relatório 4 - destilação

8/12/2019 Relatrio 4 - Destilao

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Universidade Federal de So Joo Del Rei

Campus Alto Paraopeba

Laboratrio de Engenharia de Bioprocessos II

Experimento 4Coluna de destilao contnua

Alunas: Elizabeth Ramos

Janaina Lima

Jssica Nayara

Joanna Mara

Thamara Coutinho

Prof. Dr. Enio Nazar de Oliveira Junior

Ouro Branco

Fevereiro - 2013


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1. Introduo

1.1. DestilaoO processo de destilao muito utilizado em toda a indstria qumica, como

por exemplo, na obteno de lcool retificado de uma mistura de fermentao, ou ainda,

na indstria petrolfera para a separao das fraes contidas no petrleo bruto, como

gs combustvel, GLP, nafta, querosene, diesel, gasleo, leo combustvel [1].

A destilao um dos processos de separao mais tradicionais para a separao

de misturas de lquidos em seus componentes puros ou prximos da pureza, por meio de

evaporao e condensao dos componentes em questo. Portanto, pode-se afirmar que

o agente de separao o calor, pois o vapor formado tem composio diferente da

mistura original [1].

O mtodo se baseia na diferena entre as volatilidades dos componentes da

mistura e na caracterstica geral do equilbrio entre as fases lquido-vapor, a de ser

comum a diferena de composio entre as mesmas [2,3]. Em geral, um lquido e um

vapor em equilbrio contm os mesmos componentes, mas em quantidades relativas

diferentes: o vapor mais rico que o lquido quanto aos componentes mais volteis [2].

A frao mais voltil aquela que tem a maior presso de vapor, ou seja, maior

tendncia a evaporar. Quanto menor a massa molar, mais voltil um composto dentro

de uma mesma funo orgnica (metano mais voltil que o etano que mais voltil que

o propano) [4].

Em uma instalao de destilao, os principais componentes so: refervedor,

condensador, coluna de destilao e o recheio (ou pratos) [5].

O refervedor tem a funo de vaporizar os componentes, funcionando como um

trocador de calor. A sua escolha deve levar em conta algumas consideraes, como:

coeficiente de troca de calor elevado, baixo custo, a superfcie de troca trmica deve ser

mantida limpa prevenindo incrustaes de produtos degradados e apresentar baixo

tempo de residncia (no caso de produtos termolbeis) [5].

O condensador tem a funo de condensar o vapor que deixa o topo da coluna e

promover o refluxo de lquido necessrio para a separao. O condensador pode

liquefazer completamente o vapor, sendo que uma parte do condensado retorna para a


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coluna e a outra removida como destilado; ou liquefazer apenas uma parte do vapor

[5].

Existem algumas misturas que apresentam caractersticas que dificultam ou, at

mesmo, impedem a total separao de seus componentes. So os casos dos sistemas,

cujos pontos de ebulio so muito prximos ou possuem pontos de azetropo, como a

mistura gua-etanol, por exemplo. Para estas misturas, a total separao dos

componentes requer a adio de uma terceira substncia na coluna de destilao, capaz

de alterar o comportamento do equilbrio lquido-vapor da mistura. Normalmente, a

substncia adicionada um solvente e este tipo de destilao denominado destilao

extrativa ou azeotrpica, a depender da volatilidade do mesmo. Alguns sais tambm

podem modificar o equilbrio lquido-vapor de misturas, pela formao de complexos

com os elementos a serem separados. Diferentemente dos solventes, os sais no so

vaporizados no processo de destilao e, por isso, diminuem o consumo de energia na

destilao, motivando seu uso em substituio aos solventes. Para o processo de

destilao, em que se emprega um sal como agente separador, d-se o nome de

destilao extrativa salina [6].

1.2. Destilao fracionada

A destilao fracionada uma operao de separao de misturas por intermdio

de vaporizaes e condensaes sucessivas [1]. Em modo geral, o funcionamento das

colunas de destilao pode ser representado como o esquema da Figura 1.

Figura 1Esquema de uma coluna de destilao fracionada (Fonte [1]).


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A substncia a ser separada em fraes introduzida um ponto mdio da coluna,

ponto F. Devido diferena de densidade entre fases de vapor e de lquido, o lquido

flui para baixo na coluna, enquanto o vapor flui para cima da coluna, entrando em

contato com o lquido em cada estgio [7].

