Destilação a vácuo - Vacuum distillation
A destilação a vácuo é a destilação realizada sob pressão reduzida, que permite a purificação de compostos não facilmente destilados à pressão ambiente ou simplesmente para economizar tempo ou energia. Essa técnica separa os compostos com base nas diferenças em seus pontos de ebulição. Esta técnica é usada quando o ponto de ebulição do composto desejado é difícil de atingir ou fará com que o composto se decomponha. As pressões reduzidas diminuem o ponto de ebulição dos compostos. A redução no ponto de ebulição pode ser calculada usando um nomógrafo de temperatura-pressão usando a relação Clausius-Clapeyron .
Aplicações em escala de laboratório
Os compostos com um ponto de ebulição inferior a 150 ° C normalmente são destilados à pressão ambiente. Para amostras com altos pontos de ebulição, um aparelho de destilação de caminho curto é comumente empregado. Esta técnica é amplamente ilustrada em Organic Synthesis.
Evaporação rotativa
A evaporação rotativa é uma técnica comum usada em laboratórios para concentrar ou isolar um composto da solução. Muitos solventes são voláteis e podem ser facilmente evaporados usando evaporação rotativa. Mesmo os solventes menos voláteis podem ser removidos por evaporação rotativa sob alto vácuo e com aquecimento. Também é usado por agências reguladoras ambientais para determinar a quantidade de solventes em tintas, revestimentos e tintas.
Considerações de segurança
A segurança é uma consideração importante quando o vidro está sob pressão de vácuo. Arranhões e rachaduras podem resultar em implosões quando o vácuo é aplicado. Envolver a vidraria com fita adesiva o máximo possível ajuda a evitar a dispersão perigosa de cacos de vidro no caso de uma implosão.
Aplicações em escala industrial
A destilação a vácuo em escala industrial tem várias vantagens. As misturas de fervura podem exigir muitos estágios de equilíbrio para separar os componentes principais. Uma ferramenta para reduzir o número de estágios necessários é utilizar a destilação a vácuo. As colunas de destilação a vácuo (conforme representadas nas Figuras 2 e 3) normalmente usadas em refinarias de petróleo têm diâmetros que variam até cerca de 14 metros (46 pés), alturas que variam até cerca de 50 metros (164 pés) e taxas de alimentação que variam até cerca de 25.400 metros cúbicos por dia (160.000 barris por dia).
A destilação a vácuo pode melhorar a separação por:
- Prevenção da degradação do produto ou formação de polímero por causa da pressão reduzida, levando a temperaturas inferiores da torre mais baixas,
- Redução da degradação do produto ou formação de polímero devido ao tempo médio de residência reduzido, especialmente em colunas que usam embalagem em vez de bandejas .
- Aumentando a capacidade, rendimento e pureza.
Outra vantagem da destilação a vácuo é o custo de capital reduzido, às custas de um custo operacional um pouco maior. Utilizar a destilação a vácuo pode reduzir a altura e o diâmetro e, portanto, o custo de capital de uma coluna de destilação.
Destilação a vácuo no refino de petróleo
O petróleo bruto é uma mistura complexa de centenas de compostos de hidrocarbonetos diferentes , geralmente com 3 a 60 átomos de carbono por molécula , embora possa haver pequenas quantidades de hidrocarbonetos fora dessa faixa. O refino do petróleo bruto começa com a destilação do petróleo bruto que entra em uma chamada coluna de destilação atmosférica, operando a pressões ligeiramente acima da pressão atmosférica.
A destilação a vácuo também pode ser referida como "destilação de baixa temperatura".
Na destilação do petróleo bruto, é importante não sujeitar o petróleo bruto a temperaturas acima de 370 a 380 ° C porque os componentes de alto peso molecular no petróleo bruto sofrerão craqueamento térmico e formarão coque de petróleo em temperaturas acima disso. A formação de coque resultaria no entupimento dos tubos do forno que aquece a corrente de alimentação da coluna de destilação do petróleo bruto. O entupimento também ocorreria na tubulação do forno para a coluna de destilação, bem como na própria coluna.
A restrição imposta pela limitação do petróleo bruto de entrada da coluna a uma temperatura inferior a 370 a 380 ° C produz um óleo residual do fundo da coluna de destilação atmosférica que consiste inteiramente em hidrocarbonetos que fervem acima de 370 a 380 ° C.
