Aula 05 - Extração Líquido-Líquido

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EXTRAÇÃO
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EXTRAÇÃO
Processo de separação baseado nas diferenças de 
solubilidade. O soluto é transferido de solvente para 
outro solvente.
Conceito
É a separação dos constituintes de uma solução líquida 
ou de um sólido pelo contato com um outro líquido 
imiscível ou parcialmente imiscível. 
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EXTRAÇÃO
Processo de separação baseado nas diferenças de 
solubilidade. O soluto é transferido de solvente para 
outro solvente.
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EXTRAÇÃO
• A Operação de Extração é uma operação de
separação/purificação muito comum na indústria.
• As alimentações são misturas sólidas, ou líquidas, às
quais se pretende retirar o soluto, seja para o obter
num estado mais puro por constituir o produto objeto
do processo, seja por corresponder a uma impureza da
alimentação que é necessário eliminar. 4
• Se a alimentação for uma mistura sólida o processo
pode ser designado por lixiviação (leaching), lavagem
ou extração sólido/líquido.
• A operação denominada Extração Líquido- Líquido é
empregada nos processos de separação de um ou mais
compostos de uma mistura líquida.
EXTRAÇÃO
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EXTRAÇÃO
Extração líquido-líquido ou extração por solvente
Retirada de um ou mais componentes de uma mistura líquida
usando um solvente líquido.
No caso ideal, o componente desejável a ser extraído é solúvel no solvente de extração, e os
outros componentes são insolúveis.
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O equilíbrio é alcançado quando o potencial químico do
soluto é o mesmo nas duas fases.
Esta relação levou a definição do Coeficiente de
distribuição (K)
C1 e C2 são as concentrações do soluto no equilíbrio entre as duas
fases.
K – expressão da preferência relativa do soluto pelos solventes
Extração líquido-líquido
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• A alimentação líquida (F) é misturada com o solvente da
extração (S) e o soluto dessa alimentação vai distribuir-
se de forma desigual entre as 2 fases (o solvente que se
adicionou e o diluente da alimentação), passando,
preferencialmente, para o novo solvente adicionado.
• O grau de separação que pode ser aumentado com o
uso de estágios múltiplos.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO - LÍQUIDO
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EXTRAÇÃO
A alimentação líquida é misturada com o solvente da extração e o soluto dessa
alimentação vai distribuir-se de forma desigual entre o solvente que se adicionou
e o diluente da alimentação, passando, preferencialmente, para o novo solvente
que se adicionou.
Solvente e diluente devem ser o mais imiscível possível
(total ou parcialmente imiscíveis).
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UM ESTÁGIO
SOLVENTE
REFINADO
ALIMENTAÇÃO
EXTRATO
R , x1
Solução
/refinado
(rico no 
diluente)
E , y1
Extrato
(rico no solvente)
S, ys
Solvente
F, xF
Alimentação
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EXTRAÇÃO LÍQUIDO - LÍQUIDO
Pode ser usada para remover componentes indesejáveis
de uma mistura ou para retirar um soluto de interesse
presente em uma mistura.
Os solventes podem ser parcialmente solúveis ou, nos
casos mais simples, insolúveis entre si.
Nos parcialmente imiscíveis, pela regra das fases F pode
ser igual a 3. Variáveis ind.: T, P e composição de 1
componente.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO - LÍQUIDO
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Geralmente extrações são melhores que destilação nos seguintes
casos:
– Separação termodinamicamente difícil
a) os componentes a serem separados são pouco voláteis – seria
necessário, então, utilizar processos com temperaturas muito
altas, combinadas com pressões muito baixas, com a finalidade
de conseguir a separação desejada;
b) os componentes a serem separados têm aproximadamente as
mesmas volatilidades – neste caso, seria necessária a utilização
de colunas de destilação com um número muito grande de
estágios de separação (pratos), consequentemente torres muito
elevadas, a fim de conseguir a separação desejada;
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c) Soluto sensível ao calor - os componentes são susceptíveis à
decomposição – os compostos ou componentes a serem
separados sofrem decomposição quando atingem a temperatura
necessária para a separação;
d) Soluto em concentração baixa -o componente menos volátil que
se quer separar está presente em quantidade muito pequena –
não seria economicamente viável, em tal situação, vaporizar
toda a mistura líquida para obter o produto desejado.
