AL4 - Destilação fracionada de uma mistura de três componentes

AL 4 - Destilação fracionada de uma mistura de 3 componentes

Trabalho realizado por: Duarte Barbosa nº5 Isabel Fernandes nº7 Maria Pedro nº11 Pedro Silva nº12 Samy Ferreira nº15

Disciplinas:Química Matemática A Aplicações Informáticas B ESHM 2021/2022

índice

1. Introdução

7. Reagentes e sinais de perigo

13. Aplicação à matematica

14. Erro percentual

8. Esquema de montagem

2. Destilação simples e fracionada

3. Indústria petroquímica

15. Análise de resultados

9. Material

4. Constituintes do petróleo

10. Procedimento

16. Reflexão

5. Coluna de fracionamento

11. Registo de resultados

17. Conclusão

12. Tratamento de resultados

6. Questões pré-laboratoriais

INtrodução

O petróleo está sempre presente nas nossas vidas, tendo-se tornado um assunto cada vez mais atual, seja pela tentativa de redução do uso dos combustíveis, uma vez que a utilização dos mesmos é prejudicial para os seres vivos e o ambiente, ou pelos preços históricos que este tem atingido. No entanto, para poder ser utilizado, o petróleo tem que ser separado nos seus diversos constituintes, através do processo da destilação fracionada. Assim, com a realização desta atividade pretendemos efetuar a destilação fracionada de uma mistura de três componentes, com o objetivo de compreender melhor o processo da destilação fracionada do petróleo.

Destilação fracionada

Destilação simples

Método físico de separação utilizado para separar dois ou mais componentes de uma mistura homogénea, com pontos de ebulição bastante diferentes.

Método físico de separação utilizado para separar dois ou mais componentes de uma mistura de líquidos miscíveis, com pontos de ebulição próximos. Durante o processo acontece a evaporação seguida de condensação dos constituintes da referida mistura.

Indústria petroquímica

A petroquímica é o ramo da química que utiliza o petróleo e gás natural para a obtenção de diversos produtos, como a gasolina, gasóleo, óleo lubrificante, entre outros , com o menor custo e a maior qualidade. Após a extração do petróleo (on-shore, na terra, ou off-shore, no mar), este é transportado para as refinarias, através de oleodutos ou superpetroleiros. Nas refinarias, o petróleo é separado nos seus componentes, pelo processo da destilação fracionada, que ocorre nas colunas de fracionamento.

Petróleo: da extração ao consumidor

Constituintes do petróleo

Gás natural: Utilizado como combustível e na fabricação de plásticos; Gás liquefeito de petróleo (GPL): utilizado como gás de cozinha ou combustível para carros; Éter de petróleo ou Benzinas: utilizado na produção de solventes que são utilizados em lavagem a seco ou como solvente de substâncias orgânicas; Nafta: importante matéria-prima para a produção de plásticos; Gasolina: combustível para motores de veículos; Queroseno: combustível para aviões; Óleo diesel: combustível para veículos de grande porte; Óleo lubrificante: lubrificação de máquinas e de motores gerais; Vaselina: fabricação de produtos cosméticos e de panificação; Parafina: fabricação de cosméticos; Asfalto: fração utilizada na pavimentação; Coque de petróleo: reveste a parte interna de fornos refratários.

Coluna de fracionamento

Industrialmente, os constituintes do petróleo são separados por destilação fracionada. Este processo realiza-se numa torre que contém uma coluna de fracionamento que pode ter uma largura entre 8 e 10 metros, uma altura de 60 metros e tratar cerca de 30.000 toneladas de petróleo por dia. No seu interior, a torre dispõe de uma série de pratos a diferentes alturas. De um modo geral, o petróleo é aquecido numa caldeira, os vapores sobem na coluna através de tubos soldados aos pratos e cobertos por campânulas, ocorrendo a condensação. De prato para prato há um enriquecimento do líquido mais volátil. A temperatura é tanto mais baixa quanto mais próximo este se encontra do topo da coluna. Deste modo consegue-se que, a partir de determinado momento, a temperatura de cada prato se mantenha constante e o líquido condensado em cada prato tenha sempre a mesma composição.

