Uma coluna de destilação é um equipamento utilizado em processos industriais para separar misturas líquidas em seus componentes, com base nas diferenças entre seus pontos de ebulição. O equipamento opera promovendo o contato em contracorrente entre uma fase vapor ascendente e uma fase líquida descendente, de modo a estabelecer sucessivos equilíbrios de fase ao longo de sua altura.
Colunas de destilação são amplamente empregadas em refinarias de petróleo, na indústria petroquímica, na produção de bebidas destiladas, na separação de gases industriais e em diversos processos da indústria química.
História
Aparelhos rudimentares de destilação são conhecidos desde a Antiguidade. Estudos arqueológicos identificaram dispositivos cerâmicos atribuídos a destilação na Mesopotâmia, com datações que variam conforme a interpretação dos achados.
Entre os séculos e , alquimistas do mundo islâmico aperfeiçoaram a técnica. Jabir ibn Hayyan e Al-Razi descreveram o uso do alambique (do al-anbiq), considerado o precursor das colunas modernas.
A destilação contínua, base do funcionamento das colunas industriais atuais, desenvolveu-se no início do . O engenheiro francês Jean-Baptiste Cellier-Blumenthal obteve patente para uma coluna de destilação contínua em 1813. Em 1830, o irlandês Aeneas Coffey patenteou uma versão aperfeiçoada, conhecida como coluna Coffey ou coluna de pratos, adotada na produção industrial de uísque.
A partir do final do , com a expansão da indústria do petróleo, colunas de destilação passaram a ser empregadas no fracionamento do petróleo bruto em derivados como gasolina, querosene e óleo diesel.
Princípio de funcionamento
O funcionamento da coluna baseia-se no equilíbrio líquido-vapor: em uma mistura, os componentes mais voláteis tendem a se concentrar na fase vapor, enquanto os menos voláteis permanecem na fase líquida.
A alimentação é introduzida em uma posição intermediária da coluna. Na base, um refervedor fornece calor e vaporiza parte do líquido. O vapor ascende pela coluna em contato com o líquido descendente, ocorrendo transferência simultânea de massa e calor. No topo, os vapores são resfriados em um condensador; parte do condensado retorna à coluna como refluxo, enquanto o restante é retirado como produto de topo, denominado destilado. O produto de fundo é retirado pela base do equipamento.
Tipos e componentes internos
Os dispositivos internos das colunas dividem-se em duas categorias principais.
Colunas de pratos
Possuem bandejas horizontais dispostas ao longo da coluna, nas quais o vapor borbulha através do líquido acumulado. Os principais tipos incluem pratos perfurados, pratos valvulados e pratos com borbulhadores.
Colunas de recheio
Contêm materiais sólidos que aumentam a área de contato entre as fases. Os recheios podem ser aleatórios — como anéis de Raschig, anéis de Pall e selas de Berl — ou estruturados, geralmente em chapas metálicas onduladas.
A eficiência de separação é medida pelo número de pratos teóricos ou, em colunas recheadas, pela altura equivalente a um prato teórico (HETP, do ).
Aplicações
Colunas de destilação são empregadas no fracionamento do petróleo, na purificação de solventes, na separação de misturas azeotrópicas com auxílio de agentes de arraste, na produção de etanol combustível e bebidas destiladas, na obtenção de oxigênio e nitrogênio por destilação criogênica do ar e em processos da química fina.
Limitações
A destilação apresenta consumo energético elevado, sendo responsável por parcela significativa da demanda de energia da indústria química. Em razão disso, foram desenvolvidas variantes como a destilação extrativa, destilação azeotrópica, destilação reativa e colunas com paredes divisórias (), além de processos híbridos que combinam destilação com membranas ou adsorção.
Ver também
Destilação Alambique Equilíbrio líquido-vapor Refinaria de petróleo Operação unitária
Referências
Bibliografia
Ligações externas
Categoria:Engenharia química Categoria:Operações unitárias Categoria:Equipamentos de processo Categoria:Destilação