Para destilar ainda mais o óleo residual da coluna de destilação atmosférica, a destilação deve ser realizada em pressões absolutas tão baixas quanto 10 a 40 mmHg / Torr (cerca de 5% da pressão atmosférica) de modo a limitar a temperatura de operação a menos de 370 a 380 ° C.
A Figura 2 é um diagrama de processo simplificado de uma coluna de destilação a vácuo de refinaria de petróleo que representa os internos da coluna e a Figura 3 é uma fotografia de uma grande coluna de destilação a vácuo em uma refinaria de petróleo.
A pressão absoluta de 10 a 40 mmHg em uma coluna de destilação a vácuo aumenta o volume de vapor formado por volume de líquido destilado. O resultado é que essas colunas têm diâmetros muito grandes.
As colunas de destilação, como as das Imagens 1 e 2, podem ter diâmetros de 15 metros ou mais, alturas que variam até cerca de 50 metros e taxas de alimentação que variam até cerca de 25.400 metros cúbicos por dia (160.000 barris por dia).
Os internos da coluna de destilação a vácuo devem fornecer um bom contato vapor-líquido enquanto, ao mesmo tempo, mantém um aumento de pressão muito baixo do topo da coluna para o fundo. Portanto, a coluna de vácuo usa bandejas de destilação apenas quando os produtos são retirados da lateral da coluna (conhecido como desenho lateral ). A maior parte da coluna usa material de embalagem para o contato vapor-líquido porque tal embalagem tem uma queda de pressão menor do que as bandejas de destilação. Este material de embalagem pode ser uma folha de metal estruturada ou uma embalagem descartada aleatoriamente, como anéis Raschig .
A pressão absoluta de 10 a 40 mmHg na coluna de vácuo é mais frequentemente alcançada usando vários estágios de ejetores de jato de vapor .
Muitas indústrias, exceto a indústria de refino de petróleo, usam a destilação a vácuo em uma escala muito menor. A Empirical Spirits, com sede em Copenhague, uma destilaria fundada por ex- chefs Noma , usa o processo para criar bebidas com sabor único. Seu espírito principal, Helena, é criado usando Koji, junto com Pilsner Malt e Belgian Saison Yeast.
Purificação de água em grande escala
A destilação a vácuo é frequentemente usada em grandes instalações industriais como uma forma eficiente de remover o sal da água do oceano, a fim de produzir água doce. Isso é conhecido como dessalinização . A água do oceano é colocada sob vácuo para abaixar seu ponto de ebulição e tem uma fonte de calor aplicada, permitindo que a água doce ferva e seja condensada. A condensação do vapor de água impede que o vapor de água encha a câmara de vácuo e permite que o efeito funcione continuamente sem perda de pressão de vácuo. O calor removido do vapor d'água é removido por um dissipador de calor e passado para a água do oceano para pré-aquecê-lo. Isso reduz a necessidade de energia e permite uma eficiência muito maior devido à necessidade reduzida de calor e uso de combustível. Algumas formas de destilação não usam condensadores, mas, em vez disso, comprimem o vapor mecanicamente com uma bomba. Este atua como uma bomba de calor , concentrando o calor do vapor e permitindo que o calor seja retornado e reutilizado pela fonte de água não tratada que chega. Existem várias formas de destilação a vácuo de água, sendo as mais comuns a destilação de efeito múltiplo , a dessalinização por compressão de vapor e a destilação instantânea em vários estágios .
Destilação molecular
A destilação molecular é a destilação a vácuo abaixo da pressão de 0,01 torr (1,3 Pa). 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 contínuo da dinâmica dos fluidos não se aplicam mais, o transporte de massa é governado pela dinâmica molecular em vez da dinâmica dos fluidos. Assim, um curto caminho entre a superfície quente e a superfície fria é necessário, 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.
Galeria
Um aparelho de destilação a vácuo de caminho curto simples
Kugelrohr - um aparelho de destilação a vácuo de caminho curto
Triângulo de Perkin - para destilação a vácuo sensível ao ar
Aparelho de destilação a vácuo
Veja também
Referências
- Este artigo incorpora material do artigo " Destilação a vácuo " da Citizendium , licenciado pela Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License, mas não pela GFDL .
links externos
- D1160 Destilação a Vácuo
- Como funciona a destilação a vácuo
- Nomógrafo pressão-temperatura
- Destilação de caminho curto , inclui uma tabela de métodos de comparação