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Diferentemente da destilação simples, o processo de destilação fracionada é utilizado para separar misturas homogêneas cujos componentes estão no estado líquido ou gasoso.
Este método também é baseado nas diferenças de temperaturas de ebulição de cada um dos componentes.
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Os materiais necessários para montar o sistema de destilação fracionada de uma mistura homogênea formada por componentes no estado líquido são praticamente os mesmos que os usados na destilação simples:
A Figura 1 mostra um esquema do processo de destilação fracionada.
Figura 1, esquema do processo de destilação fracionada.
O princípio de funcionamento da destilação fracionada é muito similar ao da destilação simples. O primeiro passo é colocar a mistura homogênea dentro do balão de vidro.
Este balão contém apenas uma abertura, que será conectada à coluna de fracionamento, contendo um termômetro no topo para acompanhar e controlar o aumento da temperatura do sistema.
O balão de destilação contendo a mistura é colocado sobre uma chapa de aquecimento ou sobre o bico de Bunsen, que fornecerá o calor necessário para o processo de evaporação.
Para facilitar a compreensão, vamos supor que a mistura seja composta pelos líquidos A e B, sendo que o ponto de ebulição de A é maior que o ponto de ebulição do B, ou seja, o líquido B evapora em uma temperatura menor que o A.
O suporte universal com as garras é utilizado para sustentar a coluna de fracionamento e o balão e mantendo-os sobre a chapa de aquecimento.
Uma das extremidades do condensador é, então, ligada à coluna de fracionamento. Nesse processo, duas mangueiras são usadas: uma para ligar o condensador à torneira e permitir a entrada da água de resfriamento pelo tubo externo do condensador, e a outra saindo do condensador para permitir a saída da água de resfriamento.
Por fim, é necessário colocar um recipiente sob a outra extremidade do condensador, podendo ser béquer ou ainda um erlenmeyer, onde o líquido formado no condensador possa ser depositado.
Depois de montar o sistema, deve-se ligar a chapa de aquecimento ou o bico de Bunsen na temperatura de ebulição do líquido mais volátil.
À medida que a solução é aquecida no balão, ambos os líquidos começam a evaporar, porém o líquido de menor ponto de ebulição (B) vai evaporar em quantidade muito maior do que o líquido de maior ponto de ebulição (A).
Os vapores seguem pela coluna de fracionamento contendo as bolinhas de vidro ou de porcelana em seu interior, que servirão de obstáculo para os vapores.
Os vapores de A começam a subir pela coluna, afastando-se da fonte de calor, encontram os obstáculos, se resfriam (ficam mais longe da sua temperatura de ebulição) e voltam a fase líquida, retornando ao balão de vidro, onde são novamente aquecidos.
Já os vapores de B também sobem pela coluna, se afastando da fonte de calor e encontrando os obstáculos, porém, por apresentarem temperatura de ebulição mais próxima da temperatura do sistema, o resfriamento não os afeta com a mesma intensidade com que afetam os vapores de, permitindo que os vapores de B ultrapassem os obstáculos e cheguem ao condensador.
Ao chegar no condensador, os vapores de B são resfriados por causa da passagem de água corrente através do tubo externo e condensam, retornando a forma líquida. O líquido B é, por fim, direcionado pelo condensador até o interior do béquer ou erlenmeyer.
Saberemos que o líquido B foi completamente evaporado quando a temperatura no termômetro ultrapassar a temperatura de ebulição desse líquido.
Algumas situações em que o processo de destilação fracionada pode ser aplicado são: na separação da mistura de acetona e água, no processo de obtenção de bebidas alcoólicas e também pelas indústrias petroquímicas para separar os diferentes derivados do petróleo.
Os gases, que sempre se misturam de forma homogênea, também podem ser separados pelo processo de destilação fracionada, porém, antes, eles devem passar pelo processo de liquefação.
Ou seja, deve-se reduzir a temperatura ou aumentar a pressão para que a mistura gasosa se torne líquida. Este processo recebe o nome de liquefação fracionada e está representado na Figura 2 para o caso do ar atmosférico.
O ar é liquefeito a -200 °C e em seguida passa por um aquecimento a partir dessa mesma temperatura. O gás nitrogênio possui a menor temperatura de ebulição (-196 °C), sendo, portanto, o primeiro componente a ser obtido. Já o oxigênio líquido apresenta a maior temperatura de ebulição (-183 °C), por isso é o último componente recuperado.
Figura 2, esquema do processo de liquefação fracionada.
Aviões turboélices e turborreatores utilizam querosene como combustível. Foguetes espaciais utilizam oxigênio líquido como comburente. Esses materiais são obtidos, respectivamente, do petróleo e do ar liquefeito. A obtenção do querosene envolve destilação:
