Como se chama a parte de um alambique onde o vapor se transforma em líquido

Destilação , ou destilação clássica, é o processo de separar os componentes ou substâncias de uma mistura líquida usando fervura seletiva e condensação . Destilação a seco é o aquecimento de materiais sólidos para produzir produtos gasosos (que podem condensar em líquidos ou sólidos). A destilação a seco pode envolver mudanças químicas, como destilação destrutiva ou rachadurae não é discutido neste artigo. A destilação pode resultar em separação essencialmente completa (componentes quase puros), ou pode ser uma separação parcial que aumenta a concentração de componentes selecionados na mistura. Em ambos os casos, o processo explora diferenças na volatilidade relativa dos componentes da mistura. Em aplicações industriais , a destilação é uma operação unitária de importância praticamente universal, mas é um processo de separação física, não uma reação química .

A destilação tem muitas aplicações. Por exemplo:

• A destilação de produtos fermentados produz bebidas destiladas com alto teor alcoólico , ou separa outros produtos de fermentação de valor comercial.
• A destilação é um método eficaz e tradicional de dessalinização .
• Na indústria do petróleo , a estabilização do petróleo é uma forma de destilação parcial que reduz a pressão de vapor do petróleo bruto, tornando-o seguro para armazenamento e transporte, além de reduzir as emissões atmosféricas de hidrocarbonetos voláteis. Em operações intermediárias em refinarias de petróleo , a destilação fracionada é uma classe importante de operação para transformar petróleo bruto em combustíveis e estoques de produtos químicos . [2] [3] [4]
• A destilação criogênica leva à separação do ar em seus componentes - principalmente oxigênio , nitrogênio e argônio - para uso industrial .
• Na indústria química , grandes quantidades de produtos líquidos brutos de síntese química são destilados para separá-los de outros produtos, de impurezas ou de matérias-primas que não reagiram.

Uma instalação usada para destilação, especialmente de bebidas destiladas, é uma destilaria. O próprio equipamento de destilação é um destilador .

As primeiras evidências de destilação foram encontradas em tabletes acadianos datados de c. 1200 aC descrevendo operações de perfumaria. As tabuinhas forneceram evidências textuais de que uma das primeiras formas primitivas de destilação era conhecida pelos babilônios da antiga Mesopotâmia . [8] Evidências iniciais de destilação também foram encontradas relacionadas aos alquimistas que trabalhavam em Alexandria, no Egito romano, no primeiro século EC. [9] :

A destilação era praticada no antigo subcontinente indiano , o que é evidente a partir de retortas e receptores de argila cozida encontrados em Taxila , Shaikhan Dheri e Charsadda, no Paquistão moderno , datando dos primeiros séculos da Era Comum . [10] [11] [12] Esses " alambiques de Gandhara " só eram capazes de produzir um licor muito fraco , pois não havia meios eficientes de coletar os vapores em fogo baixo. [13] Água destilada tem sido usada desde pelo menos c. 200 dC, quando Alexandre de Afrodisias descreveu o processo. [14] [15] O trabalho na destilação de outros líquidos continuou no início do Egito bizantino sob Zósimo de Panópolis no século III.

A destilação na China pode ter começado durante a dinastia Han Oriental (séculos 1 a 2 dC), mas a destilação de bebidas começou nas dinastias Jin (séculos 12 a 13) e Song do Sul (séculos 10 a 13), de acordo com evidências arqueológicas. [16]

Químicos muçulmanos medievais como Jābir ibn Ḥayyān (latim: Geber, século IX) e Abū Bakr al-Rāzī (latim: Rhazes, 854–925) fizeram experiências extensivas com a destilação de várias substâncias. A destilação do vinho é atestada em obras árabes atribuídas a al-Kindī (c. 801-873 dC) e a al-Fārābī (c. 872-950), e no livro 28 de al-Zahrāwī 's (latim: Abulcasis , 936–1013) Kitāb al-Taṣrīf (mais tarde traduzido para o latim como Liber servatoris ). [17] No século XII, receitas para a produção de aqua ardens ("água ardente", ou seja, etanol) por destilação de vinho com sal começaram a aparecer em várias obras latinas, e no final do século XIII já existia tornou-se uma substância amplamente conhecida entre os químicos da Europa Ocidental. [18] A destilação fracionada foi desenvolvida por Tadeo Alderotti no século XIII. [19]

Uma destilaria foi encontrada em um sítio arqueológico em Qinglong, província de Hebei , na China, que data do século XII. As bebidas destiladas eram comuns durante a dinastia Yuan (séculos 13 a 14). [16]

Em 1500, o alquimista alemão Hieronymus Braunschweig publicou Liber de arte destillandi ( O Livro da Arte da Destilação ), [20] o primeiro livro dedicado exclusivamente ao assunto da destilação, seguido em 1512 por uma versão muito expandida. Em 1651, John French publicou The Art of Distillation , [21] o primeiro grande compêndio inglês sobre a prática, mas foi afirmado [22] que muito disso deriva do trabalho de Braunschweig. Isso inclui diagramas com pessoas mostrando a operação em escala industrial, e não em bancada.

