Destilação simples e fracionada

Destilação simples e fracionada são duas técnicas específicas de destilação e, assim, são empregadas para separação dos componentes de uma mistura com base nas diferenças dos pontos de ebulição. A destilação simples permite uma separação em apenas duas frações, mas nem sempre com um alto teor de pureza. Já a destilação fracionada, que possui destilações simples sucessivas, consegue a separação de um maior número de frações e com maior pureza.

A destilação simples e a fracionada são técnicas versáteis e de grande aplicabilidade na indústria. A destilação fracionada, por exemplo, é empregada no refino do petróleo, para a obtenção das frações que serão posteriormente purificadas e exploradas comercialmente.

Leia também: Flotação — outro método de separação de misturas

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre destilação simples e fracionada
• 2 - O que é destilação simples e fracionada?
• 3 - Diferenças entre destilação simples e fracionada
  • → Videoaula sobre destilação simples
• 4 - Como funciona uma destilação fracionada?
  • → Videoaula sobre destilação fracionada
• 5 - Para que serve a destilação simples e fracionada?
• 6 - Destilação do petróleo
• 7 - Curiosidades sobre destilação simples e fracionada
• 8 - Exercícios resolvidos sobre destilação simples e fracionada

Destilação fracionada

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Destilação simples

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Resumo sobre destilação simples e fracionada

• Destilação simples e fracionada são técnicas de destilação, método de separação que se baseia na diferença dos pontos de ebulição dos constituintes da mistura. 
• A destilação simples permite apenas a separação da mistura em duas frações, com um teor de pureza não tão elevado.
• A destilação fracionada consegue um maior número de frações, além de maiores teores de pureza. 
• A destilação fracionada ocorre com o chamado efeito “cascata”, que é caracterizado por sucessivas destilações simples.
• A destilação fracionada é empregada na obtenção das frações do petróleo.

O que é destilação simples e fracionada?

Destilação simples e a destilação fracionada são duas técnicas específicas de destilação. A destilação é uma técnica de separação dos componentes de uma mistura empregada tanto em laboratórios quanto na indústria, e se baseia nas diferenças de pontos de ebulição dos componentes da mistura.

Segundo a termodinâmica, o vapor produzido a partir da ebulição de uma mistura líquida é mais rico no componente que apresenta menor ponto de ebulição, permitindo a separação da mistura em frações com composições diferentes da mistura da partida ou, até mesmo, uma separação completa dos componentes da mistura. Esse vapor produzido é condensado e coletado em um frasco receptor.

Diferenças entre destilação simples e fracionada

Como o próprio nome deixa a entender, a destilação simples apresenta uma maior simplicidade na sua construção, permitindo separar a mistura em apenas duas partes. Na destilação simples, a mistura é aquecida e, conforme o vapor é formado, ele vai se enriquecendo do componente de menor temperatura de ebulição (maior pressão de vapor).

Esse vapor, agora separado, retorna ao estado líquido no chamado condensador, para então ser canalizado num frasco receptor, recebendo o nome de destilado. Já ao que resta da mistura de partida, que está rico no componente de maior ponto de ebulição (menor pressão de vapor), dá-se o nome de resíduo.

Nesse caso, dificilmente é possível alcançar a separação completa dos componentes da mistura, obtendo-se apenas duas frações com todos os componentes inicialmente presentes, o destilado e o resíduo, porém em concentrações diferentes. Estima-se que a destilação simples não seja adequada para separar componentes cuja diferença de ebulição seja menor que 50 °C.

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Para conseguir uma melhor separação dos componentes da mistura, utiliza-se a destilação fracionada. Nesse método, a ideia é colocar diversas destilações simples em sequência, de modo a criar um efeito cascata, conhecido como retificação. No caso, a fração líquida do destilado, em vez de ser removida, retorna à destilação em sentido contrário ao vapor, assim permitindo uma interação que tem como consequência uma melhor separação dos componentes.

É por isso que na destilação fracionada se utilizam colunas (no caso de laboratórios) ou torres (no caso de indústrias), para que o vapor ascendente encontre a parte líquida do destilado descendente.

Veja também: Como é feita a destilação por arraste de vapor?

Como funciona uma destilação fracionada?

Na destilação fracionada, há a necessidade de se criar um efeito cascata (ou retificação). Para conseguir isso, é comum a utilização de uma torre ou uma coluna de destilação. Contudo, esse movimento é diferente em laboratórios (menor escala) e indústrias (maior escala).

No caso dos laboratórios, a coluna de destilação deve ser suficientemente grande para se criar um maior gradiente de temperatura. Para facilitar nossa discussão, vamos pensar numa mistura formada por dois componentes: A, de menor ponto de ebulição (mais volátil), e B, de maior ponto de ebulição.

