Extração por Solvente: Princípios e Aplicações

Introdução Separação de dois líquidos miscíveis A B Contato com um segundo solvente líquido C Os componentes da mistura A e B são solúveis em diferentes graus no solvente Na situação ideal o componente a ser extraído A é solúvel no solvente C e o outro componente é insolúvel B Introdução Também denominada extração por solvente SOLUTO A substância de interesse DILUENTE B substância com a qual o soluto forma a diluição original SOLVENTE C substância utilizada para extrair o soluto EXTRATO solvente mais soluto CA REFINADO solução inicial extraída o soluto AB Diagrama de Equilíbrio Composição da fase mais rica em C extrato presença apenas da substância A mistura binária com 60 de A e 40 de B mistura 50 de A 20 de B e 30 de C região onde duas fases líquidas estão em equilíbrio Composição da fase mais rica em B refinado Composição global das duas fases mistura Extração em andar único Balaços de Massa E R E x x R S F S x F x x M x E x R x S x x F E R E x x R S F S x F x x M x E x R x S x x F M E R S F E C R C S C F C M C M C E C R C S C F C E A R A S A F A M A M A E A R A S A F A F E S R M 2 3 4 0 0 Regra da Alavanca Esquema da extração com solvente puro F E S R M AB C ABC ABC ABC Regra da Alavanca Balanços de Massa ENTRADA SAÍDA F S e suas respectivas composições são variáveis de projeto Podemos obter M e sua composição Pela Regra da Alavanca valores das correntes E e R S B F B M B S A F A M A S x F x x M S x F x x M S F M R B E B M B R A E A M A R x E x x M R x E x x M R E M Regra da Alavanca Conjunto de equações 20 65 47 65 20 65 20 47 M R M E MR ME E R Efeito da corrente de solvente 1 Diminuindo S solvente O ponto M é deslocado em direção a F 𝑅 𝑐𝑜𝑛𝑐 𝑑𝑒 𝐴 𝑜𝑢 𝑠𝑒𝑗𝑎 𝑹𝟐 𝑹 Se R for a concentração desejada então A qde de solvente NÃO é suficiente inferior a qde mínima 1 Aumentando S solvente O ponto M é deslocado em direção a S 𝑅 𝑐𝑜𝑛𝑐 𝑑𝑒 𝐴 𝑜𝑢 𝑠𝑒𝑗𝑎 𝑹𝟑 𝑹 A qde MÁXIMA de solvente M está sobre a linha de equilíbrio 𝐸3 𝑀3 Rrefinado e EExtrato Efeito da corrente de solvente M F E1 R1 R C A B 𝐹𝑚á𝑥 Lembrese que E fase rica em solvente R rica em diluente soluto remanescente Para que a extração possa ser realizada a alimentação deve ter concentração inferior a 𝐹𝑚á𝑥 𝐹𝑚á𝑥 é determinada pela linha que parte de S e é tangente a linha de EQ LL Extração multiandar corrente cruzada Podemos melhorar significativamente a separação num processo de extração com um solvente colocando em série vários extratores Assim obtemos um refinado mais puro ou um extrato mais concentrado Processos de extração contínuos podem ser contracorrente mais comum e corrente cruzada Exemplo corrente cruzada 100 kg de uma solução contendo AC contendo 30 de C é submetida a extração em corrente cruzada empregandose B como solvente puro A operação é realizada em 3 etapas utilizandose 50 kg de B em cada uma das etapas Determine a Quantidade e composição do Extrato e Refinado em cada uma das etapas b Quantidade e composição final de E e R c Qual a quantidade e composição do E e R se fosse feito apenas 1 batelada com 150 kg de solvente de uma só vez Extração líquidolíquido em multiandares em contínuo e em contracorrente Podese melhorar consideravelmente a separação na extração com um solvente colocando em série vários extratores O contato entre as duas correntes líquidas é efetuado numa série de andares de equilíbrio Assim podese obter um refinado mais puro ou um extrato mais concentrado O extrato é retirado em cada um dos andares e está em equilíbrio com o refinado que sai do mesmo andar e que vai entrar no andar seguinte Extração