Operações Unitárias: Extração. Profª. Camila Ortiz Martinez

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1 Operações Unitárias: Extração Profª. Camila Ortiz Martinez

2 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

3 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)

4 Extração Líquido-Líquido Separa 1 ou mais componentes de uma mistura líquida qdo não podem ser economicamente 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 fase líquida (orgânica ou inorgânica) = solvente Soluto + diluentes Extrato + rafinado Solvente (insolúvel no diluente, mas no soluto...)

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

6 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

7 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

8 Extração Líquido-Líquido MECANISMO 1) Mistura = contato = transferência 2) Separação do refinado e extrato 3) Recuperar o solvente do soluto: destilação Esquema no quadro

9 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

10 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.

11 Tipos de Extratores líquido-líquido Torres de pratos perfurados

12 Coluna de Pratos Perfurados

13 Coluna de discos Rotativos

14 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

15 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)

16 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)

17 Mecanismo: 1 2 3

18 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

19 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.)

20 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

21 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

22 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

23 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

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

25 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

26 1º ultimo

27 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 CO 2 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

28 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

29 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)