seminário de ADSORÇÃO

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ADSORÇÃO 
Raissa Sousa Barbosa 
Operações Unitárias 2 
Prof: Hugo Buarque 
Definições Gerais 
◦ Adsorção: É uma operação de transferência de 
massa, do tipo sólido-fluido, na qual se usa a 
habilidade de certos sólidos em concentrar certos 
componentes, oriundos de misturas líquidas ou 
gasosas em contato, na sua superfície, o que 
possibilita a separação desses componentes a partir 
daquelas misturas. 
 
◦ Adsortivo: substância adsorvível quando na fase 
fluida. 
 
◦ Adsorvato: substância no estado adsorvido. 
 
◦ Adsorvente ou Substrato: superfície na qual a 
adsorção ocorre. 
 
 
Definições Gerais 
◦ Adsorção ≠ Absorção 
Na absorção, a substância absorvida é embebida pela substância 
absorvente, como ocorre, por exemplo, com uma esponja que absorve 
a água. Ao contrário da adsorção, em que a substância fica apenas 
retida na superfície do adsorvente, sem ser incorporada ao volume da 
outra. 
Tipos de Adsorção 
Tipos de Adsorção 
◦ Adsorção em mono e multicamadas: 
 
 
 
◦ Adsorção mono e multicomponente: 
 
monocamada multicamadas 
monocomponente multicomponente 
Importância da Adsorção 
1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
ADSORÇÃO
DESTILAÇÃO
 
 
VOLATILIDADE RELATIVA
C
U
S
T
O
 (
U
S
$)
◦ Destilação: processo de separação 
padrão; simplicidade e aplicabilidade 
universal; processo energeticamente 
ineficiente. 
◦ Adsorção: sólidos porosos podem, 
muitas vezes, adsorver 
reversivelmente grandes volumes de 
fluido; em geral mais custoso que a 
destilação, mas para baixas 
volatilidades relativas pode ser mais 
econômico; aplicações práticas em 
processos industriais de separação e 
purificação. 
 
Aplicações dos processos de Adsorção 
Em fase gasosa: 
◦ Desumidificação de gases; 
◦ Recuperação de vapores a partir de 
solventes arrastados por gases; 
◦ Desodorização de gás carbônico e das 
bebidas; 
◦ Separação de gases nobres; 
◦ Separação de oxigênio de nitrogênio do 
ar; 
◦ Fracionamentos de misturas de 
hidrocarbonetos leves. 
Em fase líquida: 
◦ Branqueamento de soluções de 
açúcares e de óleos vegetais e 
minerais; 
◦ Recuperação de vitaminas e 
antibióticos e outros produtos 
valiosos a partir de mostos 
fermentativos; 
◦ Remoção de compostos orgânicos a 
partir de águas potáveis ou de 
efluentes aquosos. 
Adsorventes 
◦ É o agente de separação usado para expressar a diferença entre as diversas 
moléculas de uma mistura. 
◦ Função: Prover a área superficial para a adsorção das espécies (100 a 1500 
m²/g). É desejável que o adsorvente tenha elevada seletividade pelo 
componente a ser separado, grande capacidade de adsorção (materiais 
porosos), estabilidade química e térmica, baixa solubilidade no solvente e 
baixo custo. 
◦ Cristalinos / Amorfos 
◦ Hidrofóbicos/ Hidrofílicos 
◦ Microporo / Mesoporo / Macroporo 
◦ Aberto / Fechado / Interconectado 
Principais Adsorventes 
◦ Carvão ativado: usado na recuperação de vapores 
orgânicos, no fracionamento de hidrocarbonetos 
gasosos e em máscaras contra gases. Granulometria 
entre 1,5 e 3 mm. 
 
◦ Sílica gel: usada na secagem de gases, condicionamento 
de ar, purificação de gases, fracionamento de misturas de 
hidrocarbonetos, refino de produtos destilados do 
petróleo e recuperação de vapores de solventes 
orgânicos; usada também como suporte de catalisadores. 
 
◦ Alumina ativada: usada na secagem de líquidos e gases. 
Granulometria entre 2 e 20 mm. 
 
◦ Bauxita: usada para clarificar produtos do petróleo e na 
secagem de gases. Granulometria entre 1 e 2 mm. 
 
Principais Adsorventes 
◦ Peneira moleculares zeolíticas: industrialmente usadas 
para secagem, separação de hidrocarbonetos e muitas outras 
aplicações. 
 
◦ Terra Fuller: emprega-se no branqueamento, clarificação e 
neutralização de óleos minerais, vegetais e animais e na 
industria do petróleo. Granulometria entre 1 mm e 200 mesh 
Tyler. 
 
◦ Argila ativada: usada para branquear produtos do petróleo. 
Granulometria entre 2 e 5 mm. 
 
◦ Carvão de ossos: emprega-se principalmente no refino de 
açúcar. Granulometria em torno de 1 mm. 
 
◦ Carvão descorante: operações de filtração por contato. 
Granulometria entre 0,5 e 5 mm. 
 
