os componentes característicos da cauda, destacam-se o furfural e o lactato de etila. A passagem dos componentes da cauda para o destilado é rápida quando a ebulição é mais intensa, uma vez que determinados constituintes são arrastados. O volume correspondente à porção da cauda representa entre 10% e 20% do volume total do destilado.

Concluída a destilação, a porção referente ao corpo ou coração é separada para receber os tratamentos adequados até ser consumida na forma de graspa. As demais partes, referentes à cabeça e à cauda, devem ser armazenadas conjuntamente e depois redestiladas isoladamente, ou junto com a corrente. A graspa obtida da destilação da mistura, entre as porções de cabeça e cauda, não apresenta a mesma qualidade daquela proveniente da destilação normal.

De modo geral, 100 kg de uva originam entre 70 L e 75 L de mosto e 25 kg a 30 kg de resíduos da fermentação, também denominado bagaço. O mesmo é formado pela película, semente e ráquis.

O rendimento médio do bagaço, considerando o destilado a 50°GL, é de aproximadamente 10 L para 100 kg de bagaço. No entanto, o rendimento é variável em função do tipo de bagaço e das condições de ensilagem. Considera-se, na prática, que a partir de 100 kg de bagaço seja possível extrair tantos litros de destilado a 50°GL, quanto tenha sido o grau alcoólico do vinho obtido a partir daquela uva.

O destilado alcoólico obtido a partir do bagaço da uva, geralmente, apresenta graduação compreendida entre 50°GL e 60°GL. Quando a graspa é destinada à venda direta, sem envelhecer, deve-se reduzir o grau alcoólico para 38°GL a 40°GL, através da adição de água. A legislação brasileira estabelece que a graspa deve ter entre 38°GL e 54°GL de álcool.

Para reduzir o grau alcoólico da graspa, pode-se utilizar a seguinte fórmula:

X = 100 x (A - B) / B

onde:

X = quantidade em litros de água a adicionar em 100 L de graspa. A = grau alcoólico inicial da graspa. B = grau alcoólico desejado para a graspa.

A água utilizada para reduzir o grau alcoólico deve possuir baixo teor de sais, especialmente de cálcio, que em meio alcoólico é pouco solúvel e causa problema de turvação e depósito. Por isso recomenda-se utilizar água destilada. Caso a redução do grau alcoólico provoque problemas de turvação, deve-se filtrar a graspa.

Destilação


3. Destilação por arraste

As essências ou aromas das plantas devem-se principalmente aos óleos essenciais. Os óleos essenciais são usados, principalmente por seus aromas agradáveis, em perfumes, incenso, temperos e como agentes flavorizantes em alimentos. Alguns óleos essenciais são também conhecidos por sua ação antibacteriana e antifúngica. Outros são usados na medicina, como a cânfora e o eucalipto. Além dos ésteres, os óleos essenciais são compostos por uma mistura complexa de hidrocarbonetos, álcoois e compostos carbonílicos, geralmente pertencentes a um grupo de produtos naturais chamados terpenos. Muitos componentes dos óleos essenciais são substâncias de alto ponto de ebulição e podem ser isolados através de destilação por arraste a vapor.

A destilação por arraste de vapor é uma destilação de misturas imiscíveis de compostos orgânicos e água (vapor). Misturas imiscíveis não se comportam como soluções. Os componentes de uma mistura imiscível "fervem" a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais. Assim, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água pode ser destilada à temperatura menor que 100°C, que é o ponto de ebulição da água.

A técnica da destilação por arraste de vapor envolve duas substâncias imiscíveis: a água e a mistura a ser destilada. De acordo com a lei de Dalton, a pressão total de vapor acima de uma mistura de duas fases é igual à soma da pressão de vapor dois componentes puros individuais.

A destilação em corrente de vapor (ver figura 4) oferece, ainda, a grande vantagem da seletividade porque algumas substâncias são arrastadas com o vapor e outras não, além daquelas que são arrastadas tão lentamente que permitem a realização de boas separações empregando esta técnica. Utilizando o vapor de água para fazer o arraste, à pressão atmosférica, o resultado será a separação do componente de ponto de ebulição mais alto, a uma temperatura inferior a 100ºC.