À medida que a alquimia evoluiu para a ciência da química , vasos chamados retortas foram usados ​​para destilações. Ambos os alambiques e retortas são formas de vidro com gargalos longos apontando para o lado em um ângulo descendente para atuar como condensadores refrigerados a ar para condensar o destilado e deixá-lo gotejar para baixo para coleta. Mais tarde, alambiques de cobre foram inventados. As juntas rebitadas eram freqüentemente mantidas firmes usando várias misturas, por exemplo, uma massa feita de farinha de centeio. [23] Esses alambiques geralmente apresentavam um sistema de resfriamento ao redor do bico, usando água fria, por exemplo, o que tornava a condensação do álcool mais eficiente. Estes eram chamados de alambiques . Hoje, as retortas e os alambiques foram amplamente suplantados por métodos de destilação mais eficientes na maioria dos processos industriais. No entanto, a maconha ainda é muito utilizada para a elaboração de alguns álcoois finos, como conhaque , uísque escocês , uísque irlandês , tequila , rum e algumas vodcas . Potes de alambiques feitos de vários materiais (madeira, argila, aço inoxidável) também são usados ​​por contrabandistas em vários países. Os pequenos alambiques também são vendidos para uso na produção doméstica [24] de água para flores ou óleos essenciais .

As primeiras formas de destilação envolviam processos em lote usando uma vaporização e uma condensação. A pureza foi melhorada por destilação adicional do condensado. Volumes maiores foram processados ​​simplesmente repetindo a destilação. Alegadamente, os químicos realizaram de 500 a 600 destilações para obter um composto puro. [25]

No início do século 19, os conceitos básicos das técnicas modernas, incluindo pré-aquecimento e refluxo , foram desenvolvidos. [25] Em 1822, Anthony Perrier desenvolveu um dos primeiros stills contínuos e, então, em 1826, Robert Stein melhorou esse design para tornar sua patente ainda . Em 1830, Aeneas Coffey obteve uma patente para melhorar ainda mais o design. [26] A destilaria contínua de Coffey pode ser considerada o arquétipo das unidades petroquímicas modernas. O engenheiro francês Armand Savalle desenvolveu seu regulador de vapor por volta de 1846. [9] :Em 1877, Ernest Solvay recebeu uma patente nos Estados Unidos para uma coluna de bandeja para destilação de amônia , [27] e no mesmo ano e nos anos subsequentes viu desenvolvimentos neste tema para óleos e bebidas espirituosas.

Com o surgimento da engenharia química como disciplina no final do século 19, métodos científicos, em vez de empíricos, puderam ser aplicados. O desenvolvimento da indústria do petróleo no início do século 20 forneceu o ímpeto para o desenvolvimento de métodos de projeto precisos, como o método McCabe-Thiele de Ernest Thiele e a equação de Fenske . A primeira planta industrial nos Estados Unidos a usar a destilação como meio de dessalinização do oceano foi inaugurada em Freeport, Texas, em 1961, com a esperança de trazer segurança hídrica para a região. [28] A disponibilidade de computadores poderosos permitiu simulações de computador diretas de colunas de destilação.

A aplicação da destilação pode ser dividida em quatro grupos: escala de laboratório , destilação industrial , destilação de ervas para perfumaria e medicamentos ( destilado de ervas ) e processamento de alimentos . Os dois últimos são distintamente diferentes dos dois anteriores, na medida em que a destilação não é usada como um verdadeiro método de purificação, mas mais para transferir todos os voláteis das matérias-primas para o destilado no processamento de bebidas e ervas.

A principal diferença entre a destilação em escala de laboratório e a destilação industrial é que a destilação em escala de laboratório é freqüentemente realizada em lotes, enquanto a destilação industrial geralmente ocorre continuamente. Na destilação em lote , a composição do material de origem, os vapores dos compostos de destilação e o destilado mudam durante a destilação. Na destilação em lote, um destilador é carregado (fornecido) com um lote de mistura de alimentação, que é então separado em suas frações componentes, que são coletadas sequencialmente do mais volátil para o menos volátil, com os fundos - o mínimo remanescente ou a fração não volátil - removido no final. A destilaria pode então ser recarregada e o processo repetido.

Na destilação contínua , os materiais de origem, vapores e destilados são mantidos em uma composição constante, reabastecendo cuidadosamente o material de origem e removendo frações de vapor e líquido no sistema. Isso resulta em um controle mais detalhado do processo de separação.

O ponto de ebulição de um líquido é a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido é igual à pressão ao redor do líquido, permitindo que bolhas se formem sem serem esmagadas. Um caso especial é o ponto de ebulição normal , onde a pressão de vapor do líquido é igual à pressão atmosférica ambiente .

É um equívoco que, em uma mistura líquida a uma determinada pressão, cada componente ferve no ponto de ebulição correspondente a essa pressão, permitindo que os vapores de cada componente se coletem separada e puramente. Porém, isso não ocorre, mesmo em um sistema idealizado. Modelos idealizados de destilação são essencialmente regida por lei de Raoult e lei de Dalton e assumir que equilíbrios líquido-vapor são atingidos.

A lei de Raoult afirma que a pressão de vapor de uma solução depende 1) da pressão de vapor de cada componente químico na solução e 2) da fração da solução que cada componente constitui, também conhecida como fração molar . Esta lei se aplica a soluções ideais , ou soluções que têm componentes diferentes, mas cujas interações moleculares são iguais ou muito semelhantes às soluções puras.

A lei de Dalton afirma que a pressão total é a soma das pressões parciais de cada componente individual na mistura. Quando um líquido multicomponente é aquecido, a pressão de vapor de cada componente aumenta, fazendo com que a pressão de vapor total aumente. Quando a pressão total de vapor atinge a pressão em torno do líquido, ocorre a ebulição e o líquido se transforma em gás em todo o líquido. Uma mistura com uma determinada composição tem um ponto de ebulição a uma determinada pressão quando os componentes são mutuamente solúveis. Uma mistura de composição constante não tem pontos de ebulição múltiplos.