EXTRAÇÃO
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Equilíbrio líquido-líquido
Os solventes podem ser parcialmente solúveis 
Diagrama Ternário - triângulo equilátero ou retângulo -
sistemas ternários (C+A+B).
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Equilíbrio líquido-líquido
h = a+b+c
a/h = x1
b/h = x2
c/h = x3
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Este é um diagrama ternário a curva de equilíbrio
líquido/líquido (Curva de Solubilidade ou Binodal) que é o
locus de todas as correntes de extrato (zona direita da
curva) e de refinado ou resíduo (zona esquerda da curva)
em equilíbrio.
Os vértices do triângulo correspondem aos
componentes puros (A, B, C),
e os lados às misturas binárias.
Equilíbrio líquido-líquido
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No diagrama triangular as composições são normalmente
dadas em frações mássicas.
O ponto P é designado por Ponto
Crítico ou Plait Point: extrato e
resíduo em equilíbrio com a
mesma composição  o que
implica que, para estas
condições, a extração é
impossível.
Figura 1: Diagrama triangular 
(curva binodal e tie-lines). 
Equilíbrio líquido-líquido
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No diagrama triangular estão também representadas as
linhas que unem os extratos e os resíduos em equilíbrio, as
quais se designam por Tie-Lines.
A curva de equilíbrio e as 
respectivas tie-lines
traçam-se, normalmente, 
com base em resultados 
experimentais.
Figura 1: Diagrama triangular 
(curva binodal e tie-lines). 
Equilíbrio líquido-líquido
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Diagrama triangular 
(curva binodal e tie-lines). 
Equilíbrio líquido-líquido
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A: diluente
B: solvente
C: soluto
Equilíbrio líquido-líquido
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A: MIK
B: H2O
C: acetona
Separação do ácido acético da água usando o de acetato de etila como
solvente (o ácido acético com elevado grau de pureza usa-se na
produção de ésteres ou de acetato de celulose).
Figura 4: Diagramas de equilíbrio para o ácido acético. 
Equilíbrio líquido-líquido
21 Diagrama triangular (curva binodal e tie-lines). 
Equilíbrio líquido-líquido
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Sistemas com duas ou três zonas de
miscibilidade parcial. Os pares 1-3 e 1-2
são parcialmente imiscíveis.
Equilíbrio líquido-líquido
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Equilíbrio líquido-líquido
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A medida que aumenta a temperatura a
solubilidade mútua dos componentes
aumenta (geralmente) devido à
agitação molecular.
Equilíbrio líquido-líquido
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Como obter experimentalmente a curva binodal e
respectivas tie-lines?
• Preparar uma solução de A+C e juntar lentamente B até
surgir turvamento. A composição da mistura nesse
momento fornece um ponto da binodal.
• Para traçar as tie-lines é necessário preparar misturas
ternárias na zona de miscibilidade parcial, deixá-las
repousar para que ocorra a separação das duas fases em
equilíbrio, recolher amostras de cada fase e efetuar a sua
análise química.
Equilíbrio líquido-líquido
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Outra forma de representar o equilíbrio líquido/líquido é
traçar a Curva de Distribuição onde se representa a fração
mássica de soluto no extrato em função da fração mássica
de soluto no resíduo.
A curva de distribuição pode obter-se diretamente a partir
do diagrama ternário como indicado na Figura 3. A forma da
curva de distribuição depende do tipo de binodal.
Equilíbrio líquido-líquido
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Figura 3: Curva de distribuição 
(construção a partir do diagrama ternário).