Se dois líquidos imiscíveis forem colocados em um mesmo recipiente cada um deles exercerá pressão de vapor independentemente do outro, de tal modo que a pressão total sobre o sistema, será a soma de suas pressões parciais. Este conceito pode ser expresso por:

(l) p = pl + p2

onde: p = pressão total do sistema e pl,p2 = pressões parciais dos componentes Se esta mistura for destilada, o ponto de ebulição será a temperatura na qual a soma

das pressões de vapor é igual à pressão atmosférica, ou seja: (2) pl + p2 = p = patm

Destilação


Esta temperatura será menor do

que o ponto de ebulição do componente mais volátil, porque é evidente pela equação (2), que os dois líquidos contribuirão para atingir a pressão atmosférica (patm) e como conseqüência, não ocorrerá uma destilação no sentido comum do termo, com o líquido fervendo à sua temperatura de ebulição, mas sim um arraste a vapor.

Quando uma mistura de líquidos imiscíveis for destilada, o ponto de ebulição da mistura permanecerá constante até que um dos componentes tenha sido quase que completamente destilado (desde que a pressão total independa das quantidades relativas dos dois líquidos), o ponto de ebulição então se elevará até a temperatura de ebulição do líquido contido no balão de destilação.

• Métodos de Extração de Óleos e Essências

Os egípcios foram os primeiros a destilar plantas com o intuito de extrair os seus óleos essenciais. Desde então, os métodos de extracção de óleos essenciais diversificaram-se e foram aperfeiçoados.

Os óleos essenciais provêem de diferentes partes das plantas: pétalas, raízes, caule, rebentos, sementes, seiva, folhas ou casca. Dependendo do tipo de planta em questão os óleos concentram-se num local distinto, pelo que o método de extracção ideal também varia em função da planta.

Os óleos essenciais caracterizam-se por serem extremamente voláteis, insolúveis na água e evaporarem muito rapidamente logo que expostos ao ar. Assim, pode tornar-se deveras complicado extrair os óleos essenciais antes de estes evaporarem. São vários os métodos de extracção existentes. Os industriais encontram-se bastante sofisticados, no entanto, existem diversos métodos de extracção caseiros que lhe permitirão obter as suas próprias essências.

Figura 9 - Aparelhagem utilizada para destilação por arraste a vapor, consta de: um balão de destilação comum (no qual

se introduz um longo tubo de segurança), um tubo de desprendimento lateral que se comunica por uma tubulação

de vidro a um balão de duas bocas e este, por sua vez, a um refrigerante de Leibig. Além da utilização de um

Erlenmeyer, utilizado para a coleta do produto.

Destilação


Figura 10 – Equipamento de destilação por arraste,

Destilação: é, indubitavelmente, o mais fácil e menos dispendioso processo de extração,

utilizado pelas mais prestigiadas indústrias de perfume e de extração de óleos essenciais. Converte os óleos essenciais em vapor (veja Destilação a Vapor) e depois volta a condensá-los. Com um alambique ou alquitarra poderá produzir os seus óleos essenciais preferidos, que impregnarão a sua mente e o seu corpo de aromas e energia positiva. Para esta tarefa pode utilizar qualquer uma das unidades de destilação que se seguem:

Expressão a frio: trata-se de um método muito utilizado para a extração de citrinos (como

o limão, a laranja, a bergamota, a tangerina, a lima). Este método de extração apresenta a vantagem de não submeter os óleos essenciais a temperaturas elevadas, porém estes entram em contacto com a água, pelo que se dissipam importantes componentes hidrossolúveis.Em casa pode simular este método, bastando para tal descascar os frutos e reservar a parte externa da casca, local onde se acumulam as essências. Posteriormente, corte as cascas em pedaços e coloque-as num pano de linho ou algodão. Depois, sobre uma tábua, triture-as tanto quanto possível. Por último, colha o líquido que escorre no pano para um pequeno frasco, que deve ser hermeticamente conservado e prontamente fechado para evitar a evaporação dos óleos essenciais.