líquidolíquido em multiandares em contínuo e em contracorrente As correntes em equilíbrio que saem do mesmo andar tem o mesmo índice 𝑅𝑗 𝑒 𝐸𝑗 A corrente de refinado que saí de cada andar é alimentado no andar seguinte em contracorrente com a de extrato Notase as correntes de passagem correntes que no seu percurso passam uma pela outra Ex 𝐸1 𝑒 𝑅2 ou 𝐸2 𝑒 𝑅3 Correntes de passagem estão relacionadas por balanços de massa ao andar 1 ou ao andar 2 respectivamente Devese extrair acetona de uma solução aquosa utilizando como solvente extrator metilisobutilcetona MIK a 25 oC A alimentação da planta com fluxo contracorrentes para extração é constituída de uma mistura com 40 de acetona e 60 de água Solvente puro com quantidade igual ao da solução é utilizada como solvente extrator Determine o número ideal de estágios necessários para remover 99 da acetona da alimentação Qual a composição final do extrato Base de cálculo F 100 kgh Diagrama de extração de solução aquosa de acetona com solvente MIK Extração multiandar contra corrente Podemos melhorar significativamente a separação num processo de extração com um solvente colocando em série vários extratores Assim obtemos um refinado mais puro ou um extrato mais concentrado Processos de extração contínuos podem ser contracorrente mais comum e corrente cruzada F R0 E E1 R RN S EN1 E2 E3 R1 R2 RN1 EN Cálculos estágio a estágio para extração em contracorrente O próximo passo após o balanço global é determinar as concentrações estágio a estágio e o número de estágios N necessários para alcançar a composição requerida em R F R0 E E1 R RN S EN1 E2 E3 R1 R2 RN1 EN Equações Balanço total no estágio 1 Balanço total no estágio N Rearranjando para obter um D D 2 1 1 0 1 1 1 1 2 0 E R E R E R E R E R E R n n n n 5 6 7 E E F R 1 0 𝑅𝑁1 𝐸𝑁1 𝑅𝑁 𝐸𝑁 𝑅0 𝐸1 𝑅𝑁 𝐸𝑁1 Δ 𝑥Δ 𝑅0 𝑥0 𝑅 𝐸1 𝑥1 𝐸 𝑅𝑁 𝑥𝑁 𝑅 𝐸𝑁1 𝑥𝑁1 𝐸 𝑥Δ 𝑅0 𝑥0 𝑅 𝐸1 𝑥1 𝐸 𝑅0 𝐸1 𝑅𝑁 𝑥𝑁 𝑅 𝐸𝑁1 𝑥𝑁1 𝐸 𝑅𝑁 𝐸𝑁1 Equações Este valor de D é constante em kgh e para todos os estágios Isso também vale para um balanço de componente A B ou C Combinando as equações anteriores e resolvendo para Dx Coordenada x do ponto D 8 9 10 Equações 7 e 8 podem ser escritas como D é um ponto comum a todas as correntes As coordenadas para localizar este ponto são dadas por xCD e xAD em 10 1 1 1 0 D D D N N n n E R E R E R 11 E1 E E2 E3 S EN1 R2 R1 R0 F R RN Linhas de Operação Tielines Equilíbrio Exercício 9 Uma vazão de 450 kgh de éter isopropílico puro é usado para extrair uma solução aquosa de 150 kgh com 30 em peso de ácido acético A por meio de extração multiestágio em contracorrente A concentração de ácido na fase aquosa é 10 em peso Calcule o número de estágios necessários 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 éter C ácido acético A ácido acético A água B éter C S F R M E E1 R1 E2 R2 Ácido Acético Água Éter F S RN M E1 D R1 E2 Exercício 5 Uma solução aquosa de ácido acético contendo 340 mll de ácido é extraído com clorofórmio a 25C para recuperar o ácido A água e o clorofórmio são imiscíveis Se 10 l da solução deve ser extraída a 25C calcule a percentagem de extração de ácido obtida com 125 l de clorofórmio em a Uma batelada simples b Três extrações em batelada com um terço do solvente em cada uma Dados rA 105 gml rB 10 gml rC 149 gml M1 R1 E1 S F M2 R2 E2 M3 R3 E3 C B A 0 90 00 00 70 0 010 30 0 1 1 1 1 1 1 E C R C E B R B E A R A x x x x x x 0 92 00 00 71 0 0 08 29 0 2 2 2 2 2 2 E C R C E B R B E A R A x x x x x x 0 93 00 00 75 0 0 07 25 0 3 3 3 3 3 3 E C R C E B R B E A R A x x x x x x 357 kg de A em F 173 kg de A em R3 184 kg de A em E1 E2 E3 5154 de remoção