Qual a propriedade física empregada no processo de separação etanol?

A destilação é um processo aplicado quando se deseja separar misturas homogêneas. Se a mistura for de um sólido dissolvido em um líquido, a separação é feita pela destilação simples, que é explicada em detalhes no texto “Destilação simples”.

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Fermentação: Principal método
Processo de fermentação
Outros métodos de obtenção de etanol
Qual a propriedade física empregada no processo de separação do etanol?
Qual é a propriedade da água é do álcool que se torna possível separação?
Qual é a propriedade usada para separar os componentes em uma destilação?
Qual é o processo de separação?

Mas, se a mistura for de dois líquidos miscíveis, usa-se a destilação fracionada. Um aspecto importante é que os pontos de ebulição desses dois ou mais líquidos devem ser bem diferentes, como ocorre, por exemplo, com uma mistura de acetona e água, cujos pontos de ebulição, ao nível do mar, são de 56 ºC e 100ºC, respectivamente.

A mistura, portanto, não pode ser azeotrópica, ou seja, uma mistura que se comporta como se fosse uma substância pura somente durante o processo de ebulição. A temperatura dessa mistura se mantém constante do início ao fim da mudança do estado líquido para o gasoso. Um exemplo é o álcool comum, que na verdade é uma mistura de 96% de álcool e 4% de água, em volume. O ponto de ebulição dessa mistura é 78,1ºC e, por isso, nesse caso não é possível separar a água do álcool utilizando a destilação fracionada.

A aparelhagem que se costuma utilizar em laboratórios para se realizar a destilação fracionada está representada abaixo. Ela é bem parecida com a da destilação simples, porém, a única diferença é o uso da coluna de fracionamento.

A mistura de líquidos fica inicialmente no balão de destilação, que é aquecido por meio de uma manta elétrica. Ambos os líquidos irão evaporar, porém, quando chegam à coluna de fracionamento, encontram uma barreira, pois esse condensador possui bolinhas ou cacos de vidro ou de porcelana.

Assim, somente o líquido que tiver menor ponto de ebulição conseguirá passar pela coluna de fracionamento, enquanto que o outro irá condensar e voltar para o balão de destilação.

O líquido que passou pela coluna chega ao condensador que está resfriado pela água na parte externa e passa para o estado líquido, sendo recolhido no recipiente que fica na saída do condensador.

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Se for uma mistura com vários líquidos, basta ir trocando o recipiente para coletar cada um. Se os pontos de ebulição de cada um dos líquidos forem conhecidos, basta olhar no termômetro para verificar qual está sendo destilado.

Essa técnica é muito empregada em alambiques para a fabricação de aguardente de cana (pinga), como mostrado na figura abaixo:

Ilustraçãode um velho alambique de cobre. Original, por autor desconhecido, foi publicado em L'Eau, por G. Tissandier, Hachette, Paris, 1873

Outra aplicação importantíssima da destilação fracionada é no refino de petróleo. Os componentes do petróleo são separados aquecendo-o num forno e transformando-o em vapor. Esses vapores passam, então, por uma torre de fracionamento, que é uma torre de pratos. Conforme vai aumentando a altura da torre, a temperatura de cada bandeja vai diminuindo.

Os hidrocarbonetos que compõem o petróleo com moléculas maiores permanecem líquidos na base da torre. Os mais leves vão subindo pela coluna até atingirem níveis de temperaturas menores que o seu ponto de ebulição, e assim se condensam e saem da coluna.

Os vários componentes do petróleo possuem pontos de ebulição muito próximos, por isso, essa separação não é feita de cada um dos componentes, mas sim em frações, que são grupos de substâncias que estão em determinada faixa de ponto de ebulição. Para saber mais detalhes de como é realizado o refino do petróleo pela destilação fracionada e por meio de outras técnicas, leia o texto: “Refino do Petróleo”.

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O etanol não é um produto encontrado de forma pura na natureza. Para produzi-lo, é necessário extrair o álcool de outras substâncias. A forma mais simples e comum de obte-lo é através das moléculas de açúcar, encontradas em vegetais como cana-de açúcar, milho, beterraba, batata, trigo e mandioca. O processo que utiliza essas matérias-primas é chamado de fermentação, porém há mais duas maneiras de fazer álcool, que consiste em reações químicas controladas em laboratório.

Dentre todas as matérias-primas do etanol presentes na natureza, a cana-de-açúcar é a mais simples e produtiva, o que dá ao Brasil uma grande vantagem, visto ser esse o principal produto de extração de etanol no país. A produtividade média de geração de etanol por hectare de cana, por exemplo, é de 7500 litros, enquanto a mesma área de milho, principal matéria prima do álcool produzido por fermentação nos Estados Unidos, produz 3 mil litros do combustível.

Fermentação: Principal método

A forma mais simples e antiga, descoberta pela humanidade há milhares de anos antes de Cristo, é a fermentação. Através são dela, é o produzido o álcool utilizado para todos os fins, inclusive como combustível. Essa técnica consiste em, basicamente, adicionar ao caldo da cana-de-açúcar micro-organismos que quebram moléculas de açúcar (C6H12O6), transformando elas em duas moléculas de etanol (2 C2H5OH) mais duas moléculas de gás carbônico (2 CO2).

Nas usinas produtoras de etanol, a cana-de-açúcar passa por diversos processos, até se obter delas os álcoois anidos e hidratados.

Processo de fermentação

Lavagem: A cana de açúcar, chegando às usinas em sua forma pura, é colocada em uma esteira rolante. Lá, ela é submetida a uma lavagem que retira sua poeira, areia, terra e outros tipos de impurezas. Na sequência, a cana é picada e passa por um eletroímã, que retira materiais metálicos do produto.