Uma implicação de um ponto de ebulição é que componentes mais leves nunca "fervem primeiro" de forma limpa. No ponto de ebulição, todos os componentes voláteis fervem, mas para um componente, sua porcentagem no vapor é igual à sua porcentagem na pressão total de vapor. Os componentes mais leves têm uma pressão parcial maior e, portanto, estão concentrados no vapor, mas os componentes voláteis mais pesados ​​também têm uma pressão parcial (menor) e necessariamente vaporizam também, embora em uma concentração menor no vapor. Na verdade, a destilação em lote e o fracionamento são bem-sucedidos ao variar a composição da mistura. Na destilação em lote, o lote vaporiza, o que altera sua composição; no fracionamento, o líquido superior na coluna de fracionamento contém mais luzes e ferve em temperaturas mais baixas. Portanto, partindo de uma determinada mistura, parece ter uma faixa de ebulição em vez de um ponto de ebulição, embora isso ocorra porque sua composição muda: cada mistura intermediária tem seu próprio ponto de ebulição singular.

O modelo idealizado é preciso no caso de líquidos quimicamente semelhantes, como benzeno e tolueno . Em outros casos, desvios severos da lei de Raoult e da lei de Dalton são observados, principalmente na mistura de etanol e água. Esses compostos, quando aquecidos juntos, formam um azeótropo , que é quando a fase de vapor e a fase líquida contêm a mesma composição. Embora existam métodos computacionais que podem ser usados ​​para estimar o comportamento de uma mistura de componentes arbitrários, a única maneira de obter dados precisos de equilíbrio líquido-vapor é por medição.

Não é possível purificar completamente uma mistura de componentes por destilação, pois isso exigiria que cada componente da mistura tivesse uma pressão parcial zero . Se o objetivo for produtos ultra-puros, deve-se aplicar mais separação química . Quando uma mistura binária é vaporizada e o outro componente, por exemplo, um sal, tem pressão parcial zero para fins práticos, o processo é mais simples.

Destilação em lote ou diferencial

O aquecimento de uma mistura ideal de duas substâncias voláteis, A e B, com A tendo a maior volatilidade, ou menor ponto de ebulição, em uma configuração de destilação em lote (como em um aparelho representado na figura de abertura) até que a mistura esteja em ebulição resulta em um vapor acima do líquido que contém uma mistura de A e B. A proporção entre A e B no vapor será diferente da proporção no líquido. A proporção no líquido será determinada por como a mistura original foi preparada, enquanto a proporção no vapor será enriquecida no composto mais volátil, A (devido à Lei de Raoult, veja acima). O vapor passa pelo condensador e é removido do sistema. Isso, por sua vez, significa que a proporção de compostos no líquido restante é agora diferente da proporção inicial (ou seja, mais enriquecido em B do que no líquido inicial).

O resultado é que a proporção na mistura líquida está mudando, tornando-se mais rica no componente B. Isso faz com que o ponto de ebulição da mistura aumente, o que resulta em um aumento na temperatura do vapor, o que resulta em uma proporção variável de A : B na fase gasosa (à medida que a destilação continua, há uma proporção crescente de B na fase gasosa). Isso resulta em uma proporção de alteração lenta de A: B no destilado.

Se a diferença na pressão de vapor entre os dois componentes A e B for grande - geralmente expressa como a diferença nos pontos de ebulição - a mistura no início da destilação é altamente enriquecida no componente A, e quando o componente A foi destilado, a ebulição o líquido é enriquecido no componente B.

Destilação contínua

A destilação contínua é uma destilação contínua na qual uma mistura líquida é continuamente (sem interrupção) alimentada no processo e as frações separadas são removidas continuamente à medida que os fluxos de saída ocorrem ao longo do tempo durante a operação. A destilação contínua produz um mínimo de duas frações de saída, incluindo pelo menos uma fração de destilado volátil , que ferveu e foi capturada separadamente como um vapor e então condensada em um líquido. Sempre há uma fração de fundo (ou resíduo), que é o resíduo menos volátil que não foi capturado separadamente como um vapor condensado.

A destilação contínua difere da destilação em lote no sentido de que as concentrações não devem mudar com o tempo. A destilação contínua pode ser executada em um estado estacionário por um período arbitrário de tempo. Para qualquer material de origem de composição específica, as principais variáveis ​​que afetam a pureza dos produtos em destilação contínua são a razão de refluxo e o número de estágios de equilíbrio teórico, na prática determinados pelo número de bandejas ou pela altura de embalagem. O refluxo é um fluxo do condensador de volta para a coluna, que gera uma reciclagem que permite uma melhor separação com um determinado número de bandejas. Os estágios de equilíbrio são etapas ideais onde as composições atingem o equilíbrio líquido-vapor, repetindo o processo de separação e permitindo uma melhor separação dada uma razão de refluxo. Uma coluna com uma alta taxa de refluxo pode ter menos estágios, mas ela reflui uma grande quantidade de líquido, resultando em uma coluna larga com grande retenção. Por outro lado, uma coluna com baixa taxa de refluxo deve ter um grande número de estágios, exigindo, portanto, uma coluna mais alta.

Melhorias gerais

Tanto a destilação em lote quanto a contínua podem ser melhoradas com o uso de uma coluna de fracionamento no topo do frasco de destilação. A coluna melhora a separação ao fornecer uma área de superfície maior para o vapor e o condensado entrarem em contato. Isso o ajuda a permanecer em equilíbrio pelo maior tempo possível. A coluna pode até consistir em pequenos subsistemas ('bandejas' ou 'pratos'), todos contendo uma mistura líquida enriquecida em ebulição, todos com seu próprio equilíbrio líquido-vapor.

