A diferença entre colunas de destilação, decapagem e extração
No processo de produção de produtos químicos, é frequentemente necessário separar matérias-primas, produtos intermédios ou produtos em bruto para obter produtos químicos ou produtos intermédios que satisfaçam os requisitos do processo. Os processos de separação comuns na indústria química incluem destilação, absorção, extração, secagem e cristalização.
1. Destilação
O que é o processo de destilação?
A destilação é uma operação típica de separação de misturas líquidas e é a mais utilizada.
O método de destilação para separar os componentes líquidos é o aquecimento. Cada componente líquido tem o seu ponto de ebulição e o seu nível de volatilidade. O aquecimento eleva gradualmente estas substâncias ao seu ponto de ebulição e converte-as em vapor, removendo-as assim da mistura líquida original. Como a mistura líquida entra em ebulição gradualmente, os componentes com o ponto de ebulição mais baixo são os primeiros e mais fáceis de remover.
Por exemplo, a água ferve a 212 graus Fahrenheit, enquanto o etanol ferve a 173 graus Fahrenheit. Ao aquecer uma mistura de água e etanol a 195 graus Fahrenheit, é possível converter o etanol do estado líquido em vapor e removê-lo efetivamente da mistura.
O processo de destilação tem lugar numa coluna - um dispositivo concebido para conter a alimentação, aquecê-la, condensar os voláteis e recolher os componentes separados. Na sua forma mais simples, um aparelho de destilação tem três componentes básicos:
Coluna: A coluna é o recipiente que contém a alimentação, e a alimentação é introduzida no meio do recipiente. O recipiente está ligado a uma fonte de saída que permite a passagem dos componentes vaporizados (também conhecidos como destilados). A coluna também contém vários outros componentes, como tabuleiros ou embalagens, que ajudam a separar ainda mais os componentes da alimentação para melhorar a pureza.
Condensador: A unidade de condensação está localizada acima da coluna. Arrefece o vapor e devolve-o ao fluxo de líquido, que é recolhido num recipiente separado chamado tanque de retorno. O fluxo de líquido (chamado refluxo) resultante dos componentes vaporizados e condensados é reciclado de volta para a coluna.
Reboiler: Uma fonte de calor denominada "reboiler" aquece a mistura no interior da coluna até à temperatura correcta.
O tamanho e o diâmetro da coluna de destilação, bem como os níveis de pressão no interior da coluna e a temperatura a que a mistura é aquecida e arrefecida, variam consoante a própria alimentação e a química do produto desejado. Todas estas variáveis determinam a forma de construir a coluna de destilação para o tipo de alimento que está a ser processado. Consequentemente, as colunas de destilação podem tornar-se significativamente mais complexas do que as colunas simples descritas acima.
Qual é a principal função de uma coluna de destilação?
A torre de destilação é feita de metais raros, como o titânio, materiais de liga de titânio e outros materiais. Tem as características de alta resistência, alta tenacidade, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, gravidade específica da luz, etc. As torres de destilação são amplamente utilizadas nos sectores químico, petroquímico, metalúrgico, indústria ligeira, têxtil, alcalino, farmacêutico, pesticidas, galvanoplastia, eletrónica e outros. Por exemplo, a gasolina, o querosene, o gasóleo e o óleo pesado podem ser obtidos por destilação do petróleo bruto; o benzeno, o tolueno e o xileno podem ser obtidos por destilação de misturas aromáticas; o oxigénio líquido puro e o azoto líquido podem ser obtidos por destilação do ar líquido.
2. Decapagem
O que é o processo de decapagem?
O stripping é um processo físico que utiliza um meio de ar para destruir o equilíbrio bifásico ar-líquido original e estabelecer um novo estado de equilíbrio ar-líquido. Em seguida, um determinado componente da solução é dessorvido devido à redução da pressão parcial, conseguindo-se assim a separação das substâncias. Por exemplo, A é um líquido, B é um gás, B é dissolvido em A para atingir o equilíbrio gás-líquido, e a fase gasosa é dominada pela fase gasosa B. Quando se adiciona o meio de remoção da fase gasosa C, as fracções de A e B na fase gasosa são reduzidas, o que destrói o equilíbrio gás-líquido, e as substâncias A e B difundem-se na fase gasosa. No entanto, uma vez que a fase gasosa é dominada por B, tende a estabelecer-se uma nova relação de equilíbrio, pelo que uma grande quantidade de meio B se difunde na fase gasosa, atingindo assim o objetivo da separação da fase gás-líquido. O grau de separação pode ser controlado através do controlo da quantidade de meio de separação.