Ao se iniciar a destilação, começa-se a ter um vapor formado majoritariamente pelo componente de menor ponto de ebulição (A), porém com uma parte de B também. Tal corrente de vapor alcança o topo da coluna, onde a temperatura é suficientemente baixa para que parte desse destilado se condense, de modo a se criar uma contracorrente líquida.

Esse líquido que retorna no sentido contrário apresenta maior concentração do componente de maior ponto de ebulição (B). Ao decair pela coluna, como numa cascata, tal líquido encontra a próxima corrente de vapor. Nesse momento, o contato entre ambas as correntes permite que o vapor se enriqueça do componente de maior ponto de ebulição (B) e o líquido descendente se enriqueça do componente de menor ponto de ebulição (A).

Quando essa corrente de vapor chegar ao topo da coluna, a menor temperatura lá também irá condensar essa parte de maior ponto de ebulição (B), criando uma nova cascata. Da mesma forma, o líquido descendente, ao chegar ao ponto baixo da coluna, de maior temperatura, torna-se vapor novamente, agora ascendendo pela coluna. Com isso, é possível perceber que esse efeito cascata é contínuo, cíclico.

Porém, como uma parte da corrente de vapor ascendente não se condensa no topo da coluna, que são os componentes de menor ponto de ebulição (A), a mistura residual vai se enriquecendo, cada vez mais, no componente de maior ponto de ebulição (B). Haverá um ponto em que o vapor ascendente não terá muita quantidade do componente de menor ponto de ebulição (A) e, assim, a quantidade que será destilada será cada vez menor, até que se encerra a operação.

Assim, pode-se dizer que é possível obter as seguintes possibilidades:

O princípio e o funcionamento da destilação fracionada na indústria é o mesmo, mas com algumas adaptações para uma maior escala. Em primeiro lugar, a coluna de destilação dá lugar a uma torre, que pode chegar a dezenas de metros de altura para a criação do gradiente de temperatura. A mistura a ser destilada é introduzida em uma altura intermediária, calculada de acordo com parâmetros específicos do projeto.

Dentro da torre de destilação existem diversos pratos, perfurados, também chamados de bandejas, os quais ficam em alturas diferentes. Assim sendo, cada bandeja fica em um nível de temperatura específico da torre de destilação, também previamente projetado. O líquido que desce pela torre não passa por esses furos nas bandejas, por conta da contracorrente ascendente de vapor, o que garante o contato entre essas fases. Na verdade, o líquido acaba descendo pela torre por meio de um canal lateral da bandeja, fazendo um caminho de ziguezague por dentro dela.

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Para que serve a destilação simples e fracionada?

Sendo uma técnica de separação, a destilação é muito empregada para misturas líquidas homogêneas, sendo a mais recomendada, por conta de sua versatilidade, robustez e grande compreensão técnica.

Especificamente falando das destilações simples e fracionada, a destilação fracionada apresenta uma melhor separação dos componentes da mistura, sendo mais indicada para casos em que há maior proximidade dos pontos de ebulição dos componentes, além de permitir a separação em mais frações, cada uma com composição diferente, algo que não é possível na destilação simples.

Destilação do petróleo

A destilação (mais especificamente a fracionada) é o método mais empregado para o fracionamento dos compostos do petróleo, sendo aplicada há séculos. No começo, o principal objetivo da destilação do petróleo era obter querosene, usado como óleo na iluminação pública.

A destilação acaba sendo uma etapa obrigatória no manejo do petróleo, sendo parte essencial da refinaria. Mesmo com os avanços nas técnicas de refinamento, a destilação persiste como um tratamento primário, sendo altamente versátil, podendo tratar diversos tipos de óleo cru.

As torres de destilação podem variar de altura e diâmetro a depender da finalidade. Uma torre para óleo cru pode ter 25 metros de altura, com 4 metros de diâmetro. Já torres desenvolvidas para destilação de gases liquefeitos possuem pouquíssimos metros de diâmetro, mas uma altura que pode chegar a 60 metros.

O petróleo é uma mistura de milhares de compostos químicos, não havendo muito interesse comercial em isolar cada componente dele, na verdade, busca-se a obtenção de frações com faixas de temperaturas de ebulição amplas. A característica das frações a serem obtidas depende da composição inicial do óleo cru. Deve-se entender que dificilmente essas frações obtidas por destilação terão aplicabilidade como um produto final, sendo necessários mais processos de purificação e refinamento.

Na destilação do petróleo, a torre de destilação conta com diversas bandejas (em geral, de 16 a 28), sendo que partes são coletadas em diversos níveis de altura distintos da torre, lateralmente. Assim, o petróleo é total ou parcialmente vaporizado antes de ser inserido na torre de destilação, separando as frações em termos de diferenças de pontos de ebulição. A temperatura para vaporização não pode ser maior que 350 °C, a fim de se evitar decomposição térmica dos componentes.

