Seleção e Uso de Solventes em Extração Líquido-Líquido: Fatores e Equipamentos Relevantes, Slides de Destilação

Baixe Seleção e Uso de Solventes em Extração Líquido-Líquido: Fatores e Equipamentos Relevantes e outras Slides em PDF para Destilação, somente na Docsity! OPERAÇÕES UNITÁRIAS III OPIII-12 (ELL) Prof. Henrique Cardias Seletividade: •O solvente deverá ser seletivo em relação ao soluto. Quanto maior que 1 mais fácil a separação. •Se a seletividade vale 1 a separação não é possível. •A seletividade de um solvente varia consideravelmente com a concentração do soluto. Coeficiente de distribuição: •Quanto maior o coeficiente de distribuição menor será a quantidade de solvente necessária para se realizar a separação. •A separação também é possível para valores de coeficiente de distribuição menor que 1. Critérios para seleção do solvente Critérios para seleção do solvente Massa específica do solvente: OBS: em alguns casos, pode haver uma reversão de massa específica antes de se atingir o ponto P. Tal situação implica em um limite de operação para um processo de extração contínua. Tensão interfacial: Quanto maior a tensão interfacial mais rápida será a coalescência da “emulsão” (ponto favorável para a separação de fases). No entanto, uma tensão interfacial alta resulta em uma baixa dispersão entre as fases (ponto negativo para a transferência de massa). Viscosidade: A viscosidade do solvente deve ser preferencialmente baixa, resultando em menores potenciais para bombeamento e agitação, rápida extração (alta taxa de transferência de massa) e rápida separação. Critérios para seleção do solvente além dos fatores já citados o solvente deve também: •Ser barato; •Não tóxico; •pouco inflamável; •Não corrosivo; •Quimicamente estável; •Ter baixo ponto de fluidez; •Ter alto ponto de fulgor. Equipamentos para extração líquido-líquido Misturadores-decantadores: Consistem basicamente em tanques de agitação seguidos de tanques de decantação. • Podem operar em série. • No caso de processos descontínuos, as duas etapas (mistura e separação) podem ocorrer no mesmo tanque. • Preferido quando o número de estágios de equilíbrio requerido para a separação é pequeno. •Cada conjunto misturador-decantador corresponde a um estágio do processo. •O principal problema no uso de misturadores-decantadores é a formação de emulsões, que ocorre geralmente quando as gotas da fase dispersa são da ordem de 1 a 1,5 μm (controle da intensidade de agitação). Equipamentos para extração líquido-líquido Colunas de extração: Coluna de enchimento • O recheio empregado deve apresentar uma alta molhabilidade pela fase líquida contínua; • Semelhante a operação de destilação, só são empregadas em situações onde as dimensões da coluna são pequenas. Equipamentos para extração líquido-líquido Colunas de extração: Coluna de spray • As maiores velocidades de transferência de massa ocorrem perto do distribuidor. Em zonas mais afastadas as gotas tendem a coalescer; • Tem seu uso limitado em aplicações que requerem poucos estágios de equilíbrio; Equipamentos para extração líquido-líquido Colunas de extração agitadas: Coluna de discos rotativos • Coluna agitada, geralmente empregada nos casos em que a tensão interfacial e/ou a diferença de massa específica entre as fases são altas. • Nesta situação, a força gravitacional é insuficiente para criar uma dispersão adequada. Equipamentos para extração líquido-líquido • As duas fases são alimentadas continuamente em contracorrente; • A alimentação entra por tubos colados perpendicularmente ao eixo de rotação do tambor e em posições diferentes na caixa cilíndrica; • O espaço anelar entre cada par de cilindros funciona como um misturador-decantador; • O líquido pesado sai pelos tubos localizados próximos a periferia, enquanto o líquido leve sai pelos tubos próximos ao eixo; Equipamentos para extração líquido-líquido – Comparativo resumido Tipo de equipamento Vantagens Desvantagens Misturadores-decantadores Bom contato; Opera com vazões elevadas; Boa eficiência; Pé direito baixo. Elevado consumo energético; Grande espaço de solo; Pode requerer bombeamento entre estágios; Custos inicial e de operação altos. Colunas estáticas Baixo custo inicial; Baixo custo operacional; Simples construção. Pé-direito alto; Eficiência inferior aos MD. Colunas agitadas Boa dispersão; Custo de investimento moderado; Não utilizada para casos em que a diferença de massa específica é pequena; Opera com vazões moderadas; Extratores centrífugos Opera nos casos em que a diferença de massa específica é pequena; Baixo tempo de residência. Alto custo inicial; Alto custo de operação; Alto custo de manutenção; Extração líquido-líquido – Métodos de Cálculo Operação a contato simples: 1 Separação do solvente Separação do solvente Alimentação, F xF Solvente, B Rafinado, R1 x1 Extrato, E1 y1 Produto Rafinado, R’ Produto Extraído, E’ solvente solvente M F B E1 R1 E’ R’ C A Extração líquido-líquido – Métodos de Cálculo Quantidade mínima de solvente: Quantidade máxima de solvente: 0RBF =+ 0,0, RBFB xRBFx =+ )1( 0 0 , , min RB RB x Fx B − = (balanço para o solvente) 0 FEBF =+ FEBFFB xEBFx ,, =+ )1( , , max F F EB EB x Fx B − = (balanço para o solvente) 0 Questão 01: 100 kg de uma mistura de ácido acético/clorofórmio com 30% em massa de ácido é tratada a contato simples com água a 18°C com o objetivo de extrair o ácido acético. Determine a) As quantidades mínima e máxima de água que podem ser empregada no processo de extração; b) A concentração máxima de ácido acético que pode ser obtida no produto extraído; c) A quantidade de água que deve ser empregada para que a concentração do produto extraído seja máxima; Os dados de equilíbrio para o sistema são os seguintes: Rafinado Extrato CHCl3 H2O CH3COOH CHCl3 H2O CH3COOH 99,01 0,99 0,00 0,84 99,16 0,00 91,85 1,38 6,77 1,21 73,69 25,10 80,00 2,28 17,72 7,3 48,58 44,12 70,13 4,12 25,75 15,11 34,71 50,18 67,15 5,20 27,65 18,33 31,11 50,56 59,99 7,93 32,08 25,20 25,39 49,41 55,81 9,53 24,61 28,85 23,28 47,87 Ácido acético b) Para determinarmos a máxima concentração do produto extraído, devemos traçar uma reta BE’ tangente a curva binodal, o ponto de tangência corresponde a concentração do extrato. E’, 95,5 % de ácido acético Ponto de tangência para um extrato com ~ 25% de soluto c) A quantidade de água que deve ser empregada na extração para que a concentração do produto extraído seja máxima pode ser obtida por um balanço de massa. M F B xM = 0,17       − = M MF x xx FB       − = 17,0 17,03,0 100B kgB 5,76=