Destilação

O que é destilação?

Um método de separação de fases é chamado de destilação , que está entre os métodos de separação de misturas . A destilação consiste na utilização consecutiva e controlada de dois processos físicos: vaporização e condensação , utilizando-os seletivamente para separar os componentes de uma mistura , geralmente de tipo homogêneo, ou seja, na qual não podem ser distinguidos a olho nu. Seus componentes .

As misturas que podem ser separadas em seus componentes individuais por destilação podem conter dois líquidos , um sólido em um líquido, ou até gases liquefeitos. Este método de separação é baseado na diferença de pontos de ebulição (propriedade inerente da matéria , que é a temperatura na qual a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão em torno do líquido) de diferentes substâncias. A substância com o ponto de ebulição mais baixo passará primeiro para a fase de vapor , depois essa substância se condensará em outro recipiente e permanecerá relativamente pura.

Desta forma, para que a destilação seja realizada corretamente, deve-se ferver a mistura até atingir o ponto de ebulição de uma das substâncias constituintes , que então se transformará em vapor e poderá ser conduzido para um recipiente resfriado, no qual se encontra. condensa e se torna líquido novamente.

A outra substância constituinte, por outro lado, permanecerá no recipiente sem alterações; mas em ambos os casos teremos substâncias puras , livres da mistura inicial.

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Lei de Raoult

Quando temos uma mistura ideal de líquidos (uma mistura em que as interações entre diferentes partículas são consideradas iguais às interações entre partículas iguais), a Lei de Raoult é cumprida.

Esta lei estabelece que a pressão de vapor parcial de cada componente na mistura de gases é igual à pressão de vapor do componente puro multiplicada por sua fração molar na mistura líquida.

A pressão total de vapor é, então, a soma das pressões parciais dos componentes da mistura na fase gasosa. Por outro lado, a fração molar de um componente em uma mistura é uma medida adimensional de sua concentração. As quantidades acima mencionadas podem ser calculadas usando as seguintes equações:

Onde:

•   p _x e p _y são as pressões parciais dos componentes x e y, respectivamente, na mistura de vapor que envolve a mistura líquida.
• p _x * e p _y * são as pressões de vapor dos componentes x e y.
• x _x e x _y são as frações molares dos componentes x e y na mistura líquida.
• n _x e n _y são a quantidade de substância dos componentes x e y na mistura líquida.

A Lei de Raoult levantada acima é válida para misturas ideais (que são um modelo estabelecido pelo ser humano para simplificar os estudos), mas na realidade essa lei sofre desvios quando a mistura é real.

Assim, se as diferentes partículas na mistura têm forças intermoleculares mais fortes do que as partículas no líquido puro, então a pressão de vapor da mistura é menor que a pressão de vapor do líquido puro, o que produz um desvio negativo da Lei de Raoult.

Se, por outro lado, as forças intermoleculares entre as partículas no líquido puro forem maiores do que as das partículas na mistura , as partículas na mistura serão capazes de escapar para a fase de vapor mais facilmente, de modo que a pressão de vapor da mistura será maior, produzindo um desvio positivo da lei de Raoult

Quando se deseja destilar uma mistura azeotrópica (por exemplo, etanol e água), é necessário adicionar algum componente (benzeno, neste caso) para que o azeótropo seja modificado e desta forma seja possível separar os componentes do mistura. Um azeótropo é uma mistura líquida com uma composição definida que, ao ferver, os vapores gerados têm a mesma composição da mistura (portanto, os componentes da mistura azeotrópica não podem ser separados por destilação simples ou fracionada).

Os azeótropos têm uma temperatura de ebulição definida, por exemplo, a uma pressão de 1 atm, o etanol ferve a 78,37 ° C e a água ferve a 100 ° C, enquanto o azeótropo etanol-água ferve a 78,2 ° C. As misturas azeotrópicas têm desvios negativos ou positivos da Lei de Raoult, conforme o caso.