Existem diferenças entre as colunas de fracionamento em escala laboratorial e industrial, mas os princípios são os mesmos. Exemplos de colunas de fracionamento em escala de laboratório (para aumentar a eficiência) incluem

• Condensador de ar
• Coluna Vigreux (geralmente apenas em escala de laboratório)
• Coluna empacotada (empacotada com contas de vidro, peças de metal ou outro material quimicamente inerte)
• Sistema de destilação de banda giratória .

As destilações em escala de laboratório são executadas quase exclusivamente como destilações em lote. O dispositivo usado na destilação, às vezes referido como um destilador , consiste no mínimo em um reboiler ou pote no qual o material de origem é aquecido, um condensador no qual o vapor aquecido é resfriado de volta ao estado líquido e um receptor no qual o líquido concentrado ou purificado, denominado destilado , é coletado. Existem várias técnicas de destilação em escala laboratorial (ver também tipos de destilação ).

Um aparelho de destilação completamente selado pode sofrer pressão interna extrema e variável, o que pode fazer com que ele se abra nas articulações. Portanto, algum caminho é geralmente deixado aberto (por exemplo, no frasco receptor) para permitir que a pressão interna se iguale à pressão atmosférica. Alternativamente, uma bomba de vácuo pode ser usada para manter o aparelho a uma pressão inferior à atmosférica. Se as substâncias envolvidas são sensíveis ao ar ou à umidade, a conexão com a atmosfera pode ser feita através de um ou mais tubos de secagem embalados com materiais que eliminam os componentes indesejados do ar, ou através de borbulhadores que fornecem uma barreira móvel de líquido. Finalmente, a entrada de componentes de ar indesejáveis ​​pode ser evitada bombeando um fluxo baixo, mas constante, de gás inerte adequado, como nitrogênio , para dentro do aparelho.

Destilação simples

Na destilação simples , o vapor é imediatamente canalizado para um condensador. Consequentemente, o destilado não é puro, mas sim sua composição é idêntica à composição dos vapores na temperatura e pressão dadas. Essa concentração segue a lei de Raoult .

Como resultado, a destilação simples é eficaz apenas quando os pontos de ebulição do líquido diferem muito (a regra geral é 25 ° C) [29] ou quando separa líquidos de sólidos não voláteis ou óleos. Para esses casos, as pressões de vapor dos componentes são geralmente diferentes o suficiente para que o destilado seja suficientemente puro para a finalidade pretendida.

Um esquema de corte de uma operação de destilação simples é mostrado à direita. O líquido de partida 15 no balão de ebulição 2 é aquecido por uma placa de aquecimento combinada e agitador magnético 13 por meio de um banho de óleo de silicone (laranja, 14 ). O vapor flui por uma curta coluna Vigreux 3 , depois por um condensador Liebig 5 , é resfriado por água (azul) que circula pelas portas 6 e 7 . O líquido condensado goteja no frasco receptor 8 , sentado em um banho de resfriamento (azul, 16 ). O adaptador 10 tem uma conexão 9 que pode ser instalada em uma bomba de vácuo. Os componentes são conectados por juntas de vidro fosco (cinza).

Destilação fraccionada

Em muitos casos, os pontos de ebulição dos componentes da mistura serão suficientemente próximos para que a lei de Raoult seja levada em consideração. Portanto, a destilação fracionada deve ser usada para separar os componentes por ciclos repetidos de vaporização-condensação em uma coluna de fracionamento empacotada. Essa separação, por destilações sucessivas, também é chamada de retificação . [30]

À medida que a solução a ser purificada é aquecida, seus vapores sobem para a coluna de fracionamento . À medida que sobe, ele esfria, condensando-se nas paredes do condensador e nas superfícies do material de embalagem. Aqui, o condensado continua a ser aquecido pelos vapores quentes ascendentes; ele vaporiza mais uma vez. No entanto, a composição dos vapores frescos é determinada mais uma vez pela lei de Raoult. Cada ciclo de vaporização-condensação (chamado de prato teórico ) produzirá uma solução mais pura do componente mais volátil. [31] Na realidade, cada ciclo em uma determinada temperatura não ocorre exatamente na mesma posição na coluna de fracionamento; A placa teórica é, portanto, mais um conceito do que uma descrição precisa.

Mais pratos teóricos levam a melhores separações. Um sistema de destilação de banda giratória usa uma banda giratória de teflon ou metal para forçar os vapores ascendentes em contato próximo com o condensado descendente, aumentando o número de pratos teóricos. [32]

Destilação a vapor

Como a destilação a vácuo , a destilação a vapor é um método para destilar compostos que são sensíveis ao calor. [1] ( pp151-153 ) A temperatura do vapor é mais fácil de controlar do que a superfície de um elemento de aquecimento e permite uma alta taxa de transferência de calor sem aquecimento em uma temperatura muito alta. Este processo envolve o borbulhar de vapor através de uma mistura aquecida da matéria-prima. Pela lei de Raoult, parte do composto alvo vaporizará (de acordo com sua pressão parcial). A mistura de vapor é resfriada e condensada, geralmente produzindo uma camada de óleo e uma camada de água.

A destilação a vapor de várias ervas aromáticas e flores pode resultar em dois produtos; um óleo essencial , bem como um destilado de ervas aquoso . Os óleos essenciais são freqüentemente usados ​​em perfumaria e aromaterapia, enquanto os destilados aquosos têm muitas aplicações em aromaterapia , processamento de alimentos e cuidados com a pele .

