OPERAÇÕES UNITÁRIAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

1. INTRODUÇÃO

Destilação é uma das mais importantes operações unitárias de transferência de calor e de massa principalmente na indústria de petróleo e gás na etapa de refino. A coluna de destilação é o equipamento destinado à realização de tal operação unitária de transferência de calor e massa. A composição dos produtos de uma coluna de destilação é uma das principais variáveis do processo e sua determinação um tanto quanto complexa e demorada (TEIXEIRA, 2003).

Os tipos mais comuns de destilação são: destilação simples, destilação fracionada, destilação à vácuo e destilação a vapor. A destilação simples é uma técnica usada na separação de um líquido volátil de uma substância não volátil. Não é uma forma muito eficiente para separar líquidos com diferença de pontos de ebulição próximos. A Figura 1do anexo A mostra um esquema de um equipamento para destilação simples. Um termômetro é usado para se conhecer a temperatura do que está sendo destilado. O condensador consiste de um tubo, envolvido por uma capa de vidro oca contendo água fria. Para se evitar o aquecimento da água que envolve o tubo, esta é trocada continuamente, através de uma abertura ligada à torneira e outra ligada a pia (BROWN, et. al., 2003).

A destilação fracionada é usada para a separação de dois ou mais líquidos de diferentes pontos de ebulição. A Figura 1 mostra o esquema para uma destilação fracionada, o qual contém uma coluna de fracionamento, que consiste essencialmente de um longo tubo vertical através do qual o vapor sobe e é parcialmente condensado. O condensado escoa pela coluna e retorna ao balão. Dentro da coluna, o líquido, que volta, entra em contato direto com o vapor ascendente e ocorre um intercâmbio de calor, pelo qual o vapor é enriquecido com o componente mais volátil. Então, na prática, é comum empregar uma coluna de fracionamento para reduzir o número de destilações necessárias para uma separação razoavelmente completa dos dois líquidos. Uma coluna de fracionamento é projetada para fornecer uma série contínua de condensações parciais de vapor e vaporizações parciais do condensado e seu efeito é realmente similar a certo número de destilações separadas (BROWN, et. al., 2003).

Figura 1. Esquema de destilação.

2. OBJETIVO GERAL

Conhecer a técnica de destilação com pratos teóricos utilizando os efeitos da temperatura de ebulição bem como, determinar o efeito azeotrópico sobre os solventes utilizados na forma de mistura.

2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Ocorrência da transferência de calor aplicada aos solventes para obtenção de um produto puro.

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Colunas de Destilação

Coluna de destilação é um dos equipamentos de separação mais empregados na indústria química e petroquímica. Apesar da sua larga utilização, deve ser maior a atenção dispensada ao sistema de controle de colunas de destilação, pois na maioria das indústrias de transformação, 80% do custo operacional energético é devido a essa operação unitária (TEIXEIRA, 2003).

Colunas de destilação ou torres de destilação estão presentes em grande numero nas usinas de produção de álcool e também em refinarias de petróleo, e unidades de processamento de gás natural. Estes processos industriais são perfeitos exemplos de sistemas dinâmicos, multivariáveis e de comportamento não linear (CARVALHO; FELIPE, 2008). Na indústria é comum que a matéria prima seja destilada inicialmente em uma coluna A (fracionada) obtendo assim uma garra de derivados. Alguns destes por sua vez seguem para uma coluna B (retificadora) para a extração de derivados de maior valor agregado. Este procedimento é presente tanto na indústria de petróleo quanto na do álcool (CARVALHO; FELIPE, 2008).

Outras vezes a coluna é o equipamento que dificulta o aumento da produção. Por exemplo, a quantidade de calor que é transferida pelo refervedor e pelo condensador, a composição da carga, a razão de refluxo, são parâmetros que influenciam na operação ótima da coluna. Uma das formas de solucionar esse problema passa pelo aperfeiçoamento do sistema de controle (TEIXEIRA, 2003).

3.2 Álcool Etílico

O álcool etílico, também chamado de etanol é uma substância orgânica obtida da fermentação de açúcares, hidratação do etileno ou redução a acetaldeído. O álcool etílico também pode ser obtido através de biomassa de origem agrícola. O álcool etílico é utilizado exclusivamente como combustível em motores de explosão. É uma das substâncias com maior aplicação no mercado industrial de forma geral, o álcool etílico tem aplicações nas indústrias de perfumes, de bebidas, farmacêuticas e químicas em geral como solventes químicos. O álcool etílico é utilizado na síntese de várias reações orgânicas na obtenção de diversos produtos, tais como: solvente para resinas, gorduras, óleos, ácidos graxos, hidrocarbonetos, hidróxidos alcalinos; meio de extração; fabricação de intermediários, derivados orgânicos, corantes; drogas sintéticas, elastômeros, detergentes, produtos de limpeza em geral, cosméticos, fármacos, e etc. O álcool etílico é miscível em água devido à polaridade do grupo hidroxila conferindo ao mesma solubilidade com diversas outras matérias-primas (FIGUEIREDO, 2010).

