EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO Profa. Kelly Tafari Catelam Operações Unitárias Tecnologia em Biocombustíveis IFSP Matão

Nomenclatura A = inerte B = soluto S, C = solvente F = alimentação E = extrato R = refinado ou rafinado E, R, S e F = vazões mássicas

Extração Líquido-Líquido Adição do solvente C Na extração líquido-líquido o soluto (B) inicialmente dissolvido em um solvente (A), também chamado de portador, se transfere para um solvente (S) denominado solvente de extração. A adição do solvente de extração em quantidade adequada promove a formação de duas fases líquidas. Mistura líquida A +B Após atingir o equilíbrio Mistura líquida A +B Mistura Líquida C+B Duas fases coexistem em equilíbrio

Estágio de Equilíbrio Líquido-Líquido Ternário Extração Líquido-Líquido Ternária Neste caso: • Nós criamos duas fases líquidas introduzindo um solvente (C) para uma mistura líquida de um solvente portador (A) e um soluto (B) O Solvente de (C) e portador (A) têm muito pouca solubilidade um em relação ao outro. Extração Líquido-Líquido Saída de líquido Rico em Solvente Alimentação de Solvente E, A, B, C S, C Saída de Líquido Rico em Portador Alimentação de Líquido F, A, B R, A, B, C Define-se o rafinado como a fase que sai rica em portador. Define-se o extrato como a fase que sai rica em solvente.

Extração Líquido-Líquido A técnica de extração por solvente é justificada quando, por qualquer circunstância, a destilação for inadequada. Por exemplo: - Soluto for sensível ao calor - Apresentar concentração muito baixa; - Separação for difícil por razões termodinâmicas; Nestes casos a extração poderá ser apropriada. Na extração, a facilidade da separação não é determinada pela volatilidade relativa, mas sim pelo coeficiente de distribuição. O coeficiente de distribuição é uma razão entre concentrações. K=coeficiente de distribuição= concentração de B em E= C1 concentração de B em R C2

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA.   A temperatura faz a região de duas fases se expandir ou contrair e dependendo do sistema, pode inclusive haver mudança do tipo de sistema para outro. Idealmente, a temperatura de extração deve ser tão alta ou tão baixa que o solvente seja totalmente imiscível com o rafinado e totalmente miscível com o extrato. Isto pode ser antieconômico, por exemplo, essa temperatura pode ser tão baixa que exija a utilização de materiais especiais ou tão elevada que exija a operação em uma pressão muito alta para manter os componentes líquidos. Pode se prever o efeito da temperatura em um sistema ternário pelo efeito da mesma em cada sistema binário individualmente. Em geral, uma redução da temperatura do sistema se traduz por uma diminuição na zona de miscibilidade e um aumento de seletividade do solvente.

ESCOLHA DO SOLVENTE. NA escolha do solvente existem vários princípios que podem ser usados como regra: - fatores que caracterizam a separação; - fatores importantes para o funcionamento do equipamento de extração; - fatores econômicos.

A) Fatores que caracterizam a separação:   Seletividade - se traduz como a facilidade que o solvente tem de dissolver determinado componente em detrimento de outro.  deve ser sempre maior que 1. Se =1 não podemos efetuar a separação.

B) Fatores importantes para o funcionamento do equipamento:  DENSIDADE: A diferença de densidade entre as fases contatadas é essencial e deve ser a maior possível.

Viscosidade Deve-se escolher um solvente de viscosidade baixa a fim de se evitar o arraste de gotículas da fase dispersa e aumentar a capacidade dos extratores. Quanto < a viscosidade  Menores potenciais para bombeamento e agitação, rápida extração, rápida separação e altas taxas de transferência de calor e massa.

Fatores Econômicos - O solvente não deve ser caro, tóxico, inflamável, corrosivo e instável quimicamente. - Deve ter baixo ponto de fluidez e alto ponto de fulgor. - Deve ser possível sua recuperação (separação de solvente, do extrato e do rafinado). - O solvente e o soluto não devem formar azeótropos.

Analogia entre Extração e Destilação Condensador total Extração Destilação Tambor de refluxo F VN C VC Overhead vapor ! 1 Estágios da seção de Retificação Refluxo 2 Destilado 2 D Alimentação Estágio de alimentação N-1 Boilup N N Estágios da seção de Stripping Refervedor parcial LN Solvente Fundos

Estágio de Equilíbrio Líquido-Líquido Ternário Se o solvente e portador tiverem um pouco de solubilidade um no outro, então o rafinado terá uma quantia pequena de solvente e o extrato terá uma concentração pequena de portador: Extração Líquido-Líquido Alimentação de solvente Saída de Extrato S, XC(S),T, P E, XA (E), XB (E), XC (E), T, P Alimentação de líquido F, XA(F), XB, T, P Saída de Rafinado R, XA (R), XB (R), XC (R), T, P O rafinado é a fase que sai rica em portador. O extrato é a fase que sai rica em solvente.

Estágio de Equilíbrio Líquido-Líquido Ternário Se o solvente e soluto não tiverem nenhuma solubilidade um com o outro, então o rafinado não conterá nenhum solvente e o extrato não terá soluto contido nele. Todo Solvente sai no Extrato Extração Líquido-Líquido Alimentação de Solvente Saída de Extrato S, XC(S),T, P E, XB (E), XC (E), T, P Alimentação de Líquido F, XA(F), XB, T, P Saída de Rafinado R, XA (R), XB (R), T, P Todo soluto sai no Rafinado O rafinado é a fase que sai rica no soluto. O extrato é a fase que sai rica em solvente.

Diagramas de Fase Ternários C É conveniente construir diagramas de fase ternários em um Triângulo de Gibbs (mostrado a direita). Note que as variáveis para estes diagramas são apenas a composição, sendo a pressão e temperatura constantes. A B

As composições são lidas como segue: Desenhe três linhas no ponto de composição paralelas às linhas de composição. Leia as composições nos três eixos. Nota: Só duas frações molares são necessárias (use a terceira para checar). As composições podem ser frações de moles ou frações de massa. C [94% C, 3% B, 3% A] [33% C, 33% B, 33% A] [20% C, 20% B, 60% A] [30% C, 70% B] [100% A] A B

Exemplos Purificação de biodiesel Separação do biodiesel da glicerina

Purificação do Biodiesel O biodiesel pode ser definido como sendo um monoalquil éster de ácidos graxos derivado de fontes renováveis, como óleos vegetais e gorduras animais, obtidos através do processo de transesterificação. Além dos ésteres, a corrente de saída do reator de transesterificação contém a glicerina (subproduto da reação), excesso de álcool, água e poucas quantidades do catalisador. De acordo com o grau de solubilidade destes compostos, pode-se ter como efeito que quantidades consideráveis de ésteres (biodiesel) fiquem na fase rica em glicerina e que a fase rica em ésteres contenha uma importante quantidade de impurezas. Devido a este comportamento torna-se necessário entender os equilíbrios de fases líquido-líquido formados com as misturas envolvidas para poder proceder com a purificação do biodiesel. Tais dados não são encontrados na literatura atualmente, assim, inviabilizam o real entendimento da separação de fases bem como a construção de plantas virtuais e a realização de simulações computacionais

OBRIGADA!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!