Destilação a vácuo

Alguns compostos têm pontos de ebulição muito altos. Para ferver esses compostos, muitas vezes é melhor diminuir a pressão à qual esses compostos são fervidos em vez de aumentar a temperatura. Uma vez que a pressão é reduzida para a pressão de vapor do composto (na temperatura dada), a fervura e o resto do processo de destilação podem começar. Essa técnica é conhecida como destilação a vácuo e é comumente encontrada em laboratório na forma de evaporador rotativo .

Esta técnica também é muito útil para compostos que fervem além de sua temperatura de decomposição à pressão atmosférica e que, portanto, seriam decompostos por qualquer tentativa de fervê-los sob pressão atmosférica.

Caminho curto e destilação molecular

A destilação molecular é a destilação a vácuo abaixo da pressão de 0,01 torr . 0,01 torr é uma ordem de magnitude acima do alto vácuo , onde os fluidos estão no regime de fluxo molecular livre , ou seja, o caminho livre médio das moléculas é comparável ao tamanho do equipamento. A fase gasosa não exerce mais pressão significativa sobre a substância a ser evaporada e, conseqüentemente, a taxa de evaporação não depende mais da pressão. Ou seja, como as suposições do continuum da dinâmica dos fluidos não se aplicam mais, o transporte de massa é governado pela dinâmica molecular em vez da dinâmica dos fluidos. Assim, é necessário um curto caminho entre a superfície quente e a superfície fria, normalmente suspendendo uma placa quente coberta com uma película de alimentação ao lado de uma placa fria com uma linha de visão no meio. A destilação molecular é usada industrialmente para purificação de óleos.

A destilação de caminho curto é uma técnica de destilação que envolve o destilado percorrendo uma curta distância, geralmente apenas alguns centímetros, e normalmente é feita sob pressão reduzida. [1] ( p150 ) Um exemplo clássico seria uma destilação envolvendo o destilado viajando de um bulbo de vidro para outro, sem a necessidade de um condensador separando as duas câmaras. Esta técnica é freqüentemente usada para compostos que são instáveis ​​em altas temperaturas ou para purificar pequenas quantidades de composto. A vantagem é que a temperatura de aquecimento pode ser consideravelmente mais baixa (a pressão reduzida) do que o ponto de ebulição do líquido à pressão padrão, e o destilado só precisa percorrer uma curta distância antes de condensar. Um caminho curto garante que pouco composto seja perdido nas laterais do aparelho. O Kugelrohr é um tipo de aparelho de destilação de caminho curto que geralmente contém várias câmaras para coletar frações de destilado.

Destilação a vácuo sensível ao ar

Alguns compostos têm altos pontos de ebulição, além de serem sensíveis ao ar . Um sistema de destilação a vácuo simples como exemplificado acima pode ser usado, em que o vácuo é substituído por um gás inerte após a destilação estar completa. No entanto, este é um sistema menos satisfatório se se deseja coletar frações sob pressão reduzida. Para fazer isso, um adaptador de "vaca" ou "porco" pode ser adicionado ao final do condensador, ou para melhores resultados ou para compostos muito sensíveis ao ar, um aparelho triangular Perkin pode ser usado.

O triângulo de Perkin tem meios através de uma série de torneiras de vidro ou Teflon para permitir que as frações sejam isoladas do resto do destilador , sem que o corpo principal da destilação seja removido do vácuo ou da fonte de calor, e assim pode permanecer em um estado de refluxo . Para fazer isso, a amostra é primeiro isolada do vácuo por meio das torneiras, o vácuo sobre a amostra é então substituído por um gás inerte (como nitrogênio ou argônio ) e pode então ser fechado e removido. Um novo recipiente de coleta pode então ser adicionado ao sistema, evacuado e conectado de volta ao sistema de destilação por meio das torneiras para coletar uma segunda fração, e assim por diante, até que todas as frações tenham sido coletadas.

Destilação de zona

A destilação por zona é um processo de destilação em um recipiente longo com fusão parcial de matéria refinada na zona de líquido em movimento e condensação de vapor na fase sólida na extração do condensado na área fria. O processo é trabalhado em teoria. Quando o aquecedor de zona está se movendo do topo para o fundo do recipiente, então está se formando condensado sólido com distribuição irregular de impurezas. Então, a maior parte da parte pura do condensado pode ser extraída como produto. O processo pode ser repetido várias vezes movendo (sem rotação) o condensado recebido para a parte inferior do recipiente no local da matéria refinada. A distribuição irregular de impurezas no condensado (ou seja, a eficiência da purificação) aumenta com o número de iterações. A destilação por zona é o análogo da destilação da recristalização por zona. A distribuição de impurezas no condensado é descrita por equações conhecidas de recristalização de zona - com a substituição do coeficiente de distribuição k de cristalização - pelo fator de separação α de destilação. [33] [34] [35]

