Operações unitárias na indústria química

17/02/2023
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Curso Profissional de Técnico de Análise Laboratorial
Tecnologia Química
UFCD 4499 | Operações Unitárias na Indústria | 25 Horas
1 º TAL
Susana Gariso
Objetivos/competências
• Distinguir asdiferentes operações unitárias;
• Que envolvam transferência de massa:
• Sedimentação;
• Decantação;
• Cristalização;
• Filtração;
• Centrifugação.
• Que envolvam transferência de massa e calor:
• Destilação
• Evaporação.
• Aplicar os conceitos básicos associados às operações unitárias na indústria.
• Descrever as diferentes operações de arranque e controlo de um circuito ou seção fabril.
• Caracterizar os equipamentos associados a uma operação unitária
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Conteúdos programáticos
- As principais operações unitárias na indústria;
- Enquadramento do equipamento mais representativo na indústria química, em cada operação unitária.
- A importância do conhecimento das fábricas e da condução pelos seus operadores.
- Sensibilização para a operação correta dos equipamentos industriais.
- As diferentes secções das fábricas: sua função e integração.
Operações
Unitárias na
Indústria
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Introdução
• Os Processos de Separação constituem, desde sempre, uma etapa fundamental dos Processos de
Fabrico da IndústriaQuímica.
• Para que o Processo Reacional decorra de acordo com as especificações definidas previamente, é
necessário que as matérias primas sejam introduzidas no Reator com o grau de pureza adequado, o que
implica, necessariamente, um processo prévio de tratamento/purificação das matérias primas, ou seja, as
correntesde entrada no reator passam, quase sempre, por unidades prévias de separação.
• O mesmo se passa com os produtos da reação. Na maior parte dos casos as correntes com os produtos
da reação transportam ainda alguma percentagem de reagentes podendo também ocorrer reações paralelas
que dão origem a produtos que não são os desejados. Também neste caso é necessário tratar essas
correntespara separar o produto que foi inicialmenteespecificado, com o grau de pureza desejado.
Introdução
• Outra área da instalação fabril onde são essenciais os Processos de Separação é no tratamento dos
efluentesda unidade, sejam eles gasosos ou líquidos.
• Os Processos de Separação são variados e a seleção do processo mais adequado para um determinado
tratamentodepende:
- das características da alimentaçãoa tratar
- dos objetivos a atingir (nomeadamenteo grau de pureza pretendidopara a corrente de saída)
- assim como de fatoreseconómicos.
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Noção de massa volúmica e densidade relativa
de sólidos e líquidos
• Entende-se por massa volúmica ou densidade de uma substância, a razão entre a massa dessa
substância e o seu volume.
• A massa volúmica representa-se por: =m/V.
• A unidade de massa volúmica no Sistema Internacional (SI) é kgm-3, embora se utilize com
frequência gcm-3.
•
• A densidade relativa de uma substância em relação a outra é o quociente entre as massas
volúmicas de uma substância e de outra.
• A densidade relativa é uma propriedade física intrínseca, porque o seu valor não é
dependente da quantidade de matéria na amostra em estudo.
• Na determinação da densidade relativa, é usual relacionar-se a massa volúmica dos sólidos e
dos líquidos, com a massa volúmica da água destilada a 4ºC e à pressão de 1 atmosfera, já a massa
volúmica dos gases, relaciona-se com a massa volúmica do ar atmosférico ou do hidrogénio.
• A densidade relativa de uma substância é neste caso:
Operações Unitárias
Operações unitárias na Indústria
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O processo de refinação do petróleo
• O petróleo bruto é composto por diversos tipos de hidrocarbonetos. A refinação do petróleo é um processo que tira partido dos diferentes pesos,
volatilidades e temperaturas de ebulição dos hidrocarbonetos para os separar, dando origem a produtos intermédios e finais.
• Tipicamente, existem quatro grandes estágios de refinação para separar o crude em substâncias utilizáveis:
• Separação física dos vários tipos de hidrocarbonetos através da destilação;
• Purificação de produtos intermédios em unidades de pré-tratamento;
• Processamento químico das frações de menor valor em produtos mais leves;
• Tratamento e mistura de produtos intermédios por remoção de elementos e compostos indesejáveis para integração em produtos finais.