Moagem: Nesse processo, a cana é moída por rolos trituradores, produzindo um líquido chamado melado. Cerca de 70% do produto original viram esse caldo, enquanto os 30% da parte sólida se transforma em bagaço. Do melado, continua-se o processo de fabricação do etanol, enquanto o bagaço pode ser utilizado à geração de energia na usina.

Eliminação de impurezas: Para eliminar os resíduos presentes no melado (restos de bagaço, areia, etc), o líquido passa por uma peneira. Em seguida, ele segue a um tanque para repousar, fazendo com que as impurezas se depositem ao fundo – processo chamado decantação. Depois de decantar, o melado puro é extraído e recebe o nome de caldo clarificado. O último processo de extração de impurezas é a esterilização, em que o caldo é aquecido para eliminar os micro-organismos presentes.

Fermentação: Após estar completamente puro, o caldo é levado a domas (tanques) no qual é misturado e eles um fermento com leveduras (fungos, sendo mais comum a levedura de Saccharomyces cerevisia). Esse microorganismos se alimentam do açúcar presente no caldo. Nesse processo, as leveduras quebram as moléculas de glicose, produzindo etanol e gás carbônico. O processo de fermentação dura diversas horas, e como resultado produz o vinho, chamado também de vinho fermentado, que possui leveduras, açúcar não fermentado e cerca de 10% de etanol.

Destilação: Estando o etanol misturado ao vinho fermentado, o próximo passo é separá-lo da mistura. Nesse processo, o líquido é colocado em colunas de destilação, nas quais ele é aquecido até se evaporar. Na evaporação, seguida da condensação (transformação em líquido), é separado o vinho do etanol. Com isso, fica pronto o álcool hidratado, usado como etanol combustível, com grau alcoólico em cerca de 96%.

Desidratação: Com o álcool hidratado preparado, basta retirar o restante de água contido nele para se fazer o álcool anidro. Essa é a etapa da desidratação, no qual podem ser utilizadas diversas técnicas. Um delas é a desidratação, em que um solvente colocado ao álcool hidratado mistura-se apenas com a água, com os dois sendo evaporados juntos. Outros sistemas, chamados peneiração molecular e pervaporação, utilizam tipos especiais de peneiras que retêm apenas as moléculas da água. Após ser desidratado, surge o álcool anidro, com graduação alcoólica em cerca de 99,5%, utilizado misturado à gasolina como combustível.

Armazenamento: Nesta etapa, o etanol anidro e hidratado são armazenados em enormes tanques, até serem levados por caminhões que transportam até as distribuidoras.

Os resíduos produzidos durante toda a fabricação do etanol também podem ser aproveitados pelas indústrias. Os resíduos sólidos, como bagaço, podem ser reutilizados energeticamente como biomassa. Já o dióxido de Carbono (CO2), derivado do processo de fermentação, pode ser utilizado à produção de refrigerantes.

O álcool utilizado para outros produtos, como bebidas, cosméticos, solventes, produtos de limpeza, etc, são obtidos da mesma maneira, passando posteriormente por outros processos que o transformam no produto final.

Outros métodos de obtenção de etanol

Além da fermentação, existem outros processos mais complexos de se produzir o etanol. Um deles é a hidratação do etileno (gás incolor obtido no aquecimento da hulha – tipo de carvão mineral), que consiste em uma síntese química entre as moléculas de água (H20), às moléculas do etileno (C2H4), resultando no etanol (C2H6O). Esse método, controlado em laboratório, utiliza ácidos como catalizadores, como o ácido sulfúrico (H2SO4), ou o ácido fosfórico (H3PO4), que possibilitam que a reação aconteça. Esse método não é muito utilizado no Brasil, porém estima-se que 80% do etanol produzido nos Estados Unidos seja por hidratação de etileno.

Outra possibilidade de se obter o etanol é pela redução do acetaldeído (composto orgânico de fórmula C2H4O). Também chamado de etanal, o acetaldeído possui estrutura molecular muito semelhante ao álcool etílico, diferindo apenas pela ausência da hidroxila(HO). Com a ação de um agente redutor, o acataldeído ganha um íon de hidrogênio (H+) que se liga ao oxigênio formando a hidroxila, e consequentemente, o etanol. A matéria-prima deve processo costuma ser o acetileno (gás incolor de forma C2H2), que em processo de hidratação produz o acetaldeído, que finalmente produz o etanol.

Qual a propriedade física empregada no processo de separação do etanol?

Por exemplo, ao nível no mar, o etanol possui ponto de ebulição igual a 78,37ºC e o da água é 100 ºC. Quando a mistura é aquecida, o líquido que possui menor ponto de ebulição evapora primeiro, passa por essa coluna e chega até o condensador, onde retorna ao estado líquido e é coletado.

Qual é a propriedade da água é do álcool que se torna possível separação?

*destilação simples: quando uma mistura apresenta componentes cujos pontos de ebulição (é a propriedade que um material tem em relação a temperatura, que leva a mudança do estado líquido para o gasoso) são muito diferentes, como água e álcool (etanol), podemos utilizar a destilação simples para separar essas ...

Qual é a propriedade usada para separar os componentes em uma destilação?

No caso da destilação, a separação ocorre pela mudança de temperatura para que o componente de interesse mude de estado físico. A propriedade das substâncias utilizada neste processo é o ponto de ebulição, ou seja, temperatura em que ocorre a mudança do estado líquido para o gasoso.

Qual é o processo de separação?

O processo de separação pode ocorrer de várias formas e o método a ser utilizado depende dos seguintes aspectos: Tipo de mistura: homogênea ou heterogênea; Natureza das substâncias que formam as misturas; Densidade, temperatura e solubilidade dos componentes da mistura.