Profa. Kelly Tafari Catelam
Operações Unitárias
Tecnologia em Biocombustíveis
IFSP Matão
Lixiviação é um método de separação sólido-líquido que envolve solvatação preferencial
de um componente, o soluto, de uma mistura sólida em um solvente líquido.
Lixiviação Ideal
•A difusão do soluto pelo sólido é lenta e complica o processo de separação, pois o
equilibrio é dificil de ser atingido.
• A separação total da fase líquida da fase sólida é dificil.
O caso ideal ocorre quando todo A é lixiviado para fora do sólido B.
Difusão através do sólido é
lenta
lenta
C
A
B A
Exterior do
sólido molhado
A,B
Aula 8: Lixiviação Ideal
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B
Processo
 Inúmeros compostos biológicos, inorgânicos ou orgânicos
ocorrem em misturas em sólidos.
 Quando se quer separar compostos indesejáveis da fase
sólida ou obter um componente de uma fase sólida, utilizase contatar o sólido com uma fase líquida adequada. Com o
contato intimo entre as fases, o soluto se difunde através
das fases, passando para a fase líquida.
 O processo de recuperar um componente por este processo
denomina-se Lixiviação;
 o processo de lixiviação onde desejamos retirar um
componente indesejável da fase sólida denomina-se
Lavagem
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Lixiviação de substâncias biológicas
 Este processo tem sido aplicado em recuperação de
componentes de produtos alimentícios, como por exemplo:
 Obtenção de açúcar da cana ou beterraba utilizando água
quente como agente extrator;
 Produção de óleos vegetais utilizando solventes orgânicos
como hexano, acetona ou éter, extraindo por exemplo óleo de
amendoim, soja, linhaça, rícino, semente de girassol, semente
de algodão, etc.
 Na produção de café solúvel, chá instantâneo, obtenção de
tanino através de extração com água, etc.
 Em produtos farmacêuticos  extrair produtos de raízes
medicinais, etc.
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Preparação do sólido para extração
 Material orgânico e inorgânico: O método de preparação depende
da forma com que o soluto está agregado ao sólido, se está
adsorvido ou dentro de células, e também da forma com que o
solvente irá atuar, por exemplo se o solvente apresenta boa
difusividade no sólido, se há boa molhabilidade do sólido, etc.
 Por exemplo, para extração de minério, é necessário triturar o
sólido até uma granulometria adequada.
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Preparação do sólido para extração
 Materiais vegetais e animais:
 Materiais biológicos apresentam estrutura celular e normalmente o
composto desejado está contido dentro da célula.
 Neste caso, a taxa de extração pode ser comparativamente lenta devido
à resistência da parede da célula à difusão.
 Por outro lado, o processo de moagem para levar a granulometria a
níveis tais que exponha o conteúdo das células é impraticável.
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 A beterraba, por exemplo, é cortada em fatias finas para
reduzir a distância requerida para extração.
 As células da beterraba são mantidas intactas; isto permite
que o açúcar atravesse a membrana semipermeável
enquanto que as albuminas e outros produtos coloidais
indesejáveis não atravessam a membrana.
 A parede celular de semente de soja assim como de vários
outros produtos vegetais sofrem ruptura quando o material
original tem sua dimensão reduzida para 0,1 mm a 0,5 mm por
meio de roletes ou lâminas. As células são menores em
diâmetro, as paredes se rompem e o óleo vegetal é facilmente
acessível pelo solvente.
 Para extração de produtos farmacêuticos, utiliza-se antes
secar o produto, o que ajuda a romper a parede celular, assim
o solvente pode agir diretamente na dissolução do soluto.
Taxas de lixívia
No processo global de lixiviação a sequência de etapas que
ocorrem é a seguinte:
- O solvente deve ser transferido para a superfície do sólido;
- O solvente deve penetrar ou difundir no sólido;
- O soluto se dissolve no solvente;
- O soluto então se difunde através da mistura solvente sólido
para a superfície da partícula;
- O soluto é transferido para o seio da solução.
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Taxas de lixívia
 Devido aos vários e diferente fenômenos encontrados,
torna-se impraticável ou impossível aplicar uma única teoria
para ação de lixiviação.
 Em geral, a taxa de transferência do solvente para a
superfície da partícula é muito rápida e a taxa de
transferência do solvente para dentro da partícula pode ser
algumas vezes rápida ou lenta.
 Em alguns casos não há uma taxa de transferência
limitando o processo de lixiviação.
 Em outros casos ainda, onde existe um esqueleto sólido,
inerte, e o soluto está contido no espaço vazio do esqueleto,
o processo de difusão pode ser descrito por uma
difusividade efetiva onde leva em consideração a
porcentagem de vazio e a tortuosidade (escoamento em
meios porosos).
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Taxas de lixívia
 Em materiais biológicos alguma complexidade pode ocorrer
devido à presença de células; em lixiviação de fatias de
beterrabas, por exemplo, em torno de 1/5 das células são
rompidas no fatiamento, então o processo para estas
células é semelhante ao processo de lavagem.