O processo de refinação do petróleo
O processo tem início com o
aquecimentodo petróleo bruto. Os
vapores que então se formam sobem
por uma coluna de fracionamento,
equipada com compartimentosa
diferentesalturas. Os componentes
mais voláteise com baixo ponto de
ebulição sobem ao topo dessa coluna.
Nas camadas mais baixas, ficam os
componentescom ponto de ebulição
mais elevado. Esta técnica, de
separação física das frações, é também
designada de destilaçãofracionada e é
o ponto de partida para o processo de
refinação do petróleo.
https://www.galp.com
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Tratamento de Água
para consumo
Estação de Tratamento de Água (ETA)
Na ETA é feito o tratamento da água que chega às
nossas casas e que permite obter água de boa
qualidade para consumo humano. O processo de
captação e tratamento da água efetua-se em duas
linhas de tratamento:
• 1. Linha Líquida - as operações que constituem o
processo de tratamento de água.
• 2. Linha Sólida - as operações que constituem o
processo de tratamento de lamas produzidas nas
etapas de decantação e filtração.
Tratamento de Água
para consumo
Captação - A água que chega à Estação de Tratamento de Água é
captada diretamente nos rios e nas albufeiras (águas superficiais) ou
no subsolo (águas subterrâneas). Porém, a água captada apresenta
várias impurezas/ sujidades como lamas, areias, lixos, micróbios e
bactérias.
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Tratamento de Água para consumo
Linha Líquida
• Gradagem - A água captada segue pelos canais até ao primeiro processo de tratamento: a
gradagem. Neste tratamento são retirados da água os lixos de maior dimensão como folhas,
ramos, embalagens, etc., que ficam retidos em grades por onde a água é forçada a passar.
• Decantação - É um processo de separação de partículas em suspensão na água. Estas partículas,
sendo mais pesadas que a água, tenderão a depositar-se no fundo do decantador, clarificando a
água e reduzindo em grande percentagem as impurezas.
• FIltração - A água passa por filtros de areia ou carvão ativado, nos quais ficam retidas as
pequenas partículas sólidas que ainda possam existir.
• Desinfeção - Nesta fase é adicionada uma grande quantidade de cloro para que a água não seja
contaminada durante o transporte.
Tratamento de Água para consumo
Linha Sólida
• Desidratação Mecânica de Lamas - As águas residuais
resultantes de lavagem dos filtros, assim como as lamas
provenientes do processo de decantação, são encaminhadas
para a desidratação mecânica de lamas e transportadas para
um destino final adequado.
https://www.agda.pt/geral/tratamento-de-agua
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Fabrico de cerveja
Moagem do cereal
A moagem consiste em quebrar o grão, mantendo a
sua casca intacta, pois esta será importante na fase
de filtragem.
Brassagem
Na panela de brassagem, o cereal moído é misturado
com a água. Por ação da temperatura, em diferentes
patamares (não ultrapassando os 80 graus), são
ativadas enzimas que irão converter as proteínas em
aminoácidos e o amido em açúcares. A utilização de
mais ou menos cereal, terá impacto na quantidade de
açúcar fermentável obtido, que será mais tarde
convertido em álcool.
Filtração
Após a brassagem, o mosto é retirado para a panela
de filtragem, onde é feita a separação da matéria
sólida do líquido açucarado. O fundo desta panela
contém uma placa de inox com ranhuras, por onde vai
escoar o líquido. No final da filtragem é feita a
lavagem da dreche, que consiste na adição de mais
água quente à matéria sólida, permitindo extrair parte
do açúcar que esta ainda contém. O mosto segue
para a panela de ebulição e a dreche é recuperada
para alimentação animal ou compostagem.
