4 extracçâo

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4 extracçâo

  1. 1. Fernando Sayal
  2. 2. EXTRACÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO (ELL) Processo que permite a separação dos constituintes misturados num líquido, por meio de um tratamento com um solvente no qual, um ou mais dos componentes desejados se dissolvam preferencialmente  A remoção do componente da mistura que se pretende separar (soluto) é induzida pela adição de um novo composto ao sistema (solvente);  Este solvente tem mais afinidade para o soluto do que o diluente onde este estava inicialmente dissolvido (alimentação);  O solvente adicionado deve ser tão imiscível quanto possível com o diluente da alimentação. É esta diferença de solubilidade que permite a separação, ou seja, que o soluto seja retirado à alimentação. Quanto maior a diferença de solubilidades mais fácil é a separação. A-soluto B-diluente C-solvente
  3. 3.  A extracção líquido-líquido é empregue como alternativa a outros processos de separação (Destilação), quando estes não são recomendáveis ou não são viáveis Factores que podem inviabilizar a Destilação: A volatilidade dos constituintes é semelhante A quantidade de vapor de água a utilizar no aquecimento é muito grande. Dá-se a formação de azeótropos (mistura de duas ou mais substâncias que, a uma certa composição, possui um ponto de ebulição constante e fixo, como se fosse uma substância pura) Os componentes da mistura são termo-sensíveis A destilação baseia-se na diferença de volatilidade dos constituintes A extracção baseia-se na diferença de solubilidade dos constituintes
  4. 4. Vantagens da Extracção Processo realizado à pressão atmosférica e temperatura ambiente ou temperatura moderada; Possibilidade de utilização de solventes com boa capacidade de extracção; Possibilita controlo de pH e temperatura (evita a desnaturação de enzimas e proteínas em sistemas aquosos bifásicos de biomoléculas); Desvantagens da Extracção Gera produtos intermediários (transfere-se o soluto A do solvente B para outro solvente C) e portanto será necessário utilizar um outro processo posteriormente (p.ex. destilação, evaporação) para obter o soluto A, livre do solvente C. Contudo, há muitas situações para as quais a solução extracção mais destilação é mais económica do que apenas a destilação da mistura inicial.
  5. 5. Extracção Supercrítica, Quando o processo de extracção é conduzido em condições extremas de pressão e temperatura (temperaturas extremamente negativas) o que permite usar como solventes substâncias que são gases à pressão e temperatura ambiente, como é o caso do CO2. Deste modo evita-se a utilização dos solventes orgânicos característicos dos processos extractivos, embora com custos económicos acrescidos, pelo que estes processos usam-se apenas na purificação de compostos de alto valor acrescentado.
  6. 6. APLICAÇÕES: Tratamento de minérios (extracção de ouro usando mercúrio) Indústria alimentar e de cosmética - Produção de essências para o fabrico de perfumes ou aditivos alimentares Produção de piridina para fins farmacêuticos; Recuperação do ácido acético de efluentes aquosos; Na produção de óleos (essências) Purificação de correntes efluentes com vista a retirar contaminantes indesejados e tóxicos, como por exemplo na remoção do fenol na produção de policarbonato Separação de hidrocarbonetos na indústria do petróleo; etc
  7. 7. Equipamento de Extracção (Misturadores/Decantadores)
  8. 8. Extracção Destilação 1. Extracção é a Operação Unitária na qual os constituintes da mistura líquida são separados através da adição de um solvente líquido insolúvel. 1. Os constituintes da mistura líquida são separados pela adição de calor. 2. A Extracção usa a diferença de solubilidades dos componentes para conseguir a separação 2. A Destilação usa a diferença de pressão de vapor dos componentes para conseguir a separação 3. A Selectividade é uma medida da facilidade da separação. 3. A Volatilidade é uma medida da facilidade da separação. 4. Obtém-se uma nova fase líquida insolúvel por adição do solvente à mistura líquida inicial. 4. Forma-se uma nova fase por adição de calor. 5. As fases são mais difíceis de misturar e separar. 5. A mistura e separação das fases é fácil. 6. A extracção não fornece produtos puros e requer outros tratamentos posteriores. 6. Fornece produtos praticamente puros. 7. Oferece maior flexibilidade na selecção das condições operatórias. 7. Menor flexibilidade na selecção das condições operatórias. 8. Requer energia mecânica para a mistura e a separação. 8. Requer energia térmica. 9. Não precisa de sistemas de aquecimento ou arrefecimento. 9. Precisa de sistemas de aquecimento e arrefecimento. 10. Normalmente é a segunda escolha para a separação dos componentes de uma mistura líquida. 10. Normalmente é a primeira escolha para a separação dos componentes de uma mistura líquida
  9. 9. Fases do Processo de Extracção 1- Promoção do contacto entre o solvente e a solução 2-Separação das 2 fases resultantes 3- Remoção e recuperação do solvente 4- Purificação do solvente
  10. 10. 1- A alimentação que contém o Soluto (a extrair) é misturada com o Solvente do processo 2- Repouso da mistura por forma a ser possível separar as duas fases praticamente imiscíveis Em resultado deste processo produzem-se duas fases, Extracto -rico no solvente B Resíduo ou Refinado - rico no diluente A PROCESSO DESCONTÍNUO