Ao atingir o fundo da coluna, o lquido parcialmente vaporizado em um

refervedor, sendo enviado de volta para cima da coluna. A parte restante do lquido de

fundo retirada como produto de fundo. O vapor circular em sentido ascendente na

coluna, em contracorrente com a mistura da alimentao da coluna. Ao atingir o topo, o

vapor arrefecido e condensado no condensador. Parte do condensado devolvido para

a coluna como refluxo para proporcionar excesso de lquido. O restante da corrente de

topo retirada como destilado, ou produto de topo. Os componentes mais leves (de

baixo ponto de ebulio) tendem a concentrar-se na fase de vapor, enquanto os

componentes mais pesados (maior ponto de ebulio) tendem a se concentrar na fase

lquida [1, 7].

A separao total alcanada entre o destilado e o fundo depende principalmente

das volatilidades relativas dos componentes, do nmero de estgios, bem como a

proporo entre a taxa de fluxo fase lquida para a taxa de fluxo em fase de vapor [7].

O balano de massa para esse processo deve ser feito em vrias sees da

coluna, conforme a Figura 2.

Figura 2Sees da coluna de destilao de acordo com o balano de massa

(Fonte [1]).


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A equao 1 representa o balano de massa para a seo I.

(1)

Em que,

F = vazo mssica de alimentao;

D = vazo mssica de produto de topo;

W = vazo mssica de produto de fundo.

O balano de massa para a seo II est representado pela equao 2.

(2)

Em que,

Vm= vazo mssica de vapor na seo de absoro;

Lm = vazo mssica de lquido na seo de absoro.

Para a seo III, o balano de massa est representado pela equao (3).

(3)

Em que,

Ln= vazo mssica de lquido na seo de esgotamento

Vn = vazo mssica de vapor na seo de esgotamento.

No condensador, o balano de massa dado pela equao (4).

(4)

Em que,

V = vazo mssica de vapor no topo.

Os principais balanos de energia para esse processo so: balano global

(equao (5)) e balano no condensador (equao (6)).

(5)

Em que,

qF = calor contido na carga;

Qr = calor introduzido pelo refervedor;

qD = calor contido no produto de topo;

qW= calor contido no produto de fundo;

QC = calor retirado pelo condensador.

F = D + W

Vm= Lm+ D

Ln= Vn+ W

V = L + D

L + D = QC / v L

F . F + Qr = D . D + W . W+ QC


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(6)

Em que,

(qvqL) = Calor de condensao do vapor de topo da coluna de destilao.

2. ObjetivosO experimento permite analisar a separao de lquidos, com volatilidades

diferentes em uma mesma mistura, utilizando uma coluna de destilao. Alm disso,

encontrar as fraes molares de gua na alimentao, no topo e no fundo e comparar

com o diagrama binrio gua/c. actico.

3. Materiais e metdosPara realizao do experimento foi utilizada uma unidade de destilao contnua,

como mostra a Figura 3. A mistura a ser destilada foi gua / cido actico. Durante o

experimento foram feitas titulaes para determinar a concentrao do cido no produto

de topo, de fundo e de alimentao.


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Figura 3 Unidade de destilao contnua. 1) Coluna de destilao com pratos

perfurados; 2) aquecedor do refluxo; 3) rotmetro do refluxo (L); 4) condensador de

topo (gua); 5) amostra do produto de topo (xD); 6) acumulador; 7) bomba de

refluxo; 8) rotmetro do produto de topo (D); 9) tanque do produto de topo; 10)

amostra do produto de fundo de quente (xb, q); 11) trocador, ( produto de fundo x

gua); 12) rotmetro de alimentao (F); 13) rotmetro do produto de fundo (B); 14)

amostra do produto de fundo frio (xB); 15) bomba de alimentao; 16) tanque da

alimentao, binrio a ser separado; 17) amostra de alimetnao, zF; 18) tanque de

produto de fundo; 19) trocador (produto de fundo x alimentao); 20) refervedor;

21) aquecedor da alimentao.

4. Resultados e DiscussoA tabela 1 apresenta os dados para os clculos das fraes molares de gua na

alimentao, no topo e no fundo, respectivamente, xf, xde xb.

Tabela 1- Dados do experimento

Dado Valor Unidade

Mamostra* 10,25 g

N (NaOH) 3,96 mol/L

Vf(NaOH) 38,00 L

Vd(NaOH) 30,90 L

Vb(NaOH) 42,35 L

Eq(MMac. actico) 60,00 g/mol

*A massa da amostra foi calculada atravs da razo do volume da amostra

(10mL) pela mdia das densidades da gua e do c. Actico (1,049g/mL e

1g/mL).

Os clculos foram realizados com o auxlio do software Excel.