Fabrico de cerveja
Ebulição
Após a filtração, o mosto é elevado à temperatura de
fervura e são adicionados lúpulos. Nesta fase, ocorrem
várias transformações: eliminação de substâncias
aromáticas não desejáveis por evaporação
(nomeadamente DMS); isomerização do ácido alfa do
lúpulo que irá dar amargor à cerveja; coagulação de
complexos proteicos e polifenois eliminados
posteriormente no Whirlpool, permitindo a clarificação do
mosto;
Arrefecimento
Terminada a ebulição, o mosto é enviado tangencialmente
para um novo tanque designado de Whirlpool, provocando
um efeito parecido com a centrifugação, permitindo
eliminar a maioria das partículas sólidas.
Ao esvaziar o tanque de filtração, o mosto passa por um
permutador de placas, de modo a arrefecer a pelo menos
20 graus. A água do arrefecimento é reservada e
posteriormente utilizada nas novas produções ou limpeza
dos equipamentos.
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Fabrico de cerveja
Fermentação
A fermentação ocorre normalmente em tanques cilindro-cónicos isobáricos
(controlo de P) e isotérmicos (controlo de T). Assim que o mosto é transferido para
o tanque de fermentação, são adicionadas imediatamente as leveduras. Em função
da temperatura de fermentação, são utilizadas leveduras específicas, que conferem
características distintas à cerveja.
Maturação e envelhecimento
Terminada a fermentação, a cerveja é sujeita a um choque térmico, próximo dos 0
graus, permitindo a sedimentação das leveduras e partículas sólidas em
suspensão, estabilizando assim a cerveja antes do enchimento. Algumas cervejas
mais alcoólicas podem ser transferidas para barricas de madeira, para
envelhecimento. Dependendo do estilo, poderão ser filtradas.
Enchimento e packaging
Muitos dos cervejeiros artesanais adicionam levedura e açúcar no momento do
enchimento, provocando uma segunda fermentação com o objetivo de carbonatar e
estabilizar, no entanto, o método mais comum é a carbonatação forçada no final da
maturação e enchimento isobárico.
http://www.tecnoalimentar.pt/noticias/historia-e-processo-de-
fabrico-da-cerveja/
Operações
Unitárias
Os três casos anteriores, exemplificam
resumidamente três processos industriais que
apesar de diferentes, têm operações em
comum.
Os princípios físicos que envolvem uma
operação, são os mesmos independentemente
do processoinerente à operação, por exemplo:
• os princípios da peneiração são os mesmos
independentemente de se peneirar uma
farinha na panificação ou uma areia na
construçãocivil,
• os princípios de uma destilação são os
mesmos,independentementede se destilar
o petróleo ou uma essênciafloral, os
princípios da transferência de calor são os
mesmos independentementede se
pasteurizar um leite ou aquecer um
macerado de cerveja.
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Operação Unitária
• “Operação Unitária é toda a unidade do processo onde os materiais sofrem alterações no seu estado
físico ou químico e que pode ser projetada com base em princípios físico/químicoscomuns”
• Uma operação unitária é então toda e qualquer etapa básica de um processo.
• O conjunto das operações unitárias constituihoje a base da engenharia química.
Operações unitárias na Indústria
• As operações unitárias podem envolver técnicas de combinação de componentes, técnicas de separação de
componentes e reações químicas.
• Considerando o conjunto de todas as operações unitárias conhecidas na área da química industrial, cada uma
delas pode ser enquadrada numa das seguintes técnicas de projeto:
• transferência de massa,
• transferência de quantidade de movimento,
• transferência de calor e
• transferência de massa e calor.
• Qualquer processo químico, em qualquer escala, pode ser decomposto numa série estruturada do que se
podem denominar, operações unitárias, como moagem, homogeneização, aquecimento, calcinação, absorção,
condensação, lixiviação, cristalização, filtração, dissolução, eletrólise, etc.