Extração com solventes: neste método são empregues solventes para extrair óleos

essenciais, sendo particularmente utilizados em matérias orgânicas. A extração com solventes compreende os seguintes métodos:

-Maceração: Para extrair as suas próprias essências em casa, utilizando este método, necessita de macerar num óleo as suas flores preferidas (jasmim, rosas, madressilva) até que este fique totalmente impregnado com o aroma das flores e de escolher um óleo veicular. Uma forma muito simples de o fazer consiste em colocar num recipiente de cobre 1 parte de pétalas de flores e 2 partes de um óleo (óleo de amêndoa ou girassol). Posteriormente, aquece-se esta infusão, lentamente, durante 3 horas. No final, filtram-se as flores,

Destilação


espremendo-as energicamente e reserva-se a solução resultante num local fresco, afastada do sol.

-Enfleurage: método tradicionalmente utilizado para extrair óleo essencial de flores

delicadas como o jasmim e a rosa, que consiste em colocar camadas de pétalas sobre um vidro, cobertas com um óleo morno e muito gorduroso (antigamente utilizava-se banha de porco ou cera). Os vidros onde se encontram as rosas são, posteriormente, sobrepostos. No final de algumas semanas as flores começam a deteriorar-se, sendo substituídas por flores frescas. A gordura que reveste as flores e absorve as suas essências é depois submetida a uma lavagem com álcool para que lhe sejam removidas as essências absorvidas. Porém, o álcool evapora-se, originando, deste modo, óleos essenciais muito concentrados, conhecidos como absolutos. Este é um método que exige muita diligência e elevados custos, mas que é bastante utilizado pelos produtores de perfumes.

- -Extração com dióxido de carbono: trata-se de um método recente, que emprega

temperaturas mais baixas relativamente às da destilação, o que o torna num método menos agressivo para as plantas. Consiste em colocar as plantas num tanque de aço inoxidável, posteriormente injetado com dióxido de carbono, que aumenta a pressão do tanque. Quando submetido a altas pressões, o dióxido de carbono liquidifica-se, atuando como um solvente que permite extrair os óleos essenciais das plantas. Seguidamente, a pressão diminui e o dióxido de carbono volta ao estado gasoso, não deixando, assim, quaisquer vestígios.

Destilação


4. Destilação por equilíbrio

O caso mais simples de uma separação por destilação é a destilação por Equilíbrio ou Destilação Flash.

Destilação flash é uma técnica de separação em um único estágio, sendo considerada uma expansão isoentálpica. Como exemplo, uma alimentação de mistura líquida é bombeada através de um aquecedor para aumentar a temperatura e entalpia da mistura. A alimentação então flui através de uma válvula e a pressão é reduzida, causando a vaporização parcial do líquido.

Normalmente, a corrente de alimentação (líquido) é aquecida num permutador de calor, passando depois por um “flash” adiabático (despressurização rápida) que dá origem a duas correntes saturadas, uma de líquido e outra de vapor, em equilíbrio. O tanque “flash” permite facilmente a separação e remoção das duas fases.

Figura 11 – Esquema de destilação flash

Uma vez que a mistura entra com um volume grande o suficiente no vaso de flash, o

líquido e vapor se separam. Devido ao vapor e líquido estarem em contato antes da destilação ocorrer, os produtos líquidos e vapores formados estão aproximadamente em equilíbrio.

A Destilação “Flash” só permite um grau de separação razoável se a diferença de volatilidade entre os dois compostos a separar (A e B) for elevada.

A Destilação Flash (comum nas refinarias de petróleo) usa-se, normalmente, para um primeiro tratamento da mistura, sendo as duas correntes produzidas submetidas a tratamentos de destilação subseqüentes.

Também nos sistemas de dessalinização da água se recorre a unidades sucessivas de Destilação Flash. A água é aquecida e bombeada para um tanque a baixa pressão onde se vaporiza repentinamente. O vapor que se forma é condensado e retirado como água pura. O líquido não vaporizado segue para a unidade flash seguinte (ver Figura 12).

Destilação


Figura 12 – Esquema da unidade de dessalinização da água do mar por destilação

Separações flash simples são muito comuns na indústria, particularmente no refino de

petróleo. Mesmo quando algum outro método de separação pode ser usado, não é incomum se utilizar um “préflash” para reduzir a carga de separação que entra em uma coluna de destilação.

