Operações

Unitárias:

Extração

Profª. Camila Ortiz Martinez

Extração

Operação Unitária que envolve transferência de massa;

Consiste em uma operação na qual um soluto ou um composto presente em uma fase (líquida ou sólida) é transferido para um solvente de extração;

Força motriz = é dada pela diferença de concentração do soluto entre as fases

Uso: É uma opção de 2ª linha (+ etapas, + cara)

O motivo pelo qual se escolhe dividir o processo em duas etapas é que, muitas vezes, é mais viável, do que apenas a destilar a mistura inicial

Aplicações

Óleo de soja Aromatizantes e óleos essenciais (cravo-da-índia, gengibre, lúpulo, salsa,

baunilha, etc.) Café Chá

Açúcar Cafeína

SOLVENTES: água, solventes orgânicos (inflamáveis), dióxido de carbono supercrítico (líquido, viscosidade, mto volátil, > 31ºC e 100 bar)

Extração Líquido-Líquido

Separa 1 ou mais componentes de uma mistura líquida qdo não podem sereconomicamente separados por destilação

Pouco voláteis (temp. mto alta e pressão mto baixa)

Componentes a separar têm a mesma volatilidade (coluna mto altas)

Comp. se decompõe na temp. usada

Comp. menos volátil que se quer separar está presente em [] mto pq

CONCEITO: composto presente na solução é transferido para uma faselíquida (orgânica ou inorgânica) = solvente

Soluto + diluentes Extrato + rafinado

Solvente (insolúvel no diluente, mas no soluto...)

Extração descontínua

Indicada quando existe uma grande diferença de solubilidade do soluto nos dois solventes

Extração contínua

solvente orgânico passa continuamente sobre a solução, levando o soluto até o balão de aquecimento (onde se concentra devido a destilação)

Processo útil para quando a diferença de solubilidade do soluto em ambos os solventes não é muito grande

Extração Líquido-Líquido

Classificação da extração:

E. de substâncias indesejáveis: soluto = impureza (qual.)

Extração dos componentes de enxofre nos derivados do petróleo

E. de subs. nobre: soluto

Extração Líquido-Líquido

MECANISMO

1) Mistura = contato = transferência

2) Separação do refinado e extrato

3) Recuperar o solvente do soluto: destilação

Esquema no quadro

Ciclo de extração

De um estágio: modelo desenhado no quadro anteriormente

Mistura + extração + decantação. Contínua ou descontínua

De múltiplos estágios: sucessão de equip. de 1 estágio

Destinar a solução a uma nova sequência de extrações = > extração, refinado mais puro

Contra corrente

Esquema no quadro

Equipamento de múltiplos estágios: mtos estágios da figura acima são incorporados

Extração líquido-líquido

Exemplos: Extração de produtos sensíveis ao calor ou pouco voláteis

Ácido acético removido de água

Fase de desidratação do álcool utilizando solvente orgânico

Desacidificação de óleo de macaúba para produção de biodiesel

Extração do hexano residual do vapor gerado na purificação do óleo de soja, indústria química e farmacêutica.

Tipos de extratores: Torres de borbulhamento, torres de pratos perfurados, torres agitadas, misturadores sedimentadores.

Tipos de Extratores – líquido-líquido

Torres de pratos perfurados

Coluna de Pratos Perfurados

Coluna de discos Rotativos

Escolha do solvente

Seletividade: facilidade (soluto)

Recuperabilidade do solvente: fácil separação do composto de interesse (< volatilidade, evitar perda do solvente, reutilização)

Densidade: alta

Tensão interfacial: nem mto elevada nem mto baixa

Reatividade química nula

Corrosividade nula

Pressão de vapor baixa

Custo

Extração sólido-líquido (lixiviação)

Conceito: extração de um constituinte solúvel de um sólido

Método é determinado:

pela proporção de componentes solúveis

pela sua distribuição no sólido

pela natureza do sólido

Pelo tamanho das partículas

Se o soluto estiver distribuído uniforme/ete: entrará na camada exterior primeiro, será progressivamente + difícil e a velocidade caíra (estrutura porosa)

Se o soluto estiver em grande quant.: estrutura pode quebrar-se (acesso)

Extração sólido-líquido (lixiviação)

Fases:

1) Mudança de fase do soluto: dissolução

2) Difusão por meio do solvente p/ exterior da partícula

3) Transferência do soluto em contato com a partícula para o globo principal da solução