Outros adsorventes 
◦ Produtos naturais: 
• Bagaço de cana de açúcar; 
• Cortiça; 
• Xisto Retortado; 
• Folhas de plantas. 
 
 
 
◦ Molecular Imprinting 
polymers; 
◦ Polímeros nanoestruturados; 
◦ Metal frame works (MOF’s); 
 
Cinética da Adsorção 
◦ É a taxa de aproximação ao 
equilíbrio. A adsorção é 
limitada por mecanismos de 
transferência de massa e 
depende das propriedades do 
adsorvente e do adsorvato. 
1. Transporte de massa no seio 
do líquido; 
2. Transporte de massa na 
camada limite; 
3. Transporte através dos poros; 
4. Adsorção. 
◦ Relação de equilíbrio entre a 
concentração da fase fluida e 
a concentração das partículas 
de adsorvente a dada 
temperatura. 
 
Sólido-gás: concentração do 
gás – fração molar ou pressão 
parcial. 
Sólido-líquido: concentração 
do líquido – massa como ppm. 
 
Isoterma de Adsorção 
Operações de Adsorção 
 
◦ Operações Descontínuas 
◦ Ex: Tanque agitado seguido de filtração de contato para eliminar 
contaminantes e cores indesejáveis de líquidos ou para recuperar solutos de 
valor comercial 
O adsorvente é agitado 
vigorosamente com o adsortivo 
líquido durante um tempo de 
contato adequado, em condições 
térmicas favoráveis, sendo 
posteriormente filtrado. O 
adsorvente filtrado é lavado para 
a recuperação do adsorvato. 
Operações de Adsorção 
 
 ◦Operações em Batelada Cíclicas: são processos em que o leito é saturado 
e regenerado de maneira cíclica. Normalmente são processos em leito fixo 
formado por dois ou mais leitos, pois enquanto um dos leitos está em 
operação o outro está em regeneração, para manter a operação contínua. 
Operações de Adsorção 
 
Operações Contínuas: o adsorvente e o fluido estão em contato contínuo 
no interior do equipamento. 
2.1 Contracorrente verdadeiro: a transferência de massa é maximizada 
pelo contato em contracorrente entre o fluido e o sólido, melhorando, assim, 
a eficiência do processo. Esse tipo de processo é recomendado quando a 
separação é difícil, ou por ter uma baixa seletividade ou pela transferência de 
massa ser lenta. 
Operações de Adsorção 
 
 2.2 Leito móvel Simulado: foi desenvolvida para contornar os problemas 
existentes no processo em contracorrente. Esse processo consiste em 
alternar o ponto onde a corrente é alimentada e o ponto onde é retirada (em 
uma série de leitos ou em uma coluna), simulando o movimento em 
contracorrente. 
Operações de Adsorção 
 
◦ Sorbex: o leito móvel é 
simulado em uma única 
coluna utilizando uma 
válvula rotativa, que 
alterna os pontos de 
alimentação, de entrada do 
dessorvente e de retirada 
dos produtos. 
◦ Toray: séries de colunas 
recheadas em que as 
entradas e saídas são 
controladas por válvulas 
on/off. 
Tipos de Adsorvedores 
 
◦ Adsorvedores de leito fixo de carvão ativado: Neste caso, o ar entra 
sujo pelo topo e sai limpo pelo fundo. 
Tipos de Adsorvedores 
Adsorvedor de leito móvel: a corrente 
de ar contendo o poluente passa em fluxo 
horizontal através da coluna vertical 
adsorvedora. 
 
Adsorvedor de leitos múltiplos: alguns 
podem ser divididos em camadas como 
uso de pratos suportes. O gás então 
penetra na coluna (na metade da altura da 
coluna) e é distribuído entre as camadas. 
Passando pelo leito adsorvente, o gás 
deixa os poluentes conforme os 
mecanismos de adsorção. 
 
 
Métodos de Regeneração de Adsorventes 
 
◦ TSA (Thermal Swing Adsorption) : o leito é regenerado por 
aquecimento a pressão constante. Em geral, utiliza-se um gás quente ao 
invés da troca indireta de calor (adsorção exotérmica). Tempo de 
regeneração são de algumas horas. 
◦ PSA (Pressure Swing Adsorption): a regeneração ocorre por redução da 
pressão mantendo a temperatura essencialmente constante. Em geral, o 
tempo de regeneração é mais curto que no TSA. 
◦ Purga com gás inerte: a regeneração ocorre com a introdução de um gás 
inerte sem conter o material adsorvido, mantendo a temperatura e pressão 
constantes, varia-se a pressão parcial, em vez da pressão total. O tempo de 
regeneração são de poucos minutos. 
◦ Purga com um solvente: T e P são mantidos constantes, como na 
regeneração com purga, mas a purga inerte é substituída por uma corrente 
contendo um componente que é mais fortemente adsorvido. O tempo de 
regeneração são de apenas alguns minutos. 
 
Métodos de Regeneração de Adsorventes