  11. 11. PROCESSO CONTÍNUO A. Para melhorar a recuperação do soluto no extracto e a eficiência global do processo, a extracção pode decorrer em vários andares
  12. 12. B- A operação em corrente cruzada, implementada através de uma série de Misturadores/Decantadores usa-se, normalmente, em unidades de baixa capacidade que, por serem multiprodutos, precisam de ser mais flexíveis.
  13. 13. CONDIÇÕES OPERATÓRIAS para o projecto do equipamento •Temperatura de operação; •Pressão de operação; •Caudal e composição da alimentação; •Tempo de residência •Seleccionar o solvente da extracção (muito importante). A temperatura deve ser suficientemente alta para que os componentes sejam todos solúveis, mas também suficientemente baixa para que a zona de miscibilidade parcial seja apreciável. A temperatura pode ser uma variável a manipular para alterar a selectividade do solvente, e ajuda ainda a controlar a viscosidade. Normalmente o equipamento de extracção opera à pressão e temperatura ambiente. A pressão tem normalmente pouca influência no processo de extracção
  14. 14. SELECÇÃO DO SOLVENTE Parâmetros a ter em conta: •Selectividade – afinidade para o soluto C e não para o diluente A •Imiscibilidade com o diluente A (deve ser o mais elevada possível). A imiscibilidade de A e B facilita a separação das fases. •Densidade – quanto maior a diferença de densidade entre solvente e diluente, mais fácil a separação das fases. •Facilidade de recuperação do solvente – o solvente tem, em geral, de ser posteriormente recuperado do extracto para reutilização, e também para se obter o soluto com um grau de pureza mais elevado. Esta recuperação é, normalmente, efectuada por destilação •Outras propriedades – viscosidade, tensão superficial, estabilidade química, reactividade (não pode reagir com o diluente da alimentação), toxicidade e, finalmente o custo.
  15. 15. EQUIPAMENTO DE EXTRACÇÃO Misturadores-Decantadores
  16. 16.  O equipamento clássico de extracção são os Misturadores-Decantadores.  Podemos ter séries de misturadores-decantadores operando em corrente cruzada e que consistem em tanques de agitação seguidos de tanques de decantação. No caso dos processos descontínuos, as duas etapas podem ocorrer no mesmo tanque.  Este tipo de equipamento é usado quando o número de andares requerido para a separação é pequeno. Cada conjunto misturador-decantador corresponde a um andar do processo.  Estes equipamentos são equipamentos de grande porte e, como tal, o número de unidades não pode ser muito elevado.  Permitem tempos de residência elevados, assim como tratar caudais apreciáveis.  A intensidade de mistura requerida depende de várias variáveis como seja a viscosidade, tensão superficial e diferença de densidade das fases em contacto.
  17. 17. Equipamento de Extracção (Colunas para recuperação de aditivos alimentares)
  18. 18. • São Colunas Estáticas •Os Internals criam turbulência a fim de formar as gotas e promover a transferência de massa. •Assim, existe um valor mínimo para o caudal da fase dispersa. •Colunas cilíndricas. •Baixo rendimento. Coluna de Pratos
  19. 19. Coluna de Enchimento •São Colunas Estáticas •Idênticas às colunas de destilação e absorção. •Construção simples •Funcionamento simples, sobretudo com baixos caudais •Não podem receber fluidos com sólidos em suspensão. •Baixa capacidade de produção.
  20. 20. Coluna de Discos Rotativos • São Colunas Agitadas •Equipamento apropriado quando o número de andares é pequeno. •Boa capacidade de produção.
  21. 21. Coluna SCHEIBEL Coluna de Discos Rotativos Coluna com eixo rotativo central e agitadores acoplados
  22. 22. KARR® Column
  23. 23. Colunas Pulsadas •Introduz-se ar comprimido a fim de evitar a coalescência das gotas dispersas e dar à fase contínua um movimento pulsado
  24. 24. •Nas Colunas Pulsantes existe um movimento alternado das fases que enchem a coluna, o que facilita a transferência de massa e a separação. •Na fase ascendente o líquido leve mistura-se mais facilmente com a fase densa, enquanto que na fase descendente se favorece a separação das fases. •Assim, uma coluna pulsante requer normalmente um terço dos andares das colunas não pulsadas equivalentes. • As colunas pulsantes podem ser de pratos ou de enchimento
  25. 25. Equipamento Vantagens Desvantagens Misturador/ Decantador Eficiente Pé-direito baixo Bom contacto das fases Caudais elevados Necessita de muito espaço Nº de andares limitado Custos de instalação altos Custos de operação altos Colunas Estáticas (Pratos Enchimento Spray) Custos de investimento baixos Custo de operação baixos Nº de andares flexível Pé-direito elevado Eficiência menor do que misturador/decantador Colunas Agitadas (Discos rotativos Pulsantes) Facilidade de dispersão das fases Custos de investimento baixos O nº de andares não está limitado Dificuldades na separação de sistemas com diferenças de densidade baixas Não admite caudais elevados Extractor Centrífugo Separa misturas com diferença de densidade baixa Tempo de permanência baixo Custos de instalação elevados Custos de operação ou manutenção elevados Nº de andares muito reduzido
  26. 26. Equipamento de Extracção (Coluna laboratorial)
  27. 27. Exemplo: Produção de essências por extracção líquido/líquido
  28. 28. FIM

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