Equilíbrio líquido-líquido
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Equilíbrio líquido-líquido
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Aplicação da operação de extração:
- Recuperação do ácido acético de efluentes aquosos;
- Remoção dofenol na produção de policarbonato;
- Produção de essências para o fabrico de perfumes ou
aditivos alimentares;
- Produção de piridina para fins farmacêuticos, etc.
EXTRAÇÃO
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Outros ácidos carboxílicos são normalmente purificados
por extração, utilizando-se, em alguns casos, como
solvente, o benzeno.
Na purificação de misturas aquosas de alcoóis também se
pode recorrer à extração para ultrapassar o ponto
azeotrópico. Outra aplicação comum da extração é na
purificação de aminas e também na produção de
perfumes e essências.
EXTRAÇÃO
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O processo produção e alimentos a operação de extração é
utilizada em escala industrial com emprego do dióxido de
carbono ou gás carbono (CO2) supercrítico como solvente da
extração. O dióxido de carbono é o mais utilizado devido a sua
baixa toxidez, não poluente, inerte e de fácil disponibilidade. A
extração é utilizada em alimentos para a separação de
diferentes compostos dos mesmos como: pigmentos (frutas e
vegetais), capsaicina da pimenta (sabor, aroma), vitamina E
(tocoferóis dos tecidos de vegetais e frutas), óleos essenciais
(limão, mostarda, alho, cebola), cafeína, flavorizantes em geral,
extrato de beterraba, azeite de oliva, etc.
EXTRAÇÃO - alimentos
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EXTRAÇÃO - alimentos
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A = diluente, C=soluto, B = solvente de extração
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Extração líquido-líquido
mistura
Solvente (B)
Refinado 
Extrato 
Alimentação
(A + C)
Extração líquido-líquido
- Pode ser em batelada ou contínuo em corrente cruzada ou
contracorrente,
- Consistem em tanques de agitação seguidos de tanques de
decantação ou torres de extração.
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Extração líquido-líquido
Extração em um único estágio
Neste tipo de equipamento, os líquidos são misturados, ocorre
a extração e os líquidos insolúveis são decantados.
Esta operação poderá ser contínua ou descontínua.
EXTRAÇÃO
UM ESTÁGIO
SOLVENTE
REFINADO
ALIMENTAÇÃO
EXTRATO
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De múltiplos estágios
- Ao refinado produzido adiciona-se nova porção de solvente.
- Será possível extrair mais soluto da solução e o refinado se
tornará ainda mais puro.
- Quanto maior o número de estágios, maior será a extração.
- Se, ao invés de ser utilizado solvente novo e puro para cada
caso, um sistema em contracorrente, for empregado, o
solvente puro entrará em contato com a carga em
contracorrente e tem-se então um sistema de múltiplos
estágios, que formam uma sucessão de estágios simples.
EXTRAÇÃO
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• Cada conjunto misturador-decantador corresponde a um
estágio ou andar do processo.
• São equipamentos de grande porte e, como tal, o número
de unidades não pode ser muito elevado.
EXTRAÇÃO
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misturador-decantador
EXTRAÇÃO
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• Quando o número de estágios necessários é muito elevado a
extração tem de ser conduzida em colunas de extração.
• Estas colunas podem ser estáticas ou agitadas.
EXTRAÇÃO
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Coluna de extração
liquido-líquido
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Coluna de extração liquido-líquido
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Coluna de extração para recuperação e purificação de aditivos alimentares
EXTRAÇÃO
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PROJETO DE COLUNAS DE EXTRAÇÃO 
• Definição do solvente
• Determinar do número de estágios de equilíbrio, e as
condições de operação (pressão e temperatura),
• Determinar a altura e do diâmetro da coluna ou das
características do sistema misturador/decantador.
EXTRAÇÃO
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EXTRAÇÃO
Extração em estágio único 
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F (alimentação)
xF E (extrato)
y1
R (refinado)
x1
S (solvente)
ys
EXTRAÇÃO
Extração em estágio único 
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F (alimentação) – solução da qual os diversos solutos são
extraídos.
