1. PAI
ARTIGO
Análise da eficiência de uma coluna de destilação vigreux
Alisson Dias Ruy da Silva (UNIFACS, axel_k9@hotmail.com), Giselle Baqueiro Ferraz Mendes (UNIFACS,
giselleferraz@hotmail.com), Luan Michel Menezes Carvalho (UNIFACS, luan.carvalho@ultra.com.br), Milla
Bastos Rocha (UNIFACS, millabastosrocha@hotmail.com), Tássya Macedo Queiróz (UNIFACS,
queiroz.tassya@gmail.com), Vilma Matos Conceição (UNIFACS, vylma_ba@hotmail.com)
Abstract
Fractional distillation column are industrial equipments utilized mainly in oil refining. These columns can be
plate, packed and vigreux columns and are used in the separation of mixtures whose boiling points of their components
are close, without occurring by simple distillation. The thinner is a solvent highly toxic, compound principally by toluene
and ethanol. After the solvent’s use, it is induced to the irregular discard, and therefore, the material was chosen to be
distillated in a vigreux column. The results were compared with simple distillation results, which was checked the
projected vigreux column efficiency.
Key words: distillation, column, distillated, efficiency, boiling, fractionated.
Resumo
Colunas de destilação fracionada são equipamentos industriais, empregados principalmente no refino do
petróleo. Essas colunas podem ser de pratos, recheio ou vigreux e são empregadas na separação de misturas cujos pontos
de ebulição dos seus componentes são próximos, não podendo ocorrer por destilação simples. O thinner é um solvente
altamente tóxico, composto principalmente por tolueno e etanol. Após o seu uso é feito o descarte irregular, e por isso, a
substância foi escolhida para ser destilada em uma coluna de vidro de vigreux. Os resultados foram comparados com
resultados de uma destilação simples, onde foi constatada a eficiência da coluna de vigreux projetada.
Palavras Chave: destilação, coluna, destilado, eficiência, ebulição, fracionada.
Introdução possível realizar a separação de diferentes componentes
que apresentam diferentes pontos de ebulição. Sua
Dentre os processos mais recorrentes da dinâmica é similar a destilação simples, com o diferencial
Engenharia Química destaca-se o método da Destilação. na separação dos componentes da mistura, já que, neste
Um processo no qual uma mistura de duas ou mais método, utiliza-se obstáculos que impedem que a mistura
substâncias, no estado líquido ou vapor, é separada em seus evapore na sua totalidade, indo para o leito de topo,
componentes, com uma determinada pureza, através de um somente o componente mais volátil. Esses obstáculos são
processo térmico (aplicação ou remoção de calor); comumente chamados na indústria química de “recheio”.
justificando dessa forma o destaque no âmbito da Os recheios instalados na coluna forçam o contato entre o
preservação ambiental. Essa operação unitária é integrada vapor quente ascendente e o líquido condensado
no conjunto das operações baseadas na transferência de descendente, gerando sucessivas destilações simples.
massa, sendo seu mecanismo básico o equilíbrio Líquido/ O protótipo de destilação fracionada utilizada foi
Vapor. Esse mecanismo compreende a dinâmica de uma Coluna de Vigreux, ela provê uma superfície externa
gotejamento do produto originado, que se revela o mais para troca de calor de modo que o vapor que sai do líquido
volátil, em qualquer processo de destilação, no qual o em ebulição no frasco destilador condensa e evapora
líquido original tenha sido vaporizado e, então, re- diversas vezes ao longo do caminho entre o líquido em
condensado. ebulição e o topo da coluna. Isso se torna possível a partir
Os princípios básicos da destilação devem pautar- do contato entre os vapores e o “recheio de vidro”.
se em alguns conceitos fundamentais da Química, além da A carga de entrada da nossa coluna de destilação
discussão sobre determinadas características da mistura, foi o produto comercialmente conhecido como Tíner (do
como: Volatilidade, Pressão de Vapor, Pressão de Vapor inglês thinner, "que dilui") é um solvente para tintas e
para uma mistura Líquida (Lei de Raoult), Ponto de Bolha, vernizes, muito utilizado em oficinas de funilaria e pintura
Razão de Equilíbrio “K”. de automóveis. É um material volátil e altamente
O estudo da Destilação requer o conhecimento do inflamável, contém substâncias altamente tóxicas
equilíbrio dinâmico líquido-vapor. O vapor, componente (hidrocarboneto, acetona ou glico-estéreis). O objetivo foi
mais volátil da mistura em equilíbrio com um líquido, destilar o etanol do composto, separando-o do Tolueno,
sempre será mais rico no componente mais volátil do que o ambos prejudiciais ao meio ambiente, caso descartados
líquido. após algum processo industrial, podendo ser reaproveitados
A Destilação Fracionada é outro segmento nesse em outras vertentes da química.
processo químico. É o processo de separação na qual é

2. No referido Projeto Acadêmico Interdisciplinar, a
equipe, suportada pelos estudos e leis que regem os
processos unitários, construiu e executou uma coluna de
destilação fracionada de vigreux, separando os
componentes tolueno e etanol, levando em considerção
todos os aspectos apresentados.