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Processo de produção de Açúcar e Álcool
Fluxograma de
produção de
iogurtes
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O Engenheiro químico e as operações unitárias
O estudo das operações unitárias permite ao engenheiro químico atuar desempenhando
basicamente as tarefas de:
a) escolher ou criar equipamentos que o processo precisa.
b) dimensionar equipamentos para novas instalações
c) verificar capacidades e condições de operação de equipamentos existentes quando
submetidos a novas condições de processo.
d) especificar esses equipamentos, quanto a materiais, sentidos de fluxo, detalhes internos,
meios de controle,localização na fábrica, etc.
a) Para a escolha e a criação dos equipamentos temos que conhecer como funcionam, os diversos
tipos e suas vantagens e desvantagens em relação a cada processo em particular.
b) Para dimensionar ou verificar, temos que conhecer os princípios e cálculos da física e da
química capazes de quantificar dimensões e capacidades.
c) Para especificar precisamos conhecer a química e a dinâmica do processo onde o equipamento
vai funcionar, sendo parte de uma operação unitária.
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Finalmente como todo o trabalho de engenharia a opção escolhida será submetida a uma avaliação
económica. O dimensionamento dos equipamentos tem papel importantíssimo, são por exemplo:
dimensões de um vaso, área de troca térmica de um aquecedor, altura, diâmetro e número de estágios de
uma torre, capacidade e potência de bombas e compressores, velocidade de um agitador, etc. Estes
parâmetros, que resultam da engenharia química, são as causas muito mais frequentes de insuficiências no
processo do que problemas em soldas, parafusos, selos, disjuntores e outros dispositivos elétricos ou
mecânicos.
A nossa observação de várias décadas aponta que 70% dos problemas e das oportunidades de melhoria nas
unidades industriais têm como base a engenharia de processo ou os procedimentos operacionais. ou seja,
advêm do desempenho dos engenheiros químicos.
massa volúmica e densidade relativa
de sólidos e líquidos
Entende-se por massa volúmica ou densidade de uma substância, a razão entre a massa dessa
substância e o seu volume.
A massa volúmica representa-se por: =m/V.
A unidade de massa volúmica no Sistema Internacional (SI) é kgm-3, embora se utilize com frequência
gcm-3.
A densidade relativa de uma substância em relação a outra é o quociente entre as massas volúmicas
de uma substância e de outra.
A densidade relativa é uma propriedade física intrínseca, porque o seu valor não é dependente da
quantidade de matéria na amostra em estudo.
Na determinação da densidade relativa, é usual relacionar-se a massa volúmica dos sólidos e dos
líquidos, com a massa volúmica da água destilada a 4ºC e à pressão de 1 atmosfera, já a massa
volúmica dos gases, relaciona-se com a massa volúmica do ar atmosférico ou do hidrogénio.
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massa
volúmica e
densidade
relativa de
sólidos e
líquidos
A densidade relativa de uma substância é neste caso:
• Sendo x a substância respetiva.
• Sendo a água a 4ºC e à pressão de 1 atm.
• A densidade relativa é uma grandeza adimensional, e
sempre que não são referidas condições especiais de
operação, relaciona-se com água destilada a 4 ºC e 1
atm.
• Algumas operações unitárias baseiam-se na diferença de
densidade dos componentes para a separação de
misturas.
d =
massa volúmica de x
massa volúmica da água
Fases da matéria
A matéria pode ser encontrada em
três estados: sólido, líquido e gasoso.
O que determina o estado em que a
matéria se encontra é a proximidade
das partículas que a constitui.
No estado sólido as moléculas
encontram-se muito próximas e
organizadas entre si, as suas forças de
ligação são fortes e a liberdade de
movimentos é pequena. As moléculas
apresentam apenas movimentos
vibracionais de pequena amplitude. A
forma e o volume são fixos
.
.
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Fases da matéria
No estado líquido as moléculas
estão próximas umas das outras
mas pouco organizadas, as forças
de ligação são mais fracas do que
nos sólidos, o que permite alguma
liberdade de movimentos. A forma
é variável mas o volume constante
.
.
Fases da matéria
No estado gasoso as moléculas
estão afastadas umas das outras
e desorganizadas. As forças de
ligação são muito fracas,
possuindo grande liberdade de
movimentos. Não possuem
forma nem volume fixos.
.
.
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Mudanças de fase
• A matéria pode apresentar-se em qualquer
estado físico, dependendo dos fatores pressão
e temperatura. O aumento ou diminuição de
temperatura e de pressão podem conduzir a
mudança de fase.
• A mudança de fase que representa a passagem
de um sólido para o estado líquido designa-se
por fusão.