Solvente – líquido que é misturado à alimentação com o
objetivo de extrair o soluto.
Extrato – solvente carregado (rico) no(s) soluto de interesse
Refinado – líquido residual da extração do qual o(s)
soluto(s) foi(ram) removido(s)
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Notação
Se A for imiscível em B
• F “alimentação” = massa de (A+C)
• S “solvente” = massa de (B) ou massa de (B+C)
• E “extrato” = massa de (B+C)
• R “refinado” = solução efluente = massa de (A+C)
• x fração mássica de C no efluente R (refinado) ou no afluente F (alimentação)
• y fração mássica de C no efluente E (extrato) ou no S (solvente).
Se A for parcialmente miscível em B
Em todos os fluxos - F, S, R e E - pode-se ter (A+B+C).
EXTRAÇÃO
No caso de A e B serem totalmente imiscíveis a curva de distribuição
deve ser representada em termos de coordenadas isentas de soluto,
Y=f(X), onde:
- Razão mássica de soluto no extrato:
- Razão mássica de soluto no resíduo:
dado que os extratos não arrastam A e os resíduos não arrastam B.
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Extração líquido-líquido
X
• Se o solvente B e o diluente A da alimentação são
totalmente imiscíveis, os balanços mássicos vão ser
escritos em termos das razões mássicas (X e Y) e de
caudais isentos de soluto (A e B).
• Assim, para o caso de um só estágio o balanço mássico
ao soluto é:
XF F + Ys S = X1 R + Y1 E
EXTRAÇÃO
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EXTRAÇÃO EM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS –
CORRENTE CRUZADA
Neste modo de operação existe uma corrente de
solvente fresco que entra em cada estágio.
EXTRAÇÃO
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EXTRAÇÃO
F e Si são os caudais mássicos das correntes de
alimentação e de solvente, respectivamente.
Ei e Ri os caudais mássicos de extrato e resíduo.
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. 
EXTRAÇÃO EM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS –
CONTRA -CORRENTE
EXTRAÇÃO
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• Para uma operação em contra-corrente representa-se
na o balanço mássico global ao extrator. Os balanços
mássicos globais são representados por linhas retas
que unem as correntes.
EXTRAÇÃO
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Fatores que influenciam a Extração
a) Relação quantitativa solvente-alimentação
Existe uma relação mínima solvente/carga, abaixo da qual não
é possível efetuar a extração desejada.
Quanto maior a relação solvente/carga, melhor será a extração,
pois uma concentração maior de solvente na mistura
aumentará o potencial de transferência de massa do soluto
para a fase líquida do solvente, com a consequente formação
do extrato.
Em compensação, quanto menor for esta quantidade, melhor
será a extração em termos de processo e de custo.
EXTRAÇÃO
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Fatores que influenciam a Extração
B) Qualidade do solvente
Nos casos em que o solvente é recuperado, após a extração,
quanto mais isento de soluto ele retornar para a torre de
extração, melhor será a extração, pois sua composição estará
mais afastada da composição de equilíbrio com a carga e
maior será a transferência de soluto da fase da solução (carga)
para a fase solvente.
EXTRAÇÃO
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Fatores que influenciam a Extração
C) Influência da temperatura
Embora seja adequado que o solvente seja insoluvel no diluente
da alimentação, isto na prática não ocorre, pois sempre existe,
ainda que muito pequena, uma solubilidade mútua entre as
fases. Esta solubilidade aumenta com a elevação da
temperatura.
.
EXTRAÇÃO
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Influência da temperatura
A composição das duas fases em equilíbrio muda, então, com a
alteração da temperatura, o que pode influenciar de forma
negativa na extração desejada.
Não se deve operar com temperaturas acima das recomendadas
para um certo processo de extração, pois poderá ocorrer a
dissolução de parte ou até mesmo de todo o solvente na carga
ou vice-versa, impedindo a separação das duas fases líquidas.