Outros tipos

• O processo de destilação reativa envolve o uso do vaso de reação como destilador. Nesse processo, o produto geralmente apresenta um ponto de ebulição significativamente mais baixo do que seus reagentes. À medida que o produto é formado a partir dos reagentes, ele é vaporizado e removido da mistura de reação. Esta técnica é um exemplo de um processo contínuo vs. um processo em lote; as vantagens incluem menos tempo de inatividade para carregar o vaso de reação com o material de partida e menos processamento. A destilação "sobre um reagente" pode ser classificada como uma destilação reativa. É normalmente usado para remover impurezas voláteis da alimentação de destalação. Por exemplo, um pouco de cal pode ser adicionado para remover o dióxido de carbono da água, seguido por uma segunda destilação com um pouco de ácido sulfúrico adicionado para remover vestígios de amônia.
• Destilação catalítica é o processo pelo qual os reagentes são catalisados ​​enquanto são destilados para separar continuamente os produtos dos reagentes. Este método é usado para ajudar as reações de equilíbrio a atingirem a conclusão.
• A pervaporação é um método de separação de misturas de líquidos por vaporização parcial através de uma membrana não porosa .
• A destilação extrativa é definida como a destilação na presença de um componente miscível, de alto ponto de ebulição e relativamente não volátil, o solvente, que não forma azeótropo com os outros componentes da mistura.
• A evaporação instantânea (ou evaporação parcial) é a vaporização parcial que ocorre quando uma corrente de líquido saturado sofre uma redução na pressão ao passar por uma válvula de estrangulamento ou outro dispositivo de estrangulamento. Este processo é uma das operações unitárias mais simples, sendo equivalente a uma destilação com apenas um estágio de equilíbrio.
• Codestilação é a destilação realizada em misturas nas quais os dois compostos não são miscíveis. No laboratório, o aparelho Dean-Stark é usado para essa finalidade para remover água dos produtos de síntese. O Bleidner é outro exemplo com dois solventes de refluxo.
• A destilação por membrana é um tipo de destilação em que os vapores de uma mistura a ser separada são passados ​​através de uma membrana, que permeia seletivamente um componente da mistura. A diferença de pressão de vapor é a força motriz. Tem aplicações potenciais na dessalinização de água do mar e na remoção de componentes orgânicos e inorgânicos.

O processo unitário de evaporação também pode ser chamado de "destilação":

• Na evaporação rotativa, um aparelho de destilação a vácuo é usado para remover solventes a granel de uma amostra. Normalmente, o vácuo é gerado por um aspirador de água ou uma bomba de membrana .
• Em um kugelrohr, um aparelho de destilação de caminho curto é normalmente usado (geralmente em combinação com um (alto) vácuo) para destilar compostos de alto ponto de ebulição (> 300 ° C). O aparelho consiste em um forno no qual é colocado o composto a destilar, uma porção receptora que fica fora do forno e um meio de rotação da amostra. O vácuo é normalmente gerado usando uma bomba de alto vácuo.

Outros usos:

• Destilação a seco ou destilação destrutiva , apesar do nome, não é verdadeiramente destilação, mas sim uma reação química conhecida como pirólise na qual as substâncias sólidas são aquecidas em uma atmosfera inerte ou redutora e quaisquer frações voláteis, contendo líquidos de alto ponto de ebulição e produtos da pirólise, são coletados. A destilação destrutiva da madeira para dar metanol é a raiz de seu nome comum - álcool de madeira .
• A destilação por congelamento é um método análogo de purificação usando congelamento em vez de evaporação. Não é uma destilação propriamente dita, mas uma recristalização em que o produto é o licor-mãe e não produz produtos equivalentes à destilação. Esse processo é usado na produção de cerveja gelada e vinho gelado para aumentar o teor de etanol e açúcar , respectivamente. Ele também é usado para produzir applejack . Ao contrário da destilação, a destilação por congelamento concentra congêneres venenosos em vez de removê-los; Como resultado, muitos países proíbem esse jackjack como medida de saúde. Além disso, a destilação por evaporação pode separá-los, uma vez que possuem diferentes pontos de ebulição.

• [Destilação por filtração] Na alquimia e química primitiva, também conhecida como filosofia natural, uma forma de "destilação" por filtração capilar era conhecida como uma forma de destilação na época. Neste, uma série de xícaras ou tigelas eram colocadas sobre um suporte escalonado com um "pavio" de algodão ou material semelhante a feltro, que havia sido umedecido com água ou um líquido claro com cada degrau escorrendo através do pano umedecido por ação capilar nas etapas seguintes, criando uma "purificação" do líquido, deixando os materiais sólidos para trás nas tigelas superiores e purificando o produto subsequente por ação capilar através do pano umedecido. Isso foi chamado de "destilação" por filtração por aqueles que usam o método.

As interações entre os componentes da solução criam propriedades exclusivas para a solução, pois a maioria dos processos envolve misturas não ideais, onde a lei de Raoult não se aplica. Essas interações podem resultar em um azeótropo de ebulição constante que se comporta como se fosse um composto puro (isto é, ferve a uma única temperatura em vez de uma faixa). Em um azeótropo, a solução contém o componente dado na mesma proporção do vapor, de forma que a evaporação não altera a pureza e a destilação não efetua a separação. Por exemplo, álcool etílico e água formam um azeótropo de 95,6% a 78,1 ° C.

Se o azeótropo não for considerado suficientemente puro para uso, existem algumas técnicas para quebrar o azeótropo para dar um destilado puro. Este conjunto de técnicas é conhecido como destilação azeotrópica . Algumas técnicas conseguem isso "saltando" sobre a composição azeotrópica (adicionando outro componente para criar um novo azeótropo ou variando a pressão). Outros trabalham removendo ou sequestrando química ou fisicamente a impureza. Por exemplo, para purificar o etanol além de 95%, um agente de secagem (ou dessecante , como carbonato de potássio ) pode ser adicionado para converter a água solúvel em água insolúvel de cristalização . As peneiras moleculares também são frequentemente utilizadas para esse fim.

Líquidos imiscíveis, como água e tolueno , formam facilmente azeótropos. Normalmente, esses azeótropos são referidos como um azeótropo de baixa ebulição porque o ponto de ebulição do azeótropo é mais baixo do que o ponto de ebulição de qualquer componente puro. A temperatura e a composição do azeótropo são facilmente previstas a partir da pressão de vapor dos componentes puros, sem o uso da lei de Raoult. O azeótropo é facilmente quebrado em uma configuração de destilação usando um separador líquido-líquido (um decantador) para separar as duas camadas de líquido que são condensadas acima. Apenas uma das duas camadas de líquido é refluxada para a configuração de destilação.