• O ponto de fusão de uma substância é a
temperatura em que se dá a passagem dessa
substância do estado sólido para o estado
líquido.
• O ponto de fusão é uma propriedade específica
de cada substância. No caso da água, o ponto
de fusão ocorre a 0ºC à pressão de 1atm.
• A passagem do estado líquido para o estado
gasoso designa-se por vaporização.
• O ponto de ebulição é a temperatura em que
ocorre a passagem de um líquido para o estado
gasoso.
• O ponto de ebulição é também uma
propriedade específica de cada substância e é
influenciado pela pressão. No caso da água o
ponto de ebulição ocorre a 100ºC à pressão de
1atm.
• Quando se dá a passagem do estado gasoso
para o estado líquido, então temos uma
condensação.
Amostragem
• A recolha da amostra de um produto a analisar é uma operação muito importante que pode
influenciar decisivamente o resultado final dos ensaios.
• Uma recolha deficiente invalida todos os resultados obtidos.
• Em muitos casos a escolha da porção de amostra para análise, pode ser uma tarefa complicada,
envolvendo diversas etapas.
• Cada produto tem especificações próprias e métodos próprios de recolha que habitualmente estão
definidos em documentos normativos.
• Qualquer que seja o caso, a amostra a recolher para análise tem que ser representativa de todo o
produto ou lote fabricado.
• Se a substância a analisar é pura e homogénea a recolha da amostra não apresenta muitas
dificuldades porque qualquer porção para análise em princípio será representativa do todo.
• Se a substância a analisar é uma mistura mais ou menos heterogénea é necessário a recolha de uma
amostra média representativa do todo.
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Amostragem
• Se a substância a analisar é uma mistura mais ou menos heterogénea é necessário a recolha de uma
amostra média representativa do todo.
• A amostra média deve compor-se do maior número possível de porções da substância, recolhidas
em locais diferentes, escolhidos ao acaso no lote que se quer estudar.
• A amostra média obtida será triturada e misturada para obter melhor homogeneidade.
• Uma amostra média pode conter uma quantidade de produto muito grande.
• A redução da quantidade de amostra pode fazer-se por inquartação:
• -Dispõe-se o produto numa camada regular em forma quadrada.
• -Divide-se o quadrado pelas diagonais em 4 triângulos.
• -Desprezam-se dois dos triângulos opostos.
• -Volta-se a triturar e inquartar a amostra as vezes necessárias até obter cerca de 25g.
• -Tritura-se esta porção com muito cuidado e coloca-se num recipiente fechado.
Operações que envolvem transferência de
quantidade de movimento
Nestas operações, a separação de componentes de uma mistura ocorre por
ação mecânica de movimentos imprimidos à mistura.
1 – Agitação
2 – Decantação
3 – Peneiração
4 – Filtração
5 – Centrifugação
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Operações Unitárias
por transferência de
massa
Beatriz Rodrigues 1ºTAL Nº1
Dany Santos 1º TAL Nº5
Operações que envolvem transferência de massa
1 - Extração Líquido-Líquido
2 - Extração Sólido-Líquido
3 – Absorção
4 – Adsorção
5 – Coagulação
6 – Floculação
7 – Osmose
8 – Diálise
9 – Ultrafiltração
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O que são as operações unitárias?
Na indústria, um processo engloba o conjunto de todas a operações envolvidas na
transformação dos produtos desde a entrada das matérias-primas, até à
obtenção do produto final, por exemplo, o processo da refinação do petróleo
envolve a entrada do crude que é aquecido a altas temperaturas, separando-se
cada um dos seus componentes por destilação, cada componente é por sua vez
recolhido e sujeito a outros tratamentos até ao produto final; no processo de
tratamento de águas para consumo humano, a água bruta chega aos tanques de
floculação onde lhe são adicionados agentes que provocam a floculação da matéria
em suspensão e a sua posterior sedimentação, a água límpida é decantada e
filtrada por um filtro de areia e finalmente desinfetada por cloração.