Caso haja uma certa dissolução de solvente na carga ou vice-versa,
o equipamento não terá uma operação satisfatória com
consequente queda de eficiência no processo de extração.
EXTRAÇÃO
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D) Características solvente
Solubilidade - o solvente ao ser adicionado à carga deve provocar
a formação de duas fases. Solvente e soluto devem ser
miscíveis, enquanto que solvente e diluente devemser
praticamente imiscíveis.
Densidade - a densidade do solvente deve ser bem diferente da
densidade do diluente para que seja possível a separação das
fases formadas, até mesmo por decantação (eliminando o uso
de outros dispositivos de separação).
EXTRAÇÃO
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D) Características solvente
Tensão interfacial - as fases formadas pela adição do solvente se
apresentam sob a forma contínua e dispersa. A fase dispersa,
seja ela refinado ou extrato, deve apresentar elevada tensão
interfacial, de forma a provocar o rápido coalescimento das
gotas formadas.
Estabilidade e reatividade química - o solvente não deve reagir
com as outras substâncias do sistema, nem deve ser
quimicamente instável.
Viscosidade - a transferência de matéria é favorecida por baixas
viscosidades (bombeamento turbulento).
EXTRAÇÃO
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D) Características solvente
Outros critérios que afetam a escolha do solvente por
influenciarem no custo do processo e na operação:
Corrosividade - quanto menor for a corrosão provocada pelo
solvente, menor será o custo operacional.
Pressão De Vapor - quanto menor for a pressão de vapor,
menor será a pressão de operação e menores serão as perdas
de produto.
EXTRAÇÃO
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D) Características solvente
Inflamabilidade e toxicidade - quanto menos inflamável e tóxico
for o solvente, menores serão os riscos associados à sua
utilização.
Recuperabilidade - após extrair o soluto da carga, o solvente deve
ser facilmente separado do extrato para ser reutilizado. Esta
separação normalmente é feita por destilação (flash ou
fracionada), exigindo volatilidade relativa adequada.
Custo e disponibilidade - fatores decisivos para a escolha de um
solvente quando ocorrer mais de uma possibilidade de uso.
EXTRAÇÃO
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E) Performance do solvente
Considerando-se como performance a capacidade do solvente de
extrair o soluto da alimentação, três fatores adquirem
importância:
• coeficiente de distribuição do soluto nas duas fases KC = (YC/XC)
- definido como a relação da concentração do soluto na fase
extrato para a da fase refinado, este coeficiente indica a
tendência de distribuição do soluto nestas fases.
Se a relação for superior a 1, melhor será a recuperação do soluto pelo
solvente
EXTRAÇÃO
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E) Performance do solvente
• Seletividade bca = (KC/KA)
Traduz a capacidade do solvente extrair o soluto sem extrair o
diluente, sendo expressa pela relação entre os coeficientes de
distribuição do soluto e do diluente.
Se a relação for superior a 1, maior será a eficácia do solvente
para a extração do soluto.
EXTRAÇÃO
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E) Performance do solvente
• Seletividade bca = (KC/KA)
Traduz a capacidade do solvente extrair o soluto sem extrair o
diluente, sendo expressa pela relação entre os coeficientes de
distribuição do soluto e do diluente.
Se a relação for superior a 1, maior será a eficácia do solvente
para a extração do soluto.
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1. Num processo de extração em um único estágio, um tanque foi
alimentado com 1800 kg de uma mistura de A e C contendo 30%
de C. Esta mistura recebe 2000 kg do solvente B puro para
extração de C. Determine as quantidades do extrato e do refinado
sabendo que o refinado sairá com 12% de C. Considere A e B
parcialmente solúveis. Considere K igual a 1,5 (K = y*c / xc).
2. Num processo de extração em um único estágio, um tanque foi
alimentado com 1800 kg de uma mistura de A e C contendo 30% de
C. Esta mistura recebe 2000 kg do solvente B puro para extração de
C. Determine as quantidades do extrato e do refinado sabendo que o
refinado sairá com 12% de C. Considere A e B insolúveis.