Experimental
A análise da eficiência de uma coluna de
destilação vigreaux foi feita comparando os resultados da
mesma com os de uma coluna de destilação simples. Os
solventes são substâncias altamente voláteis e possuem
ampla utilidade no mercado, tais como esmaltes, tintas,
gasolina, thinner, vernizes, dentre muitos outros. O thinner
foi o solvente utilizado no processo de destilação. Cada uma das amostras foi analisada no cromatógrafo,
O processo de destilação simples ocorreu da obtendo os seguintes valores de composição analisados na
seguinte forma: um balão de vidro de fundo redondo, tabela 1 abaixo:
contendo 100mL de thinner, foi preso em um suporte
universal e tampado com uma rolha presa em um Tabela 1: Valores das frações molares de etanol e tolueno
termômetro. A outra saída do balão foi acoplada a um em função das temperaturas de coleta, durante a destilação
condensador, o qual ficou preso em outro suporte fracionada.
universal, com sua extremidade inferior voltada para um
béquer de coleta. Para o aquecimento da mistura, foi usado
um aquecedor com controle de temperatura, com um Temperatura Etanol Tolueno
cadinho com óleo sobre ele. O balão foi posto sobre o óleo (ºC) (Xe) (Xt)
e o aquecimento foi feito até que a temperatura se 75 0,7615 0,2528
estabilizasse em 80ºC. As primeiras gotas a essa
temperatura serviram para ambientar o condensador. A 76 0,7680 0,2502
coleta das amostras foi feita com variações de temperaturas 77 0,7691 0,2489
e tempos, e, por conseguinte analisadas em um
78 0,7738 0,2461
cromatógrafo.
Para a destilação fracionada foi projetada uma 79 0,7768 0,2425
coluna de vidro tipo vigreaux, de 300mm de altura e 40mm
80 0,7779 0,2411
de diâmetro. Na sua base foi acoplado um balão de vidro de
fundo redondo e no seu topo uma junta macho com um 81 0,7761 0,2488
equipo de duas saídas, sendo uma para refluxo (garantindo 82 0,7698 0,2512
maior contato líquido-vapor) e outra para coleta.
Figura 1: Foto tirada durante a realização do experimento: Tabela 2: Valores das frações molares de etanol e tolueno
sistema de destilação fracionada com refluxo. em função das temperaturas de coleta, durante a destilação
simples.
Temperatura Etanol Tolueno
(ºC) (Xe) (Yt)
75 0,5738 0,3527
76 0,5758 0,3500
77 0,5771 0,3483
78 0,5803 0,3452
79 0,5872 0,3401
80 0,5892 0,3371
81 0,5804 0,3405
Figura 2: foto tirada no Laboratório de Combustíveis da 82 0,5775 0,3452
UNIFACS: Cromatógrafo.
A análise em cromatografia mostra um gráfico,
que depois é quantificado em um programa de análise
detalhada de hidrocarbonetos (DHA). Esse programa
identifica a área dos picos de cada componente, bem como
seus volumes e números de mol em porcentagem.

3. tolueno) começa a ser separado em várias etapas à medida
Resultados e Discussão que se aumenta a temperatura, isto é, que desce na coluna.
Com bases teóricas, a maior eficiência é dada pela Projetando uma reta horizontal do ponto D à curva do
utilização da coluna de vidro tipo vigreux, devido ao fato ponto de orvalho e a de bolha, tem-se os pontos E e F,
de esta favorecer maior contato líquido-vapor, bem como o respectivamente. No ponto F é o ponto que representa a
refluxo, que é a porção do líquido condensado que retorna fração de etanol líquido em menores concentrações (entre
a parte superior da torre a fim de obter uma coleta mais 0,3 e 0,4) em relação ao ponto C. À medida que os pontos
pura de etanol no topo. Sabendo disso, a análise da de equilíbrio a temperaturas maiores são obtidos (G e H), a
eficiência da coluna de destilação vigreux foi feita concentração de tolueno líquido vai aumentando
comparando os resultados da mesma com os de uma coluna gradativamente no fundo da coluna, enquanto que grandes
de destilação simples. Analisando o experimento da traços de etanol passam para o seu estado de vapor de
destilação fracionada, foi necessário avaliar como se modo a aumentar sua concentração à medida que se
comporta a separação de ambos os componentes de acordo aproxima do topo da coluna (vapor leve).