Classificação
As operações unitárias dividem-se em:
➢Transferência de quantidade e movimento
➢Transferência de massa
➢Transferência de massa e calor
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Operações unitárias por transferênciade massa:
A transferência de massa poderá ser entendida como o movimento de um
componente específico numa mistura, normalmente de um local onde é mais
concentrado para outro de menor concentração.
Na transferência de massa existem vários processos:
➢ Extração sólido-liquído
➢ Extração liquído- liquído
➢ Absorção
➢ Adsorção
➢ Coagulação
➢ Floculação
➢ Osmose
➢ Diálise
➢ Cromatografia
Extração Líquido-Líquido
Neste tipo de extração, estabelece-se
contacto entre duas fases líquidas total
ou parcialmente imiscíveis havendo
transferência de solutos de uma delas para
a outra. Os solutos deslocam-se no sentido
do líquido para o qual têm maior afinidade.
A extração líquido-líquido pode usar-se para
a purificação de produtos de reação a nível
laboratorial, para extração de metais de
minérios, produção de óleos essenciais, etc..
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O solvente ideal para um processo de extração é aquele que tem uma grande
afinidade para o soluto e que é totalmente imiscível com o diluente da
alimentação.
O solvente ideal é normalmente inatingível.
Uma vez identificado o grupo funcional com afinidade química para o soluto, os
parâmetros a ter em conta para seleção dos solventes possíveis são:
➢ Seletividade: O solvente deve dissolver facilmente a substância a extrair.
➢ Imiscibilidade: O solvente para extração deve ser pouco solúvel no solvente
inicial da substância.
➢ Densidade: Quanto maior a diferença de densidade entre solvente e diluente,
mais fácil a separação das fases.
➢Especificidade: O solvente deve extrair apenas a substância pretendida.
➢Reatividade: O solvente não deve reagir quimicamente com a substância a
extrair nem com o diluente.
➢Facilidade de recuperação do solvente : O solvente tem, em geral, de ser
posteriormente recuperado do extrato para reutilização, e também para se
obter o soluto com um grau de pureza mais elevado. Por isso deve ser
facilmente separável da substância extraída.
Outras propriedades a ter em conta:
➢Estabilidade química: O solvente não deve sofrer alterações químicas ao longo
do tempo.
➢Toxicidade e inflamabilidade: O grau de toxicidade e inflamabilidade do
solvente devem ser o menor possível.
➢O custo: Deve ser o mais baixo possível.
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Na extração sólido-líquido, que
também se pode designar por
lixiviação, ocorre a separação de um
ou mais componentes de uma mistura
sólida, por dissolução e transferência
para uma fase líquida. O processo de
obtenção do óleo de soja pode ser
dividido em duas partes, a primeira
responsável pela obtenção de óleo
bruto, cujo fluxograma geral é
mostrado na figura em baixo. Após a
obtenção do óleo bruto ele pode
passar por diferentes graus/
processos de refinação, dependendo
do destino final do produto.
Extração sólido-líquido
A absorção consiste na transferência
de um componente de uma fase gasosa
para uma fase líquida na qual é solúvel
ou de um líquido para uma fase sólida.
A absorção de gases (designada em
língua inglesa por "Gas Absorption" ou
ainda por "Scrubbing") é um processo
com o qual se pretende remover
preferencialmente um ou mais
componentes de uma mistura
componentes se dissolvem.
A substância absorvida infiltra
volume.se na substância que a absorve
tornandose parte do seu volume.
Absorção
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➢ Secagem de gases.
➢ Preparação de soluções de gases como amoníaco, água de cloro, ácido clorídrico,
etc..
➢ Purificação do ar industrial poluído. A remoção dos gases poluentes do ar,
provenientes de processos industriais, pode fazer-se pelo processo de absorção
e evita que eles sejam lançados na atmosfera. Por outro lado os produtos
removidos podem ser reaproveitados.
Aplicações:
Adsorção consiste na retenção de um soluto à superfície de um sólido, devido às
interações moleculares com as moléculas da superfície do sólido.
Tipos de adsorção:
➢ Física – As partículas do fluido ficam retidas à superfície do sólido, devido a
interações moleculares.