Também são utilizadas na preparação de carga para outros processos como absorção, extração, etc.

Cálculos em flash são muito comuns, talvez alguns dos cálculos mais comuns em Engenharia Química.

• Utilização método flash em indústria de lubrificantes

Em industrias como o grupo Lwarts lubrificantes utiliza o método de destilação por Equilíbrio ou destilação flash na produção dos seus produtos. A atividade do rerrrefino é um processo físico-químico onde são extraídos os compostos degradados do óleo lubrificante usado, transformando-o em óleo mineral básico rerrefinado.

Mas porque fazer o rerrefino? Como a poluição gerada pelo descarte de 1 t/dia de óleo usado no solo ou cursos d'água equivale ao esgoto doméstico de 40 mil habitantes. A queima

Destilação


indiscriminada do óleo lubrificante usado, sem tratamento prévio de desmetalização, gera emissões significativas de óxidos metálicos, além de outros gases tóxicos, como a dioxina e óxidos de enxofre.

A destinação correta para o descarte de óleo usado está fundamentada na Resolução nº. 362, instituída pelo CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente. Esta resolução considera que o rerrefino do óleo lubrificante usado ou contaminado é instrumento prioritário para a gestão ambiental. Assim, todo o óleo lubrificante usado deve, obrigatoriamente, ser recolhido e ter destinação adequada, de forma a não afetar negativamente o ambiente, sendo proibidos quaisquer descartes em solos, águas superficiais, sistemas de esgoto ou lançamento de águas residuais.

As portarias da ANP – Agência Nacional de Petróleo - registradas sob os números 125, 126, 127 e 128/99 ditam normas para o gerenciamento do recolhimento, coleta e destinação final dos óleos lubrificantes usados. Segundo estas portarias, os produtores e os importadores de óleos lubrificantes acabados são responsáveis pela coleta e destinação final do óleo lubrificante usado ou contaminado, proporcionalmente ao volume de óleo acabado que comercializam, podendo, para tanto, contratar empresas credenciadas e especializadas para a atividade de coleta.

O processo Industrial do grupo Lwart é o seguinte: O óleo desidratado é bombeado para os fornos pré-destiladores, onde é aquecido até uma temperatura de 280ºC. Após o forno, o óleo entra no sistema de vasos de flasheamento a autovácuo (20mbar), onde são separadas as frações leves do óleo usado, obtendo os óleos neutros médios e leves e óleos spindles. Estes tipos de óleos são elementos constituintes para a formulação de óleos lubrificantes acabados, anti-espumantes. etc.

Para que possam ser utilizadas, essas frações precisam de um tratamento final que é efetuado através das seguintes etapas: Tratamento Químico, Neutralização/Clarificação e Filtração.

Destilação


5. Conclusão

Este trabalho teve o intuído de elucidar um pouco mais sobre os tipos de destilação citados.

A grande importância do processo de destilação se deve à eficácia na separação das mais diferentes misturas. Entretanto, a operação de colunas de destilação demanda grande quantidade de energia, o que tem motivado pesquisas no sentido de reduzir este consumo energético.

Foi, no entanto verificado que o processo de destilação fracionada é o mais utilizado na industria por ser um processo que ajuda na obtenção de vários produtos com serventia no dia-a-dia. Assim como a destilação diferencial é o método mais simples de todos, e muito realizado em escala pequena como em laboratórios.

Neste trabalho, também, o grupo notou que a destilação, apesar de suas diversas aplicações, é um processo antigo e bem abrangente.

Destilação


6. Bibliografia

ü Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design, 1st Edition, McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6.

ü Perry, Robert H. and Green, Don W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook, 6th Edition, McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7.

ü http://labvirtual.eq.uc.pt

ü http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/

ü http://pt.wikipedia.org

ü http://www.infoescola.com

ü http://www.qmc.ufsc.br

ü http://www.lwarcel.com.br

destilação - bizuandobizuando.com/material-apoio/ope-uni-exp2/ope-uni-exp2-trabalho... ·...

Documents