 Já nas células remanescentes, o açúcar deve se difundir
através das células. Então, o resultado é de dois processos
de transferência agindo simultaneamente e o processo não
segue um mecanismo simples de difusão, com difusividade
efetiva constante.
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Taxas de lixívia
 Com soja, o grão inteiro não pode ser lixiviado
efetivamente. A taxa de difusão do óleo de soja no grão de
soja fatiado não permite interpretação fácil, daí, o método de
projeto de extratores é dado pelo uso de experimentos de
laboratório.
 A resistência à transferência de massa do soluto da
superfície do sólido para o seio do líquido é em geral muito
pequena comparado à resistência à difusão dentro do próprio
sólido.
 Em alguns casos, a transferência de massa da superfície
sólida para o líquido controla o fenômeno.
 Não há resistência na fase sólida se o material é puro.
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Tipos de equipamentos
 Leito fixo. Usado em processo de lixiviação de
beterraba para obtenção de açúcar e também na
extração de tanino, para extração de produtos
farmacêuticos de casca de árvore e sementes e
outros processos.
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 Leito móvel. São processos utilizando estágios contra corrente
onde o leito ou estágio se move ao invés de ser estacionário.
São largamente empregados na extração de óleos de sementes
vegetais como algodão, amendoim e soja. A semente é
inicialmente descascada e algumas vezes pré-cozido, às vezes
parcialmente secas e quebradas ou cortadas. Algumas vezes o
processo de extração do óleo é acompanhado por prensagem.
O solvente usado normalmente é um produto de petróleo como
hexano.
Planta em batelada para extração de óleo de
sementes
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Extrator por Percolação
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Extratores Continuos
Extrator rotocel
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Lixiviação Ideal
Líquido isento de sólido
Solvente
C
Overflow
A,C
Underflow
A,C (liquido)
B (solido)
Alimentação de Sólido
B (inerte)
A (soluto)
Sólido-liquido
lodo
(A somente no líquido)
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Lixiviação Ideal
Overflow
L1, yL1, xL1
Solvente
yS0, xS0
Líquidos A e C
Sem Sólidos
Solvente Líquido C
Inerte B mais
soluto A
Líquidos A e C
Sólido B (insolúvel)
Sólidos
yL0, xL0
Underflow
S1, yS1, xS1
XS = soluto/(solvente + soluto) no overflow
YS = soluto/(solvente + soluto) no underflow
YI = inerte/(solvente + soluto + inerte) no overflow ou underflow
y = fração de solvente no overflow ou underflow
x = fração de soluto no overflow ou underflow
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Soluto completamente
dissolvido
Relação de sólido para
líquido no underflow é
constante
Lixiviação Ideal
Dados:
A fração de sólidos no underflow YI.
Todo o soluto esta dissolvido (lixiviação ideal).
A composição do sólido na alimentação.
A fração de sólidos no overflow YI = 0.
Nomenclatura:
XS = soluto/(solvente + soluto) no overflow
YS = soluto/(solvente + soluto) no underflow
YI = inerte/(solvente + soluto+inerte) no overflow
ou underflow
y = fração de solvente no overflow ou underflow
x = fração de soluto no overflow ou underflow
• YI = inerte/(solvente + soluto + inerte) é constante, assim, se aumentarmos a taxa de fluxo do
solvente, a taxa de fluxo do overflow aumenta enquanto o underflow permanece constante
•Se aumentarmos a taxa de fluxo de solvente, o líquido torna-se menos concentrado em soluto.
•A composição do overflow e do líquido no underflow é a mesma.
•Desde que todo o soluto esteja dissolvido, adicionando solvente apenas dilui o líquido no soluto. A
diluição é a mesma para o overflow e o líquido do underflow desde que os líquidos tenham a mesma
concentração.
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Lixiviação Ideal
y = fração de solvente no overflow ou underflow
x = fração de soluto no overflow ou underflow
Overflow:
y = solvente/(solvente+soluto)
x = soluto/(solvente+soluto)
x+y=1
y=1–x
Assim o overflow tem inclinação de –1
Underflow:
y = solvente/(solvente+soluto+portador)
x = soluto/(solvente+soluto+portador)
YI = inerte/ (solvente+soluto+inerte)
x+y+YI =1
YI é uma constante.
y = 1 – x –YI
Assim o underflow tem declive de –1
Biocombustíveis
 Óleo das Amêndoas de Tucumã do Amazonas
na
Produção
de
Biodiesel
(http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S004459672009000200015)
 Ginseng brasileiro (Pfaffia glomerata)  Grupo
da UNICAMP busca viabilizar a utilização do
ginseng brasileiro para a obtenção de
biocombustíveis
e
até
bioeletricidade
(https://www.epochtimes.com.br/nova-descoberta-permite-ampliarutilizacao-ginseng-brasileiro/#.U6GRnrFGbl8)
Biocombustíveis
 Contribuição ao estudo da extração do óleo do
pinhão manso (http://www.cbmamona.com.br/pdfs/OLE30.pdf)
 Produção integrada de biocombustíveis a partir
de biomassa algácea: uso de resíduos e
efluentes do Campus USP Capital como
subprodutos para energia
content/uploads/76.pdf).
(http://www.sga.usp.br/wp-
OBRIGADA!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!