➢ Química – Estabelecem-se ligações entre átomos e moléculas da superfície do
sólido e átomos e moléculas do fluído.
➢ Troca iónica – Há troca de iões entre o sólido e o líquido (processo usado no
amaciamento da água).
Alguns sólidos são ideais para adsorção. Eles têm uma grande relação superfície
/volume, devido às suas partículas apresentarem uma elevada microporosidade. É
o caso do carvão ativado.
Os adsorventes mais importantes para além do carvão ativado são a bauxite,
argilas tratadas, alumina, sílica-gel, resinas etc..
Adsorção
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➢ Desionização da água por meio de resinas (processo de troca iónica).
➢ Descoloração e desodorização de substâncias por meio de carvão ativado
(processo físico).
Uso de carvã o ativado em máscaras de proteção contra gases (processo físico).
Na absorção a retenção do soluto dá-se em volume, ou seja o soluto fica
incorporado no solvente, na adsorção, a retenção do soluto dá-se apenas à
superfice.
Aplicações
Floculação
A Floculação consiste na aglomeração e compactação das partículas e materiais
que se encontram numa suspensão formando flóculos maiores e mais densos que
facilitam a sua decantação. A floculação é um processo essencialmente físico que
ocorre através da agitação. A agitação causa turbulência no meio, provocando
choques entre as partículas do coagulante e as que estão em suspensão
provocando a sua aglomeração.
Aplicações:
➢ No tratamento de águas de consumo ou águas residuais. Adicionam-se como
agentes floculantes FeCl3ou Al2(SO4)3que provocam a coagulação das
partículas em suspensão e a sua posterior aglomeração e deposição.
➢ Na clarificação do vinho, através da aplicação de bentonite ou gelatina.
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Coagulação
A coagulação é uma operação que consiste na aglutinação de materiais em
suspensão ou no estado coloidal, originando partículas de maior volume e peso.
Este processo ocorre de substâncias químicas que são adicionadas ao m
neutralizam as forças elétricas superficiais das partículas, anulando as suas meio
e forças repulsivas e permitindo a sua aglomeração. É um fenómeno de
neutralização química.
Coagulação da caseína do leite para o fabrico de queijo.
A coagulação pode obter-se por acidificação do leite ou por ação de coalhos.
Osmose
Osmose consiste no movimento da água de um meio menos concentrado em
solutos, para um meio mais concentrado através de uma membrana
semipermeável, no sentido de restabelecer o equilíbrio entre os meios.
A membrana semipermeável apenas deixa passar moléculas de água.
Esquema exemplificativo de uma osmose
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Diálise
Na diálise, os meios são separados por uma membrana que permite a passagem de
pequenas moléculas e iões, mas retém as partículas coloidais (maiores).
Neste caso há o movimento dos solutos de um meio mais concentrado para um
menos concentrado.
Usa-se na purificação de soluções coloidais (ex: sangue)
Cromatografia
A cromatografia é uma técnica que consiste na separação dos componentes de
uma mistura e que se baseia nas diferentes velocidades a que cada um dos solutos
é arrastado por um determinado solvente (fase móvel) ao longo de um suporte
adsorvente (fase estacionária).Há várias técnicas cromatográficas, sendo
possível, de uma forma geral, classificá-las consoante a fase móvel seja líquida
(cromatografia líquida) ou gasosa (cromatografia gasosa).
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Técnicas de cromatografia
Cromatografia em camada fina: É um processo de cromatografia plana líquido-
sólido. Realiza-se numa placa de vidro ou metal em que um dos lados tem a
superfície coberta com uma fina camada de sílica ou alumina. Esta camada é a
fase estacionária, a placa é apenas o suporte. O líquido constituinte da fase móvel
percorre a fase estacionária por ação da capilaridade arrastando consigo os
componentes da mistura a separar.
A retenção das substâncias deve-se à adsorção sofrida na superfície da fase
estacionária.
A técnica é útil em separação de compostos polares. É uma técnica fácil e de
baixo custo.