As etapas 2 e 3 podem limitar a velocidade

Alguns casos: soluto em bolsas isoladas impermeáveis ao solvente (triturar)

Se o sólido tiver estrutura celular: veloc. + baixa (paredes = resistência)

Extração de açúcar de beterraba: paredes impedem extração de compostos indesejáveis (fatias compridas)

Mecanismo:

12

3

Extração sólido-líquido (lixiviação)

A escolha do equipamento dependerá dos fatores que determinam a velocidade

Se difusão pela estrutura é lenta: material de pqno tamanho

Se difusão da superfície para o globo é lenta: elevado grau de agitação do fluido

Fatores que influenciam a velocidade de extração

Dimensão da partícula:

< partícula: > área interfacial = > vel. = < distância

Material mto fino:

circulação do líquido pode ser impedida

Mais difícil: separação das partículas e escoamento do resíduo

Gama de tamanhos deve ser estreita = mesmo tempo de extração

Fino: ode alojar-se dentro das partículas >s e impedir o fluxo

Solvente

Bom solvente seletivo

Viscosidade

Usa-se inicial/ete solvente puro

Qdo a extração prossegue:

[ ] soluto vai aumentar e vel. diminuir (visc.)

Fatores que influenciam a velocidade de extração

Temperatura: > temp.: > solubilidade e > veloc. > temp.: > coeficiente de difusão Limite superior da temp.: ação de enzimas < 100ºC

Extração de componentes indesejáveis E danificações dos componentes químicos e físicos do material extraído

Agitação do fluido Aumenta a difusão turbilhonar Transf. p/ globo Part. finas: evita sedimentação e melhor uso da superfície interfacial

Tempo

Uso

Indústria farmacêutica (muitos produtos são obtidos por lixiviação de raízes de plantas, talos e folhas)

Extração do óleo de soja, usando hexano como solvente

Equipamentos

Lixiviação em leitos fixos: Este equipamento é utilizado na indústria de açúcar de beterraba, na extração de produtos farmacêuticos a partir de casca e sementes

Equipamentos

Lixiviação com camas móveis: vários tipos

Lixiviar em fase contracorrente, em que a cama ou o estágio é móvel e não fixo.

Óleo de sementes vegetais, como algodão, amendoim e soja.

No processo:

Remover a casca das sementes

Secos e esmagados em flocos com rolos

Compressão

Os solventes são geralmente produtos derivados petróleo, tais como o hexano

A solução final de micelas de solventes conter alguns sólidos finos em suspensão

(a) Tipo caçamba extrator Bollman(b) Tipo Hildebrant

Equipamentos

Lixiviação agitada do sólido:

Fases em contra corrente

O solvente é adicionado à primeira fase

Alimentos sólidos entram na última fase, onde entram em contato com o solvente da fase anterior, para passar para o sedimentador.

Os raspadores: lento rotativo

Os sólidos ainda contem alguns líquidos que é bombeado como uma suspensão para o próximo tanque

1º

ultimo

Absorção e dessorção de gases

Absorção: componente solúvel do gás para um líquido

Gás borbulhado ou passa por cima da corrente líquida (superfície):

Coluna ou recheio ou cair de uma bandeja para a outra (fluxo gás)

Ex: borbulho de hidrogênio através do óleo (solidificação), e CO2 em bebida

Dessorção: gás transferido do líquido para a fase gasosa ( ≠a de [ ] )

Desodorização de óleos e gorduras

Remoção de aromas indesejáveis da nata antes de produzir a manteiga

Contato e Tempo

Adsorção

Constituinte de um fluido (gás ou líquido) p uma fase sólida

Recuperação do composto de interesse

Usualmente: forças físicas

Ex: adsorção de vapores orgânicos pelo carvão

Indústria: leito fixo adsorvente, descontínuo

Adsorção (métodos especiais)

Peneiras moleculares

Separação por:

Dimensões moleculares

Polaridade

Saturação de ligações carbônicas

Úteis na secagem de gases e líquidos

Retenção de solutos por:

Troca iônica (água ultrapura, recuperação de antibióticos de mostos)

Clatratação: clatrato atrai e retém moléculas com forma particular (propriedades quase idênticas)

CAROS em reação ao carvão e sílica gel (uso qdo necessário)