Extração Líquido-Líquido: Conceitos e Representação Gráfica, Slides de Destilação

Baixe Extração Líquido-Líquido: Conceitos e Representação Gráfica e outras Slides em PDF para Destilação, somente na Docsity! OPERAÇÕES UNITÁRIAS III OPIII-11 (ELL) Prof. Henrique Cardias EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO Paralelo entre a extração líquido-líquido e a destilação Extração Destilação Os constituintes de uma mistura líquida são separados através da adição de um solvente líquido imiscível. Os constituintes de uma mistura líquida são separados pela adição de calor. Se baseia na diferença de solubilidade dos componentes para conseguir a separação Se baseia na diferença de pressão de vapor dos componentes para conseguir a separação A seletividade é uma medida da facilidade de separação A volatilidade é uma medida da facilidade de separação Obtêm-se uma nova fase líquida insolúvel por adição do solvente a mistura líquida inicial Obtêm-se uma nova fase pela adição de calor As fases são mais difíceis de misturar e de separar A mistura e separação de fases é fácil. Não fornece produtos puros e requer tratamento posterior Fornece produtos praticamente puros Paralelo entre a extração líquido-líquido e a destilação Extração Destilação Maior flexibilidade na seleção das condições operatórias Menor flexibilidade na seleção das condições operatórias. Requer energia mecânica para a mistura e a separação Requer energia térmica Não precisa de sistema de aquecimento ou resfriamento Precisa de sistema de aquecimento e resfriamento Normalmente é a segunda escolha para a separação dos componentes de uma mistura líquida Normalmente é a primeira escolha para a separação dos componentes de uma mistura líquida Extração Líquido-Líquido – Campos de aplicação Situação em que a extração compete com outras operações: Escolha é baseada nos custos de operação. ex: Separação do ácido acético/água Esta separação é difícil por destilação, no entanto separa-se com relativa facilidade por extração com o uso de um solvente adequado. OBS: De um modo geral, para soluções diluídas em que a água deve ser evaporada a extração é mais econômica que a destilação, basicamente pelo fato do calor de vaporização da maioria dos solventes orgânicos ser substancialmente menor que o da água; OBS: A extração também é geralmente preterida nos casos onde a alimentação pode sofrer decomposição térmica. ex: separação de ácidos graxos de óleos vegetais pode ser realizada por destilação sob alto vácuo, no entanto a separação por extração com propano líquido é mais econômica. Extração Líquido-Líquido – Equilíbrio Seletividade: Definida como a razão entre as razões das frações mássicas do soluto e do diluente no extrato e no rafinado. onde: yC é a fração mássica do soluto no extrato; yA é a fração mássica do diluente no extrato; xC é a fração mássica do soluto no rafinado; xA é a fração mássica do diluente no rafinado; OBS: A seletividade nos dá uma idéia da eficácia do solvente empregado na separação. RAC EAC xx yy )/( )/( = Representação Gráfica das Relações de Equilíbrio Líquido-Líquido Diagrama do triângulo equilátero Os vértices do triângulo representam os componentes puros; Cada lado representa misturas binárias; Qualquer ponto no interior do triângulo representa uma mistura ternária; Na figura ao lado, “A” representa o diluente, “B” o solvente e “C” o soluto; As correntes de extrato e rafinado em equilíbrio se posicionam sob a curva binodal, interligadas por uma linha de equilíbrio (tie line). A área abaixo da curva binodal corresponde a um sistema heterogêneo. A área acima da curva binodal corresponde a um sistema homogêneo. Representação Gráfica das Relações de Equilíbrio Líquido-Líquido Diagrama do triângulo equilátero O ponto “P” representa o ponto crítico (Plait Point), situação em que o extrato e o rafinado teriam a mesma composição. O sistema ilustrado na figura ao lado é do tipo 3,1 (3 componentes e 1 zona de miscibilidade parcial); Também são possíveis sistemas do tipo 3,2 (3 componentes e 2 zonas de miscibilidade parciais) e 3,3 (3 componentes e 3 zonas de miscibilidade parciais); Uma variação na temperatura pode ocasionar uma transição entre os diversos tipos de sistemas. Representação Gráfica das Relações de Equilíbrio Líquido-Líquido Diagrama do triângulo equilátero O ponto 1 tem composição dada por: 25% de B; 25% de C e 50% de A O ponto 2 tem composição dada por: 50% de B; 25% de C e 25% de A O ponto 3 tem composição dada por: 25% de B; 50% de C e 25% de A (A) (C) (B) 1 2 3 Representação Gráfica das Relações de Equilíbrio Líquido-Líquido Diagrama do triângulo equilátero As misturas cujas composições correspondem a pontos sobre uma reta paralela a um dos lados do triângulo possuem composição constante do constituinte localizado no vértice oposto Ex: 1 e 2 possuem a mesma concentração em relação ao constituinte “C”. 2 e 3 possuem a mesma concentração em relação ao constituinte “A”. 1 2 3 Representação Gráfica das Relações de Equilíbrio Líquido-Líquido Diagrama do triângulo equilátero Ao misturarmos, por exemplo, a mistura definida pelo ponto A com a mistura definida pelo ponto B, a mistura resultante (M) estará posicionada sob a reta que une A a B, sendo aplicado a regra da alavanca para o posicionamento desta nova mistura. A B M MA MB B A =BAM += Passo 1: posicionar no diagrama as soluções disponíveis (HNO3 a 68%; H2SO4 a 98%) e a solução a preparar (P: 35% HNO3, 20% H2SO4 e 45% H2O) H2SO4 H2O HNO3 P M N S W Sabemos que: Logo, W = 142,9 kg de H2O e M = 357,1 kg Temos também que: Logo, S = 99,8 kg de H2SO4 e N = 257,3 kg de HNO3 500==+ PWM 5,2 35,049,0 035,0 = − − == PM PW W M 1,357==+ MNS 388,0 049,0 49,068,0 = − − == SM MN N S Diagrama do triângulo retângulo: Representa geralmente a fração mássica do solvente no eixo das abcissas e a fração mássica do soluto no eixo das ordenadas. A fração mássica do diluente é obtida por diferença. Representação Gráfica das Relações de Equilíbrio Líquido-Líquido xB xC Método de Alders Métodos para interpolação das linhas de equilíbrio Linha conjugada P Método de Sherwood Métodos para interpolação das linhas de equilíbrio Linha conjugada P