Cromatografia de papel: É um processo
idêntico ao anterior, mas neste caso trata-se
uma cromatografia líquido-líquido. Em vez da
placa com a camada fina, usa-se como
suporte uma folha de papel de filtro e a fase
estacionária é a película de água higroscópica,
retida nas fibras de celulose.
Os componentes da mistura a separar são
colocados, em pequenas porções, sobre uma
linha de base marcada numa das extremidades
do papel. Essa extremidade é então mergulhada
num solvente líquido, que constitui a fase móvel.
O solvente vai-se deslocando de uma
extremidade à outra do papel, arrastando os
diferentes componentes da mistura a separar
com velocidades distintas, consoante a sua
afinidade com a fase móvel.
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Cromatografia de coluna: É uma cromatografia
líquido-sólido. Utiliza-se como suporte uma
coluna de vidro aberta na parte superior e
munida de uma torneira na extremidade
inferior, por onde elui o líquido. Dentro da
coluna encontra-se a fase estacionária
constituída por um enchimento sólido
normalmente de alumina ou sílica-gel. A fase
móvel é líquida. O movimento da fase líquida ao
longo da coluna ocorre por ação da gravidade. A
ordem de separação das substâncias dependerá
da sua polaridade. Na cromatografia plana é
possível medir as distâncias percorridas numa
folha de papel ou numa placa o que permitiu
definir um parâmetro chamado fator de
retardação ou Rf que se define do seguinte
modo:
Distância percorrida pela banda de soluto
Distância percorrida pela frente do solvente
Rf=
e calor
1 – Destilação
1.1 – Destilação Simples
1.2 – Destilação Fracionada
1.3 – Destilação por arrastamento de vapor
1.4 – Destilação sob pressão reduzida
2 – Secagem
3 – Cristalização
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quantidade de movimento - AGITAÇÃO
A operação é caracterizada qualitativamente por três palavras:
• Homogeneização: movimentação branda que visa uniformizar líquidos miscíveis para se conseguir
uniformidade no sistema.
• Mistura: Operação mecânica que aumenta a homogeneidade do fluido, que podem ser miscíveis ou não,
através da eliminação do gradiente de concentração, temperatura e outras propriedades.
• Agitação: Refere-se à movimentação intensa induzida de um material em forma determinada, por meio de
impulsores giratórios, dentro de um recipiente (ex: tanques).
• O objetivo é múltiplo, envolvendo: uniformização, mistura, suspensão de um sólido num líquido, dispersão
de gás num líquido, promoção da turbulência necessária para acelerar os processos de transferência de calor e
massa.
Operações que
envolvem transferência
de quantidade de
movimento - AGITAÇÃO
• O agente da operação é
denominado genericamente
agitador. Em alguns casos não
há um dispositivo mecânico
instalado especificamentepara
essa finalidade, sendo exemplos
a agitação com ar ou nitrogénio
(azoto) e os misturadores
estáticos.
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Principais tipos de operação de mistura:
- Misturar líquidos miscíveis;
- Dispersão de líquidos imiscíveis;
- Dispersar um gás num líquido;
- Promover transferência de calor;
- Promover transferência de massa;
- Reduzir aglomerados de partículas;
- Acelerar reações químicas.
- Obter materiais com propriedades diferentes daquelas do material originário;
- Aquecer ou resfriar soluções.
quantidade de movimento - DECANTAÇÃO
• A decantação é um processo que permite separar misturas heterogéneas de um sólido com um líquido ou
de dois líquidos não miscíveis.
• A técnica baseia-se na diferença de densidade entre os componentesda mistura.
• Numa mistura sólido-líquido, a mistura é deixada em repouso e com o tempo a parte sólida deposita-se
no fundo do recipientepor ação da gravidade num processo que se designa por sedimentação.
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1 - Extração Líquido-Líquido
2 - Extração Sólido-Líquido
3 – Absorção
4 – Adsorção
5 – Coagulação
6 – Floculação
7 – Osmose
8 – Diálise
9 – Ultrafiltração
e calor
1 – Destilação
1.1 – Destilação Simples
1.2 – Destilação Fracionada
1.3 – Destilação por arrastamento de vapor
1.4 – Destilação sob pressão reduzida
2 – Secagem
3 – Cristalização
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