Também existem azeótropos de alto ponto de ebulição, como uma mistura de 20 por cento em peso de ácido clorídrico em água. Como implícito no nome, o ponto de ebulição do azeótropo é maior do que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes puros.

Para quebrar as destilações azeotrópicas e cruzar os limites da destilação, como no Problema DeRosier, é necessário aumentar a composição da chave de luz no destilado.

Quebrando um azeótropo com manipulação de pressão unidirecional

Os pontos de ebulição dos componentes em um azeótropo se sobrepõem para formar uma faixa. Ao expor um azeótropo a um vácuo ou pressão positiva, é possível desviar o ponto de ebulição de um componente do outro, explorando as curvas de pressão de vapor diferentes de cada um; as curvas podem se sobrepor no ponto azeotrópico, mas é improvável que permaneçam idênticas ao longo do eixo de pressão em ambos os lados do ponto azeotrópico. Quando a tendência é grande o suficiente, os dois pontos de ebulição não se sobrepõem mais e a faixa azeotrópica desaparece.

Este método pode eliminar a necessidade de adicionar outros produtos químicos a uma destilação, mas tem duas desvantagens potenciais.

Sob pressão negativa, é necessária energia para uma fonte de vácuo e os pontos de ebulição reduzidos dos destilados exigem que o condensador funcione mais frio para evitar que os vapores do destilado sejam perdidos para a fonte de vácuo. O aumento das demandas de resfriamento geralmente exigirá energia adicional e, possivelmente, novos equipamentos ou uma troca de refrigerante.

Alternativamente, se pressões positivas são necessárias, vidraria padrão não pode ser usada, energia deve ser usada para pressurização e há uma chance maior de ocorrerem reações colaterais na destilação, como decomposição, devido às temperaturas mais altas necessárias para efetuar a ebulição.

Uma destilação unidirecional dependerá de uma mudança de pressão em uma direção, seja positiva ou negativa.

Destilação de oscilação de pressão

A destilação de oscilação de pressão é essencialmente a mesma que a destilação unidirecional usada para quebrar misturas azeotrópicas, mas aqui ambas as pressões positiva e negativa podem ser empregadas .

Isso melhora a seletividade da destilação e permite que um químico otimize a destilação, evitando extremos de pressão e temperatura que desperdiçam energia. Isso é particularmente importante em aplicações comerciais.

Um exemplo da aplicação da destilação com oscilação de pressão é durante a purificação industrial do acetato de etila após sua síntese catalítica a partir do etanol .

As aplicações de destilação industrial em grande escala incluem destilação em lote e fracionada contínua, vácuo, azeotrópica, extrativa e destilação a vapor. As aplicações industriais mais amplamente utilizadas de destilação fracionada em estado estacionário e contínua são em refinarias de petróleo , plantas petroquímicas e químicas e plantas de processamento de gás natural .

Para controlar e otimizar essa destilação industrial, um método de laboratório padronizado, ASTM D86, é estabelecido. Este método de teste se estende à destilação atmosférica de produtos petrolíferos usando uma unidade de destilação em lote de laboratório para determinar quantitativamente as características da faixa de ebulição dos produtos petrolíferos.

Destilação industrial [30] [36] é tipicamente realizada em grandes colunas cilíndricas verticais conhecidas como torres de destilação ou colunas de destilação com diâmetros variando de cerca de 0,65 a 16 metros (2 pés 2 a 52 pés 6 polegadas) e alturas que variam de cerca de 6 a 90 metros (20 a 295 pés) ou mais. Quando a alimentação do processo tem uma composição diversa, como na destilação de óleo cru , saídas de líquido em intervalos acima da coluna permitem a retirada de diferentes frações ou produtos com diferentes pontos de ebulição ou faixas de ebulição. Os produtos "mais leves" (aqueles com o ponto de ebulição mais baixo) saem do topo das colunas e os produtos "mais pesados" (aqueles com o ponto de ebulição mais alto) saem da parte inferior da coluna e são freqüentemente chamados de fundos .

Torres industriais usam refluxo para conseguir uma separação mais completa dos produtos. O refluxo se refere à porção do produto líquido condensado superior de uma torre de destilação ou fracionamento que é retornada à parte superior da torre, conforme mostrado no diagrama esquemático de uma torre de destilação industrial típica em grande escala. Dentro da torre, o fluxo de líquido de refluxo fornece resfriamento e condensação dos vapores de fluxo ascendente, aumentando assim a eficiência da torre de destilação. Quanto mais refluxo for fornecido para um determinado número de pratos teóricos , melhor será a separação da torre dos materiais com ponto de ebulição mais baixo dos materiais com ponto de ebulição mais alto. Alternativamente, quanto mais refluxo for fornecido para uma determinada separação desejada, menor será o número de pratos teóricos necessários. Os engenheiros químicos devem escolher qual combinação de taxa de refluxo e número de placas é econômica e fisicamente viável para os produtos purificados na coluna de destilação.

Tais torres de fraccionamento industriais são também utilizados em criogénico de separação de ar , produção de oxigénio líquido , azoto líquido , e elevado grau de pureza de árgon . A destilação de clorossilanos também permite a produção de silício de alta pureza para uso como semicondutor .