1. Clculo de xf


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2. Clculo de xd

3. Clculo de xb

A partir dos valores obtidos das fraes molares foi verificado no diagrama

binrio cido actico/gua se os resultados obtidos na titulao de xF(alimentao), xB

(base) e xD(destilado) correspondem aos do diagrama, mostrado na figura 4.

As temperaturas Tf, Td e Tb foram respectivamente, 32, 105 e 99C

correspondente s fraes molares 0,33; 0,57 e 0,07. Observando o grfico da figura 4,

pode-se notar que os valores coletados durante a titulao corresponderam parcialmente

com o diagrama binrio gua/cido actico. A nica frao molar que mais se


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aproximou do diagrama foi a do destilado (de topo), o qual est destacada na figura 4.

Possivelmente, pode ter ocorrido um erro na medio das temperaturas de fundo e de

alimentao, justificando essa discrepncia. Contudo, as fraes molares esto coerentes

com o esperado de uma titulao gua/cido actico. A gua o composto mais voltil,

portanto, era de esperar uma maior frao de gua no topo e uma menor frao da

mesma no fundo, o que foi confirmado nos valores obtidos (0,57 % no topo e 0,07% no

fundo).

Alm disso, foi apontado graficamente os pontos da alimentao, de destilao e

de fundo na curva de equilbrio, ilustrada na figura 5.

Figura 4- Diagrama binria gua/c. actico


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Figura 5- Curva de equilbrio gua/c. actico

5. ConclusoConclui-se que a obteno de gua a partir da destilao fracionada da mistura

gua/cido actico foi consideravelmente boa. Esses dois compostos apresentam uma

pequena diferena de volatilidade e isso pode ter sido considerado como dificuldade na

obteno de um bom resultado. Apesar de no ter sido calculado o nmero de pratos

tericos, pode-se dizer que 10 pratos foram suficientes para uma boa separao, onde a

frao molar de gua, composto mais voltil, foi de 0,57% no topo e de 0,07% no

fundo.


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6. Referncias Bibliogrficas[1]Disponvel em:

,Acessado em 01/02/2013.

[2] POIANI, L.M. Simulao esttica e dinmica de colunas de destilao, aplicada

sistemas multicomponente a base de etanol e gua . 1985. 204 f. Dissertao

(Mestrado em Engenharia Qumica). Universidade Estadual de Campinas, Campinas,

So Paulo.

[3] BRASIL, A. B. Anlise de parmetros operacionais para o projeto de colunas

de destilao multicomponente em batelada. 1993. 113 f. Dissertao (Mestrado em

Engenharia Qumica). Universidade Estadual de Campinas, Campinas, So Paulo.

[4] Disponvel em:

, acessado em 03/02/2013.

[5] LOPES, M.M. Estudo comparativo da destilao em batelada operando com

refluxo constante e com composio do destilado constante. 2008. 155 f. Dissertao

(Mestrado em Engenharia). Universidade de So Paulo, So Paulo, So Paulo.[6]Disponvel em:

, acessado em 03/02/2013.

[7] PERRY, R. H.; GREEN, D. W.; MALONEY, J. O.Perrys ChemicalEngineers

Handbook. 7aed., New York: McGraw-Hill. 1997.
http://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/petrobras/operacoes_unitarias.pdfhttp://www.fatecaracatuba.edu.br/suporte/upload/Biblioteca/BIO%2017711107121%20-%20Autor%20Walter%20Noboru%20Sejimo.pdfhttp://www.fatecaracatuba.edu.br/suporte/upload/Biblioteca/BIO%2017711107121%20-%20Autor%20Walter%20Noboru%20Sejimo.pdfhttp://www.ufrrj.br/posgrad/cpeq/paginas/docs_teses_dissert/dissertacoes_docs_2010/Renan-completa.pdf)http://www.ufrrj.br/posgrad/cpeq/paginas/docs_teses_dissert/dissertacoes_docs_2010/Renan-completa.pdf)http://www.ufrrj.br/posgrad/cpeq/paginas/docs_teses_dissert/dissertacoes_docs_2010/Renan-completa.pdf)http://www.ufrrj.br/posgrad/cpeq/paginas/docs_teses_dissert/dissertacoes_docs_2010/Renan-completa.pdf)http://www.fatecaracatuba.edu.br/suporte/upload/Biblioteca/BIO%2017711107121%20-%20Autor%20Walter%20Noboru%20Sejimo.pdfhttp://www.fatecaracatuba.edu.br/suporte/upload/Biblioteca/BIO%2017711107121%20-%20Autor%20Walter%20Noboru%20Sejimo.pdfhttp://www.tecnicodepetroleo.ufpr.br/apostilas/petrobras/operacoes_unitarias.pdf

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