3.3 Clorofórmio

O clorofórmio é um líquido claro, volátil e com odor característico, usado como solvente em vários produtos (vernizes, ceras, gorduras, óleos, graxas), agente de limpeza a seco, anestésico, em extintores de incêndio, intermediário na fabricação de corantes e agrotóxicos, fumigante para grãos e na fabricação de hidroclorofluorcarbonos (HCFC). Atualmente alguns países proíbem o uso de clorofórmio como anestésico e em determinados medicamentos e cosméticos (SILVA, 2009).

3.4 Acetona

A acetona é um líquido incolor e inflamável de forte odor adocicado. É usada como solvente e intermediário na fabricação de outras substâncias químicas. Também tem uso na indústria alimentícia para extração de gorduras e óleos e como agente de precipitação na purificação do açúcar e amido (FELTRE, 2004).

4. MATERIAL E MÉTODOS

1.1 Materiais

-Solventes (água, etanol; acetona; clorofórmio);

-Béckers (250 ml);

-Microdestilador de etanol;

-Provetas;

-Agitador magnético com chapa aquecedora;

-Plástico;

-Termômetro;

1.2 Métodos.

1.2.1Preparo das frações

As frações foram preparadas para 100 mL de volume final conforme a seguinte recomendação:

1- Etanol/acetona/clorofórmio/água na proporção: 25/20/40/15;

2- Acetona/água na proporção: 40/60;

3- Etanol/água na proporção: 80/20;

4- Clorofórmio/água na proporção: 50/50;

A resistência do microdestilador foi aquecida, em seguida foram adicionas no balão dosador uma pequena fração das misturas preparadas. Aguardou a passagem do líquido pelos pratos teóricos que formam o destilador, observando a troca térmica (fase gasosa para fase líquida) respeitando o término do procedimento que é visualizado pela saída do material gotejante. As frações foram coletadas em copos Béckers e enumeradas seguindo um tempo trocando o frasco Bécker, essa troca nos deu a garantia que teríamos compostos separados por meio de destilação.

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A tabela 1 apresenta valores experimentais obtidos conforme a ordem que os componentes foram saindo, foi enumerado de 1 a 4, sendo que 1 significa que o primeiro componente é mais volátil que os demais, e 4 sendo o menos volátil, pois a água ela tem um ponto de ebulição de 100 oC. Sendo este maior que o dos outros solventes sendo expelida mais lentamente.

Tabela 1 – Valores dos pontos de fusões das frações destiladas obtidas.

Controles Parâmetros temp. oC Acetona Etanol Clorofórmio Água

1 56 2 3 1 4

2 78 1 - - 2

3 61,5 - 1 - -

4 100 - - 1 2

Estes resultados foram obtidos a partir da destilação fracionada, que separa líquidos homogêneos e heterogêneos. Quanto mais distantes os pontos de ebulição destes líquidos acima, mais eficiente é o processo de destilação.

6. CONCLUSÃO

Pode-se concluir que algumas frações obtiveram características do efeito azeotrópico, tendo uma mistura de dois componentes presentes na mesma solução, exemplo dos componentes: etanol+água.

7. REFERÊNCIAS

BROWN,T. L.; LEN AY Jr; H.E.; BRUSTEN, B.E.; Química a ciência central. São Paulo, 2003.

CARVALHO; A. S., FELIPE; L. H.G. Modelagem de Colunas de Destilação através de Modelos Auto-regressivos. Universidade Estadual do Norte Fluminense, 2008.

FELTRE, R. Química Geral. 6. Ed. São Paulo: Moderna, 2004.

FIGUEIREDO; E. M. de O. Processos de Desidratação do Álcool. Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia-MG, 2010.

SILVA, D.H. Protocolos de Montreal e Kyoto: pontos em comum e diferenças fundamentais. Rev. Bras. Polít. Int., vol. 52, n. 2, p. 155-172, 2009.

TEIXEIRA; A. C. Inferências em Coluna de Destilação Multicomponente. Florianópolis, 2003.