No topo da torre de destilação são separadas as frações com componentes de menor ponto de ebulição, enquanto na base dela são obtidas as frações com componentes de maior ponto de ebulição, ou seja, as bandejas se tornam progressivamente mais frias do topo à base da torre de destilação.

Em geral, as frações obtidas são:

• Gasosa: cujo hidrocarboneto de maior massa é o butano, ou seja, cadeias que variam de um a quatro carbonos;
• Nafta: que apresenta os componentes químicos precursores da gasolina;
• Querosene: fabricação de combustíveis para lâmpadas, sistemas de aquecimento ou combustível de aviação;
• Óleo combustível: fabricação de diesel, lubrificantes, combustível náutico e também para usinas de energia;
• Resíduo: produção de betume e asfalto.

Curiosidades sobre destilação simples e fracionada

• A destilação pode trabalhar com diversas vazões de alimentação. Técnicas semelhantes não permitem tamanha versatilidade, podendo trabalhar apenas com vazões baixas de alimentação.
• A destilação permite a separação dos componentes em uma grande variedade de concentrações. Alternativas à destilação, em geral, apenas permitem a separação de componentes que já estão praticamente puros.
• A destilação tem a capacidade de produzir produtos com alto grau de pureza.
• A destilação possui a desvantagem do alto custo energético.

Saiba mais: Quais são os derivados do petróleo?

Exercícios resolvidos sobre destilação simples e fracionada

Questão 1

(Fuvest 2021) A destilação é um processo utilizado para separar compostos presentes em uma mistura com base nas suas propriedades físicas como, por exemplo, a diferença de temperatura de ebulição, a uma dada pressão, entre os componentes da mistura.

Recentemente esse termo passou a figurar em estudos de poluição ambiental, nos quais o termo “destilação global” é utilizado para explicar a presença de compostos voláteis, como os pesticidas organoclorados, em águas e gelos de regiões polares, ainda que estes compostos nunca tenham sido produzidos ou utilizados nessas regiões.

Com base no princípio da técnica da destilação, como pode ser explicada a presença desses pesticidas na Antártica e no Ártico?

a) Eles são destilados nas águas aquecidas dos oceanos e levados pelas correntes marinhas para as regiões polares, onde se precipitam devido às águas frias dessas regiões.

b) Eles evaporam nas regiões mais quentes e são levados pelas correntes atmosféricas para regiões mais frias como os polos, onde se condensam e voltam para a superfície.

c) Após destilados, eles se tornam resistentes à degradação, de forma que alcançam todo o planeta, pela ação de correntes marinhas, inclusive as regiões polares.

d) Os pesticidas organoclorados destilados, por conta da eletronegatividade dos átomos de cloro, têm afinidade com o gelo, o que faz com que eles se acumulem na Antártica ou no Ártico.

e) Por serem hidrofílicos, eles são condensados juntamente com a água nas regiões quentes do planeta e se precipitam nos polos juntamente com o gelo.

Resposta: Letra B. Pensando-se na técnica de destilação, em que os componentes mais voláteis são vaporizados e posteriormente condensados, é possível entender a presença dos pesticidas organoclorados, utilizados em regiões de agricultura e maior temperatura que regiões polares, da seguinte forma:

- os pesticidas organoclorados, os quais são voláteis, são facilmente vaporizados na região de aplicação;

- ao ascenderem pelas camadas da atmosfera, são transportados por camadas de ar, que os levam até regiões mais frias, como os polos;

- lá, dada a baixa temperatura, condensam-se e precipitam, explicando a sua presença nessas regiões.

Questão 2

(UFJF 2020) A técnica de destilação para a produção de bebidas alcoólicas a partir da fermentação de soluções de açúcares é descrita desde o século IX na região onde atualmente encontra-se o país Iraque.

Podemos afirmar que a técnica se baseia nas diferenças de:

a) Solubilidade entre dois ou mais compostos.

b) Configuração eletrônica entre dois ou mais compostos.

c) Densidade entre dois ou mais compostos.

d) Temperatura de ebulição entre dois ou mais compostos.

e) Temperatura de fusão entre dois ou mais compostos.

Resposta: Letra D. A técnica de destilação é baseada na diferença dos pontos de ebulição dos componentes de uma mistura. Para tal, o componente mais volátil é vaporizado e, conforme se processa o procedimento, é condensado em uma região de menor temperatura.

Fontes

PETLYUK, F. B. Distillation Theory and Its Application to Optimal Design of Separation Units. 1a ed. Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press, 2004.

VOGELPOHL, A. Distillation – The Theory. 4a ed. Berlim, Alemanha: de Gruyter, 2015.

SMITH, R.; JOBSON, M. Distillation. In: Encyclopedia of Separation Science. 1a ed. p. 1117-1134. Estados Unidos: Academic Press, 2000.

SPEIGHT, J. G. The Chemistry and Technology of Petroleum. 5ª ed. Flórida, EUA: CRC Press, 2014.