PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA
DO RIO GRANDE DO SUL
Mesa Redonda:
Extração, Controle de Qualidade,
Utilização e Mercado de Óleos
Essenciais
Eduardo Cassel
IV SBOE – Fortaleza - 2007
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de Óleos
Essenciais
Cadeia Produtiva dos Óleos Essenciais
Fracionamento
Setor Primário
Substâncias Ativas
Extrações
Processo Produtivo
Aplicações
Controle Analítico
Comercialização
Sustentabilidade
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de Óleos
Essenciais
Cadeia Produtiva dos Óleos Essenciais
Fracionamento
Setor Primário
Substâncias Ativas
Extrações
Processo Produtivo
Aplicações
Controle Analítico
Comercialização
Sustentabilidade
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Processos Extrativos de Óleos Essenciais
estudo, scale up, produção
– processos em escala laboratorial;
– processos em escala piloto;
– processos em escala industrial
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Processos Extrativos dos Óleos Essenciais
– hidrodestilação;
– destilação por arraste a vapor;
– extração com fluidos supercríticos;
– extração com solventes orgânicos;
– extrações por microondas;
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Fluxograma de Processo
Destilação por Arraste a Vapor
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Fluxograma de Processo
Destilação por Arraste a Vapor
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Caldeira – Geração de Vapor
– Combustível
• resíduos agrícolas;
• óleo combustível;
• lenha;
– Água
• origem;
• tratamento químico;
– Vapor
• temperatura;
• pressão;
– Rede de Vapor
• isolamento;
• distância.
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Fluxograma de Processo
Destilação por Arraste a Vapor
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Vasos Extratores
– Material de Construção;
– Instrumentação
• manômetros;
• sensores de temperatura;
• Controladores
– digitais
– analógicos;
– Capacidade:
• massa de planta;
• vazão de vapor;
Tekton-Óleos Essenciais
Viamão - RS
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Transferência de Massa
A eficiência transferência de massa
entre o solvente e a matéria-prima está
diretamente relacionada com a
capacidade de distribuição do vapor no
interior do tanque de extração,
aumentando a área de contato entre a
superfície da matéria-prima sólida e o
solvente no estado vapor.
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Transferência de Massa
Porosidade do Leito
Difusão de Gases
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Extração 1
Planta Aromática:
Capim Citronela
Massa de Planta:
353 kG
Volume Extraído:
2180 mL
Rendimento:
6,176 mL/kG
Tempo de Extração:
7117 s
Pressão:
1,15 kgf/cm2
Temp. Saída do Extrator:
120°C
Extração 2
Planta Aromática:
Capim Citronela
Massa de Planta:
442 kG
Volume Extraído:
3305 mL
Rendimento:
7,447 mL/kG
Tempo de Extração:
7129 s
Pressão:
1,15 kgf/cm2
Temp. Saída do Extrator:
120°C
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Controle dos Vasos Extratores
– Controle da pressão na entrada do
extrator;
– Controle da pressão na saída do extrator:
Pextrator = pH 2O + pOE
• uso de modelos termodinâmicos (equações de
estado) para predizer a pressão para a mistura
água + óleos essenciais em função da
temperatura
– Temperatura na saída do extrator;
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Controle dos Vasos Extratores
– Controle da pressão e temperatura na
saída do vaso extrator
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Processo Difusivo
(I) Taxa de Extração Constante
(II) Aproximação do Valor Limite
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Modelagem Matemática do Processo
•
•
•
•
•
processo é regulado pela 2ª Lei de Fick
modelo unidimensional;
geometria retangular;
dependente do tempo;
óleo como constituinte único com distribuição
homogênea.
∂ 2cA
∂x
2
1 ∂c A
=
D ∂t
in 0 ≤ x ≤ L
• D – coeficiente de difusão efetivo
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Modelagem Matemática de Processo
−
( 2 m +1) 2 π 2 Dt
(1 − e
2
m A (t ) m∑
(
2
m
+
1
)
e(t ) =
= =0 ∞
1
m A (∞ )
∑
2
(
2
m
+
1
)
m =0
∞
•
•
•
•
•
•
L2
)
e(t) - grau de evolução da extração;
m(t) – massa de óleo essencial extraída;
m(∞) – massa de óleo essencial máxima extraída;
D – coeficiente de difusão efetivo.
L – altura do leito
t – tempo de extração
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Modelagem Matemática de Processo
∑ e(t )
exp
− e(t )cal → 0
2
Ajuste de D – coeficiente de difusão efetiva
Curva de Extração – Rendimento x Tempo
m(t )
rendimento(t ) =
massa de planta
Extração Laboratorial de Óleo Essencial de Citronela
t(s)
0
180
360
540
720
990
1260
1530
2160
3960
5400
6840
m(g)
0
0.085
0.170
0.340
0.425
0.510
0.595
0.680
0.765
0.850
0.935
1.020
e
0
0.0833
0.1667
0.3334
0.4167
0.5000
0.5834
0.6667
0.7500
0.8334
0.9167
1.0000
yield
0
0.002125
0.004250
0.008500
0.010625
0.012750
0.014875
0.017000
0.019125
0.021250
0.023375
0.025500
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Extração Laboratorial de Óleo Essencial de
Citronela (Cymbopogon winterianus)
0,03
Yield(Kg/Kg)
0,025
0,02
0,015
Diffusional Model
0,01
Experimental
Data
0,005
0
0
20
40
60
80
Time(min)
D = 1.23x10-11m2/s
100
120
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Extração Laboratorial x Extração Industrial
0,007
Rendimiento (kg/kg)
0,006
0,005
0,004
0,003
Modelo difusional (escala
industrial)
0,002
Datos Industriales
0,001
Modelo Difusional (escala
laboratorial)
0
0
1000
2000
3000
4000
Tiempo (s)
5000
6000
7000
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Fluxograma de Processo
Destilação por Arraste a Vapor
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Condensadores
– Tipos:
• serpentina;
• casco tubo;
– Disponibilidade
de Água;
– Temperaturas:
•
•
•
•
•
•
entrada vapor;
saída água + óleo;
entrada água fria;
saída água quente;
coeficientes de transferência;
área de troca térmica.
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Fluxograma de Processo
Destilação por Arraste a Vapor
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de
Óleos Essenciais
Separadores Líquido - Líquido
– Temperatura
– Dados de Equilíbrio:
• fase óleo;
• fase água;
– Separação:
• aberto;
• fechado;
• tempo de separação.
Extração, Controle de Qualidade, Utilização e Mercado de Óleos
Essenciais
Cadeia Produtiva dos Óleos Essenciais
IB - UCS
Fracionamento
Setor Primário
LOPE
UdeLitoral – Argentina
Tekton Óleos
LOPE
Extrações
Aplicações
Processo Produtivo
FFARM - PUCRS
FF - UFRGS
IB - UCS
Controle Analítico
UdelaR – Uruguai
IQ – UFRGS
IB - UCS
Comercialização
Sustentabilidade
DEQ - PUCRS
Desenvolvimento de Software Gerencial de Unidades Industriais
Produtoras de Óleos Essenciais
Contatos
Eduardo Cassel
[email protected]
Laboratório de Operações Unitárias
• www.pucrs.br/feng/quimica/lope/lope
Curso de Especialização em Óleos Essenciais
• http//www.pucrs.br/oleosessenciais