vídeo explicativo

Questões pré-laboratoriais

1. Primeiro o éter dietílico, depois a acetona e, por fim, a água. 2. São reguladores de ebulição, evitando uma ebulição tumultuosa. 3. Tapar com algodão e colocar o recipiente que contém o destilado numa tina com gelo. 4. Perigos do éter dietílico: líquido e vapor extremamente inflamáveis; nocivo por ingestão; pode provocar sonolência ou vertigens; pode formar peróxidos explosivos; pode provocar pele seca ou gretada, por exposição repetida. Perigos da acetona: líquido e vapor facilmente inflamáveis; provoca irritação ocular grave; pode provocar pele seca ou gretada, por exposição repetida; pode provocar sonolência ou vertigens.

Reagentes

Éter diétilico

Água destilada

Acetona

Reagentes

Esferas de vidro

pontos de ebulição dos reagentes

Éter dietílico

Água destilada

Acetona

p.e. = 100ºC

p.e. = 56,1ºC

p.e. = 34,6ºC

Esquema de montagem

MATERIAL

Termómetro digital

Adaptador

Suporte universal

Cabeça de destilação

Condensador

Abraçadeiras

Alonga

Coluna de Vigreux

Mangueira

Pinças

Proveta

Balão de fundo redondo

Plataforma de elevação

Manta de aquecimento

procedimento

Registo de resultados

Tratamento de resultados - química

APLICAÇÃO À matemática

valores experimentais

APLICAÇÃO À matemática

valores tabelados

erro percentual

Éter dietílico

Água

Acetona

Temperatura de ebulição (tabelado): 56,1ºCTemperatura de ebulição (experimental): 49,6ºC Erro percentual = 11,6%

Temperatura de ebulição (tabelado): 100ºCTemperatura de ebulição (experimental): 84,8ºC Erro percentual = 15,2%

Temperatura de ebulição (tabelado): 34,6ºCTemperatura de ebulição (experimental): 33,7ºC Erro percentual = 2,6%

Análise de resultados

Com esta experiência era esperado obter os pontos de ebulição dos constituintes da mistura e separar os mesmos. Através da realização da destilação fracionada, conseguimos obter os pontos de ebulição do éter dietílico, da acetona e da água. O erro percentual do ponto de ebulição do éter dietílico foi 2,6%, o da acetona foi 11,6% e da água 15,2%. Então, podemos concluir que tanto a acetona como a água não eram puras, o que influenciou o ponto de ebulição. Também a pressão pode ter interferido nos valores. Assim, os resultados obtidos experimentalmente foram os esperados, sendo as discrepâncias mínimas.

reflexão

Com o recurso à aprendizagem realizada nas disciplinas de Química, Matemática A e Aplicações Informáticas B, e com o apoio das professoras das respetivas disciplinas, foi possível a realização deste trabalho de pesquisa e atividade laboratorial. Este trabalho interdisciplinar permitiu-nos compreender como ocorre o percurso do petróleo, desde a sua extração até aos seus produtos (gás, gasolina, etc), como analisar matematicamente situações do quotidiano e como trabalhar com as ferramentas tecnológicas. Além do trabalho realizado nas disciplinas ter sido benéfico para o nosso conhecimento, este também foi importante para desenvolver as nossas relações interpessoais.

Conclusão

Para concluir, com esta atividade pudemos compreender melhor como ocorre a separação dos constituintes do petróleo bruto, através do processo da destilação fracionada, já que simulámos este procedimento no laboratório, com uma mistura de três componentes (éter dietílico, acetona e água). Tal como os constituintes da mistura que utilizamos em laboratório, os constiuintes do petróleo apresentam pontos de ebulição próximos. Pudemos ainda perceber que tal como aconteceu no laboratório, a separação das várias frações do petróleo acontece por ordem crescente dos seus pontos de ebulição.