Explique o princípio da coluna de fracionamento/destilação.
Passo 1
Beleza, a questão pede para a gente “explicar o princípio da coluna de fracionamento/destilação”. Isso cai em Separação de Misturas por Destilação (Processos Químicos). Para resolver, a gente vai precisar entender dois pratos principais na teoria:
- Equilíbrio vapor-líquido (sabendo usar a Lei de Raoult)
- Como a coluna usa esse equilíbrio em várias etapas pra separar componentes com pontos de ebulição diferentes
Passo 2
Primeiro, bora falar do Equilíbrio Vapor-Líquido (EVL). Imagina uma mistura de dois líquidos A (mais volátil) e B (menos volátil) num balão. Se você aquecer, parte vira vapor e parte fica líquida. No EVL a composição do vapor e do líquido fica fixa, obedecendo:
onde
• = pressão parcial de
no vapor
• = fração molar de
no líquido
• = pressão de vapor pura de
na temperatura
•
•
•
Isso é a Lei de Raoult. A ideia é: quanto mais volátil for
, maior sua fração no vapor em relação ao líquido.
Passo 3
Agora, a gente aplica esse equilíbrio várias vezes numa coluna de fracionamento. A coluna é basicamente um tubo com várias prateleiras (chamadas bandejas) ou recheio. O que rola nela:
- Você bombeia a mistura líquida no meio da coluna.
- Dá uma “refluxada”: parte do condensado do topo volta pra cima como líquido frio.
- O calor na base faz subir um vapor quente que encontra o líquido descendo.
- Em cada bandeja, o vapor e o líquido entram em equilíbrio (EVL). O vapor fica mais rico no componente volátil (A) e o líquido fica mais rico no menos volátil (B).
- Subindo e descendo várias vezes, a fração de A aumenta lá em cima e de B aumenta lá embaixo.
Passo 4
No fim das contas, a coluna explora a diferença de pontos de ebulição:
• Componente A (mais leve) sai no topo como destilado.
• Componente B (mais pesado) sai na base como fundo.
• Componente A (mais leve) sai no topo como destilado.
• Componente B (mais pesado) sai na base como fundo.
Cada estágio (bandeja) é como um mini-destilador, e acumulando vários estágios você consegue separar bem A de B.
Resposta
O princípio da coluna de fracionamento é usar o Equilíbrio Vapor-Líquido em estágios sucessivos: um vapor ascendente mais rico no componente de menor ponto de ebulição e um líquido descendente mais rico no componente de maior ponto de ebulição trocam massa em cada bandeja. Com isso, ao longo da coluna a mistura se “fraciona” em duas correntes, separando os componentes conforme sua volatilidade.