Qual é a diferença entre decapagem e destilação?
A principal diferença entre a decapagem e a destilação é o método utilizado para separar os componentes da alimentação. A destilação utiliza o calor para ferver os voláteis e transformá-los em vapor, condensando-os e removendo-os em seguida, enquanto a decapagem utiliza o princípio da absorção.
A absorção é um processo químico em que as moléculas da fase a granel (líquida ou sólida) são absorvidas por uma substância gasosa. Quando a absorção é aplicada ao stripping, os engenheiros utilizam o vapor como o gás que absorve as moléculas do líquido. No decapante, as moléculas de líquido separadas da alimentação são absorvidas pelo vapor de água.
Todas as colunas de remoção de contaminantes funcionam segundo o mesmo princípio: a conceção da coluna separa gradualmente os componentes da alimentação a serem recolhidos e removidos. Embora os métodos de destilação e de stripper sejam semelhantes, diferem em vários aspectos fundamentais.
A destilação introduz a alimentação no meio da coluna, enquanto o método de stripping introduz a alimentação no topo do stripper. Apenas o vapor de água gasosa em ebulição é introduzido a partir do fundo do decapante. Este método é designado por conceção em contracorrente, uma vez que o vapor e a alimentação são introduzidos a partir de extremidades opostas da coluna.
À medida que a alimentação desce a partir do topo da coluna, lava as embalagens porosas ou tabuleiros que são concebidos para aumentar a área de contacto entre o vapor e a alimentação. Quando o vapor é introduzido na alimentação, os voláteis com os pontos de ebulição mais baixos são absorvidos pelo vapor em primeiro lugar após o contacto com o vapor. Os voláteis com pontos de ebulição mais elevados não passam por este processo, mas se forem menos solúveis em água, serão absorvidos pelo vapor e removidos com ele.
Os vapores que contêm compostos absorvidos são retirados para cima, onde são geralmente recolhidos, condensados e purificados. No entanto, é por vezes libertado diretamente para a atmosfera se for seguro.
3. Extração
O que é uma coluna de extração?
Uma coluna de extração é um equipamento de transferência de massa líquido-líquido habitualmente utilizado na indústria química, na refinação de petróleo, na proteção do ambiente e noutros sectores industriais. A extração líquido-líquido é um método de transferência de massa, que extrai um ou vários componentes compostos numa solução de mistura com outro líquido (chamado solvente, que é imiscível com o solvente da solução de mistura). Este processo é designado por processo líquido-líquido, de modo a poder ser separado, enriquecido e purificado. Este processo é designado por extração líquido-líquido ou extração por solvente. O equipamento utilizado é designado por extrator. Existem processos de extração única e múltipla, de lacunas e de extração contínua. O extrator utilizado para as extracções múltiplas contínuas é um equipamento do tipo torre, denominado torre de extração. A sua estrutura interna consiste em utilizar a gravidade ou a ação mecânica para dividir um líquido em gotículas, que são dispersas noutro líquido contínuo para extração líquido-líquido.
A extração é aplicada à separação de misturas azeotrópicas, produtos sensíveis ao calor ou misturas com pontos de ebulição muito elevados ou muito baixos, em que a substância-alvo contida na substância transportadora é baixa e a destilação é muito complexa.
Como funciona uma coluna de extração líquido-líquido?
Os métodos de extração utilizam colunas, tal como acontece com outras formas de separação, também conhecidas como extração sem agitação. No entanto, existem outras formas de extração, incluindo a extração com misturador-settler e a extração centrífuga, que são consideradas métodos de extração com agitação.
Existem vários modelos diferentes de extração em coluna, mas todos funcionam com base no mesmo princípio. Numa coluna de extração, a coluna contém a alimentação, o solvente é adicionado e os componentes são separados à medida que as moléculas solúveis entram no solvente. Uma vez que a alimentação restante é um líquido mais pesado, fluirá para o fundo da coluna. O solvente é o líquido mais leve que flutua no topo da coluna com os solúveis recolhidos.
A coluna permite a separação da camada solúvel que contém o solvente da camada de alimentação, em que a camada superior de solvente pode ser extraída do líquido residual desejado. A coluna de extração não tem partes móveis internas, mas contém mecanismos internos para dividir a alimentação em fases de dispersão.