Tipos de destilação

A destilação pode ocorrer de diferentes maneiras:

• Destilação simples. O mais básico é ferver a mistura até que os diferentes componentes sejam separados. É um método de separação eficaz quando os pontos de ebulição dos componentes da mistura diferem muito (idealmente têm uma diferença de pelo menos 25 ° C, caso contrário não garante a pureza total da substância destilada).
  
• Destilação fraccionada. É feito por meio de uma coluna de fracionamento, que é composta por diferentes placas nas quais a vaporização e a condensação ocorrem sucessivamente, garantindo maior pureza nos componentes separados.
  
• Destilação a vácuo. Ao reduzir a pressão até a geração de vácuo, o processo é catalisado para reduzir o ponto de ebulição dos componentes, uma vez que alguns possuem pontos de ebulição muito elevados que podem ser reduzidos quando a pressão é muito reduzida e, assim, acelerar o processo de destilação.
• Destilação azeotrópica. É a destilação necessária para quebrar um azeótropo, ou seja, uma mistura cujas substâncias se comportam como uma só, mesmo compartilhando o ponto de ebulição, de modo que não podem ser separadas por destilação simples ou fracionada. Para separar uma mistura azeotrópica, é necessário modificar as condições de mistura, por exemplo, adicionando algum componente de separação.
• Destilação a vapor. Os componentes voláteis e não voláteis de uma mistura são separados por injeção direta de vapor d’água.
• Destilação a seco. Consiste em aquecer materiais sólidos sem a presença de solventes líquidos, obter gases e condensá-los em outro recipiente.
• Destilação aprimorada. Também chamada de destilação alternada ou reativa, é adequada aos casos específicos de misturas de difícil separação ou com o mesmo ponto de ebulição.

Exemplos de destilação

• Refinaria de oléo. A separação dos diversos hidrocarbonetos presentes no óleo é realizada por destilação fracionada, armazenando em várias camadas ou compartimentos separados de uma coluna de destilação cada composto derivado do cozimento do óleo cru. Esses gases sobem e se condensam nas camadas superiores da coluna, enquanto substâncias mais densas, como asfalto e parafina, permanecem nas camadas inferiores.
• Craqueamento catalítico. Este é o nome dado a certas destilações a vácuo comuns no processamento de óleo, usando torres de vácuo para separar os gases do cozimento do óleo. Isso acelera a ebulição dos hidrocarbonetos e acelera o processo . O cracking é um tipo de destilação destrutiva, em que hidrocarbonetos maiores são quebrados (em altas temperaturas e usando catalisadores) em hidrocarbonetos menores, que têm pontos de ebulição mais baixos.
• Purificação de etanol. Para separar álcoois como o etanol da água durante sua produção em laboratório, utiliza-se a destilação azeotrópica, adicionando-se à mistura benzeno ou outros componentes que promovem ou aceleram a separação, podendo então ser facilmente removidos sem alterar a composição química do produto . .
• Processamento de carvão. Para a obtenção de combustíveis orgânicos líquidos, utiliza-se carvão ou madeira por meio de destilação a seco, de modo que os gases emitidos durante a combustão podem ser condensados .
• Termólise de sais minerais. Por meio da destilação a seco, são obtidas diversas substâncias minerais de grande utilidade industrial, a partir da emanação e condensação de gases obtidos pela queima de sais minerais.
• O alambique. Esse é o nome do aparelho inventado na antiguidade árabe, que tem como objetivo a produção de perfumes, remédios e álcool a partir de frutas fermentadas. No seu funcionamento, são utilizados os princípios da destilação: as substâncias são aquecidas numa pequena caldeira e os gases produzidos são arrefecidos numa serpentina que conduz a outro contentor onde é recolhido o líquido produzido pela condensação dos referidos gases.
• Produção de perfume. A destilação a vapor é usada para obter perfumes, água fervente junto com flores em conserva, para produzir um gás com o odor desejado e que, quando condensado, pode ser usado como um líquido de base em perfumes.