Extração - 1BIM

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II
Extração
Débora Miyuki Tamura	RA: 60904
Fábio Oberg			RA: 64660
Fernanda Arzani		RA: 60844
Geovana C. Fachini		RA: 64967
Isabela S. Ganassin		RA: 61570
Nayara Gomes		RA: 64258
Professor Valter
Maringá, 01 de Abril de 2013
1. Objetivos
Calcular os balanços de massa e energia do processo de extração e calcular o rendimento (%) do óleo essencial obtido.
2. Materiais e Métodos
2.1 Materiais
Folhas de Citronela;
Tesoura e guilhotina;
Cronômetro;
Bacia;
Béquer;
Balança;
Funis de separação;
Tubo de ensaio;
Autoclave Sog. Fabbe mod. 103;
Extrator;
Condensador;
Proveta;
Chave de boca;
Termômetro;
Termopar.
2.2 Métodos
	Utilizando-se da tesoura e da guilhotina, cortou as folhas de Citronela em pedaços com comprimento aproximado de 3cm e colocou-as dentro de uma bacia. Após feito isso, pesou-se as folhas em uma balança. Retirou-se a tampa superior do extrator, acomodou-se as folhas picadas dentro da câmara do extrator e fechou a tampa superior, utilizando para uma melhor vedação a chave de boca. Após a autoclave atingir 1,1kgf/cm², abriu-se a válvula de entrada de vapor para o extrator e manteve-se as válvulas de descarga e de saída para o condensador fechadas. Esperou-se a temperatura no termopar estabilizar, e logo após abriu-se completamente a válvula de vazão de água de refrigeração e abriu-se também, vagarosamente, a válvula de saída para o condensador. Procurou-se regular a vazão de saída para o condensador e da água de refrigeração de modo a evitar a saída de vapor.
Com o auxílio de um béquer e um cronômetro, obteve-se a medida da vazão de condensado, cronometrando-se a quantidade de água condensada obtida na saída do condensador para um certo intervalo de tempo. Além disso, obteve-se, com o auxílio de um cronômetro, a temperatura de entrada e saída de água do condensador, e da temperatura de saída do extrato.
Quando o extrato recolhido atingiu o nível indicado no funil, finalizou-se o experimento fechando-se todas as válvulas. Abriu-se a válvula da purga, recolheu-se o condensado e pesou-se.
Deixou o extrato decantar durante 24h para então separar o óleo, tirando-se a água da parte inferior do funil de separação abrindo-se lentamente sua válvula. Em seguida, coletou-se o óleo restante e utilizou-se a balança para pesá-lo.
Figura 1 – Módulo de extração de óleo essencial.
3. Resultados
3.1 Dados
Constantes da equação (para gases) e (para líquidos), com a temperatura dada em Kelvin (K):
Tabela 1 - Dados teóricos.
	
	A
	103*B
	106*C
	10-5*D
	Vapor d’água
	3,470
	1,450
	0
	0,121
	Água líquida
	8,712
	1,25
	-0,18
	0
MMágua = 18,00 g/mol
Constante Universal dos Gases: R = 8,314 J/(mol*K) = 8,314 (m3* Pa)/(mol*K) 
3.2 Cálculos
Tabela 2 - Dados experimentais.
	Massa de Matéria-Prima (g)
	435
	Temperatura do Extrator (oC)
	114
	Temperatura do Extrato (oC)
	51
	Temperatura na Entrada da água do condensador (oC)
	24
	Temperatura na Saída da água do condensador (oC)
	34
	Vazão mássica da água de refrigeração (g/s)
	57,77
	Massa de água na purga (g)
	661,9
	Tempo total da prática (s)	
	1800
	Massa de óleo no extrato (g)
	2,242
	Massa de água no extrato (g)
	1826,4
Cálculo do rendimento de extração da citronela:
R = massa de óleo / massa de matéria-prima
R = (2,242 / 435)*100%
R = 0,5155%
Cálculo do consumo total de vapor da autoclave:
Total de vapor = purga + água no extrato
Total de vapor = 661,9 + 1826,4 = 2488,3 g
Balanço de energia no condensador:
Qcedido pelo extrato = Qrecebido pelo fluido
Para água líquida:
Cp/R = 8,712 + 1,25*10-3*T – 0,18*10-6*T2
Na pressão atmosférica obtivemos para o vapor superaquecido que é alimentado no extrator (Smith) os seguintes dados:
T = 114,0oC = 387,15 K e H114 = 2704,2 kJ/Kg
Calcula-se agora a variação de entalpia do vapor de 120oC a 100,0oC, ou seja, da passagem de vapor superaquecido para vapor saturado.
considera-se aqui o óleo como se fosse água, devido ao fato de que a sua quantidade é muito inferior em relação a quantidade de água, sendo que podemos considerar as propriedades do óleo iguais as da água.* 
ΔH120-100,0 = (H120 – Hsat)*(massa do extrato)
ΔH120-100,0 = (2704,2 – 2676,0)*1,828 = 51,5496 kJ
Dentro do condensador, o vapor saturado troca calor com a água de refrigeração, perdendo energia (Hevap) e reduzindo a sua temperatura. Essa energia é transferida a água de refrigeração, a qual sofre um aumento de temperatura. Calcula-se então essa energia, multiplicando a entalpia de evaporação pela massa de extrato (água + óleo):
Hevap = (2256,9 kJ/kg)*(1,828 kg) = 4127,06 kJ
O extrato sai do condensador como líquido subresfriado, reduzindo a sua temperatura:
ΔH100-51 = ( nextrato)*R*integral(Cp/R)dT
nextrato = m extrato/MMágua = (1826,4+2,242)/18 =101,59 mol
ΔH100-51 = (101,59mol)*8,314*435,98 = 368,237 kJ
Por fim, o calor total cedido é a soma:
Qcedido pelo extrato = 368,237 + 4127,06 + 51,5496
Qcedido pelo extrato = 4546,84 kJ
Para o fluido de troca térmica (água de refrigeração), a massa é dada por:
m = v*t, sendo v = vazão e t = tempo
m = 57,77*1800 = 103986 g
Temos:
nágua de refrigeração = (103986g)*(1mol/18g) = 5777 mol
Calcula-se a quantidade de calor trocada por:
Q = (nágua de refrigeração )* R*integral(Cp/R)dT
sendo os limites da integração: 297,15 K = 24°C a 307,15 K = 34°C.
Qrecebido pelo fluido = 5777*8,314*87,8404136 
Qrecebido pelo fluido = 4218,9 kJ
4. Discussão
O rendimento do experimento é baixo, já que uma grande quantidade de folhas de citronela foram necessárias para obtermos uma pequena porção de óleo. As perdas de massa de vapor pode ser devida a perda de vapor no início da condensação (regulagem da vazão de água no condensador), a perda de calor devido ao sistema não ser ideal. Pode-se dizer também em perda de massa de óleo, pois ao se retirar o óleo do decantador parte do óleo adere as paredes do decantador.
5. Conclusão
O método de extração por arraste de vapor, não mostrou-se muito eficiente, já que os resultados mostram perdas, tais como calor e destilado.
6. Referências Bibliográficas
Smith, J. M. (Joe Mauk), 1916- Introdução à termodinâmica da engenharia química/ J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott; tradução Eduardo Mach Queiroz, Luiz Pellegrini Pessoa. – Rio de Janeiro: LTC, 2007.