O projeto e a operação de uma torre de destilação dependem da alimentação e dos produtos desejados. Dado um feed de componente binário simples, métodos analíticos como o método McCabe – Thiele [30] [37] ou a equação de Fenske [30] podem ser usados. Para uma alimentação de vários componentes, modelos de simulação são usados ​​para projeto e operação. Além disso, as eficiências dos dispositivos de contato vapor-líquido (referidos como "placas" ou "bandejas") usados ​​em torres de destilação são normalmente mais baixas do que um estágio de equilíbrio teórico 100% eficiente . Conseqüentemente, uma torre de destilação precisa de mais bandejas do que o número de estágios teóricos de equilíbrio líquido-vapor. Uma variedade de modelos foi postulada para estimar a eficiência da bandeja.

Em usos industriais modernos, um material de embalagem é usado na coluna em vez de bandejas quando são necessárias baixas quedas de pressão na coluna. Outros fatores que favorecem o empacotamento são: sistemas de vácuo, colunas de menor diâmetro, sistemas corrosivos, sistemas propensos à formação de espuma, sistemas que requerem baixa retenção de líquido e destilação em lote. Por outro lado, os fatores que favorecem as colunas de placa são: presença de sólidos na alimentação, altas taxas de líquido, grandes diâmetros de coluna, colunas complexas, colunas com ampla variação da composição da alimentação, colunas com uma reação química, colunas de absorção, colunas limitadas pela tolerância do peso da fundação, baixo taxa de líquido, grande taxa de redução de volume e os processos sujeitos a picos de processo.

Este material de embalagem pode ser embalagem descartada aleatoriamente (25–76 milímetros (1–3 pol.) De largura), como anéis Raschig ou folha de metal estruturada . Os líquidos tendem a molhar a superfície da embalagem e os vapores passam por essa superfície molhada, onde ocorre a transferência de massa . Ao contrário da destilação de bandeja convencional em que cada bandeja representa um ponto separado de equilíbrio líquido-vapor, a curva de equilíbrio líquido-vapor em uma coluna compactada é contínua. No entanto, ao modelar colunas empacotadas, é útil calcular uma série de "estágios teóricos" para denotar a eficiência de separação da coluna empacotada em relação às bandejas mais tradicionais. As embalagens de formatos diferentes têm diferentes áreas de superfície e espaço vazio entre as embalagens. Ambos os fatores afetam o desempenho da embalagem.

Outro fator além da forma de embalagem e da área de superfície que afeta o desempenho de embalagem aleatória ou estruturada é a distribuição de líquido e vapor que entra no leito compactado. O número de estágios teóricos necessários para fazer uma determinada separação é calculado usando uma proporção específica de vapor para líquido. Se o líquido e o vapor não forem distribuídos uniformemente pela área superficial da torre à medida que entra no leito compactado, a proporção de líquido para vapor não será correta no leito compactado e a separação necessária não será alcançada. A embalagem parecerá não estar funcionando corretamente. A altura equivalente a um prato teórico (HETP) será maior do que o esperado. O problema não é a embalagem em si, mas a má distribuição dos fluidos que entram no leito compactado. A má distribuição de líquido é mais frequentemente o problema do que o vapor. O projeto dos distribuidores de líquidos usados ​​para introduzir a alimentação e o refluxo em um leito embalado é fundamental para fazer com que a embalagem tenha o máximo de eficiência. Métodos de avaliação da eficácia de um distribuidor de líquido para distribuir uniformemente o líquido que entra em um leito compactado podem ser encontrados nas referências. [39] [40] Um trabalho considerável foi realizado neste tópico pela Fractionation Research, Inc. (comumente conhecido como FRI). [41]

Destilação de multi-efeitos

O objetivo da destilação multiefeito é aumentar a eficiência energética do processo, para uso na dessalinização, ou em alguns casos uma etapa na produção de água ultrapura . O número de efeitos é inversamente proporcional ao valor de kW · h / m 3 de água recuperada e refere-se ao volume de água recuperado por unidade de energia em comparação com a destilação de efeito único. Um efeito é aproximadamente 636 kW · h / m 3 .

• A destilação flash de vários estágios pode atingir mais de 20 efeitos com a entrada de energia térmica, conforme mencionado no artigo.
• Evaporação por compressão de vapor - Unidades comerciais em grande escala podem atingir cerca de 72 efeitos com a entrada de energia elétrica, de acordo com os fabricantes.

Existem muitos outros tipos de processos de destilação de múltiplos efeitos, incluindo um referido como destilação simplesmente de múltiplos efeitos (MED), em que múltiplas câmaras, com intercambiadores de calor, são empregadas.

Bebidas destiladas

Materiais vegetais contendo carboidratos podem fermentar, produzindo uma solução diluída de etanol no processo. Bebidas espirituosas como whisky e rum são preparadas destilando essas soluções diluídas de etanol. Outros componentes além do etanol, incluindo água, ésteres e outros álcoois, são coletados no condensado, responsáveis ​​pelo sabor da bebida. Algumas dessas bebidas são então armazenadas em barris ou outros recipientes para adquirir mais compostos de sabor e sabores característicos.

• Destilação atmosférica de petróleo bruto
• Clyssus
• Extração de fragrâncias
• Microdestilaria
• Sublimação
• Anéis Dixon
• Empacotamento de coluna aleatório

• Allchin, FR (1979). "Índia: o antigo lar da destilação?". Cara . 14 (1): 55–63. doi : 10.2307 / 2801640 . JSTOR  2801640 .
• Needham, Joseph (1980). Ciência e Civilização na China . Cambridge University Press. ISBN  0-521-08573-X .
• Geankoplis, Christie John (2003). Processos de transporte e princípios do processo de separação (4ª ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-101367-4.

• Destilação de álcool
• Estudo de caso: destilação de petróleo
• "Binary Vapor-Liquid Equilibrium Data" (banco de dados pesquisável) . Centro de Informações de Pesquisa de Engenharia Química . Página visitada em 5 de maio de 2007 .