com o diagrama de fases teórico da mistura tolueno-etanol Na realização das destilações simples e fracionada
(solução ideal, isto é, aquela em que os líquidos misturados foram coletadas 8 amostras em temperaturas distintas, as
são miscíveis em todas as proporções e não interagem entre quais foram analisadas por cromatografia e DHA. Em
si), e sabendo que a mistura não forma azeótropo, o ambas as destilações, antes de atingir a temperatura de
diagrama pertinente se segue: ebulição do etanol de 78,4ºC, algumas amostras foram
coletadas, pois já havia formação de destilado. O DHA deu
como resultado os valores em mol (%), volume (%) e área
do pico. Sabendo que fração molar (Xe e Xt) é igual ao
número de mols da substância pelo número de mols total
(100%), foram encontradas as frações molares de etanol e
tolueno presentes nas tabelas 1 e 2. O thinner antes de ser
destilado também foi analisado no cromatógrafo e no
DHA, mostrando que sua composição era de
aproximadamente 67% de etanol e 28% de tolueno, sendo
os 5% restantes de outros compostos, conforme mostra a
figura 1 abaixo:
Os valores da tabela 1 (destilação fracionada)
mostram um aumento na fração molar do etanol em
relação aos valores da tabela 2 (destilação simples),
comprovando uma maior eficiência da coluna de destilação
fracionada de vigreux. Em ambas as destilações foi
observado que a quantidade de etanol aumenta no
destilado, à medida que a temperatura se aproxima do seu
ponto de ebulição. A aproximadamente 81ºC já é
comprovado o decréscimo desse percentual de etanol no
destilado, pois a temperatura de ebulição do etanol é
ultrapassada e arrasta com ele outras substâncias,
diminuindo sua purificação.
Figura 3: Tabela de componentes identificados em ordem
cromatográfica, feita no DHA.
De acordo com a análise do thinner no
cromatógrafo, constatou a fração molar do tolueno na
mistura etanol e tolueno, a qual foi de 0,673. De acordo
com a figura 3, partindo da fração molar do etanol a 25 ºC
pode-se identificar a temperatura a ser adicionada à
mistura, que representa a temperatura do primeiro traço de
vapor de etanol, ponto B, que ligando uma reta horizontal
desse ponto até curva do ponto de orvalho, ponto C, pode-
se determinar a fração molar teórica do etanol gasoso
projetando uma reta vertical do ponto C até o eixo da
fração molar (entre 0,9 e 1). Teoricamente, a temperatura
no ponto A é a mínima temperatura para que a separação
comece a se processar, a qual está entre 80 e 90 ºC (acima
do ponto de ebulição do etanol). Assim, um pouco acima
dessa temperatura, a mistura passa a estar na região de
equilíbrio, ponto D, e a partir daí é que o vapor (etanol +

4. Conclusão
Visto que os pontos de ebulição do etanol e do
tolueno possuem diferença de aproximadamente de 30 ºC,
a destilação simples também foi adequada para separá-los
de modo a obter uma eficiência considerável. O objetivo de
comparar a eficiência da destilação fracionada com a
simples é justamente analisar a necessidade da utilização
da fracionada. Caso, a eficiência da destilação simples
fosse aproximadamente igual à da fracionada, não haveria
necessidade de realizar esta, visto que ela requer maior
energia e variáveis, as quais aumentam a complexidade do
controle, além de maior tempo de processo.
Agradecimentos
A equipe deixa expressa, neste presente projeto, os
sinceros agradecimentos às pessoas sem as quais não seria
possível a realização deste projeto:
I. À instituição UNIFACS pelo apoio técnico e
administrativo;
II. Aos técnicos de laboratório pelo auxílio e
disponibilidade;
III. Aos professores das áreas afins ao projeto pelas
valiosas discussões e sugestões proporcionadas;
IV. Aos coordenadores pelo incentivo a novos
conhecimentos e pela autonomia a nós dada;
V. Aos colegas pelo apoio, críticas, sugestões,
estímulo e amizade.
VI. Aos familiares pela paciência, compreensão e
motivação.
Referência Bibliográfica
1
PRINCÍPIOS DAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS / Foust,
Alan S. - Wenzel, Leonard A. - Clump, Curtis W. Maus,
Louis - Andersen, L. Bryce.
2
PERRY S CHEMICAL ENGINEERS HANDBOOK
SEVENTH EDITION McGraw-Hill New York San
Francisco Washington, D.C.
3
Trabalho de Graduação de Engenharia Química - UFRS -
Eficiência de Torres de Destilação. Disponível em:
<http://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/36904> Data de
acesso: 26/03/2012
4
PETROBRÁS. Operações unitárias: Torres de
Destilação. Rio de Janeiro, 2009.
5
Operações unitárias em engenharia química - McCabe-
Smith-Harriot.
6
FUNDAMENTOS de Físico-Química 5. ed. Rio de
Janeiro: Ltc Editora 2000, 1993.