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
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.
Extração Líquido-Líquido
Mistura líquida A +B
Após atingir o equilíbrio
Mistura Líquida C+B
Duas fases coexistem em equilíbrio
Mistura líquida A +B
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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
Alimentação de Solvente
S, C
Alimentação de Líquido
F, A, B
Saída de líquido
Rico em Solvente
E, A, B, C
Saída de Líquido
Rico em Portador
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.
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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
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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
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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.
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A) Fatores que caracterizam a separação:
Seletividade - se traduz como a facilidade que o
solvente tem de dissolver determinado componente
em detrimento de outro.
 
( fração _ massica _ de _ B _ em _ E ) / ( fração _ massica _ de _ A _ em _ E )
( fração _ massica _ de _ B _ em _ R) / ( fração _ massica _ de _ A _ em _ R)
•  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.
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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
Extração
Condensador total
Destilação
Tambor de
refluxo
F
VN
Overhead vapor
Estágios da seção de
Retificação
1
2
Refluxo
Alimentação
Estágios da seção de
Stripping
!
2
Destilado
Estágio de alimentação
Refervedor parcial
Fundos
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D
N-1
N
Boilup
N
C
LN
Solvente
VC
Estágio
de
Equilíbrio
LíquidoSe 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
Líquido Ternário
concentração pequena de portador:
Extração Líquido-Líquido
Alimentação de solvente
S, XC(S),T, P
Alimentação de líquido
F, XA(F), XB, T, P
Saída de Extrato
E, XA (E), XB (E), XC (E), 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.
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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
Estágio de Equilíbrio Líquido-Líquido
Ternárionele.
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
Saída de Rafinado
F, XA(F), XB, T, P
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.
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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
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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.
[20% C, 20% B, 60% A]
C
[94% C, 3% B, 3% A]
[33% C, 33% B, 33% A]
[30% C, 70% B]
[100% A]
A
B
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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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!