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Operações Unitárias II – prof. João Vicente 2016.1
3. Operações de transferência de massa
3.1. Introdução – conceito de E.S.A. e M.S.A.6
• Quando se colocam em contato duas fases de
composições diferentes, pode ocorrer a
transferência de materiais (massa) de uma fase para
outra, ou vice-versa. Esta é a base física das
operações de transferência de massa.
• Por outro lado, caso a mistura a ser separada seja
homogênea, ou seja, monofásica (gasosa, líquida ou
sólida), uma segunda fase imiscível deve ser criada
ou adicionada antes da separação das espécies
químicas para que essa separação, ou seja, a
transferência de massa aconteça.
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• Esta nova fase pode ser originada através da adição do
calor, por exemplo, na destilação; ou pode ser criada pela
adição de um agente de separação (solvente), por
exemplo, na extração líquido-líquido
11
.
• Então, esta segunda fase criada ou adicionada por meio
dos seguintes agentes, possuem as denominações
11
(Figura 27):
 energy separating agent (E.S.A.) – criação de uma nova
fase através da energia térmica;
 mass separating agent (M.S.A.) – introdução de um novo
material em uma fase;
 Outro agente de separação, tais como a redução de
pressão e transferência de trabalho, também podem ser
considerados.
11. BRITO, Romildo. Apostila de operações unitárias. II . Departamento de Engenharia Química -
Universidade Federal da Paraíba.
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Figura 27: Esquema simplificado com a aplicação de um E.S.A. e um M.S.A.
Feed
Phase 1
Phase 2
(E.S.A)
Phase
Creation
Feed
Phase 1
Phase 2
(M.S.A)
M.S.A
Phase
Addition
Alimentação
Alimentação
Fase 1
Fase 2
Fase 1
Fase 2
Criação 
de fase
Adição 
na fase
(E.S.A.) (M.S.A.)
(M.S.A.)
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• A aplicação de um E.S.A. envolve a transferência de
calor da mistura ou para a mistura a ser separada.
• Um M.S.A. sendo aplicado pode ser imiscível com um
ou mais componentes presentes na mistura.
• Neste caso, o M.S.A. é normalmente o constituinte de
maior concentração na segunda fase. É o caso da
absorção e dessorção.
• Por outro lado, o M.S.A. pode ser completamente
miscível a mistura, porém pode alterar a volatilidade
de certas espécies de modo a facilitar a separação
através de um E.S.A. É o caso, por exemplo, da
destilação extrativa.
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3.2. Vantagens e desvantagens com o emprego do E.S.A. e M.S.A.
• A preferência pelas separações que usam um E.S.A.
são maiores, porém aplicando uma M.S.A. pode tornar
possível uma separação, fato que não seria possível
com um E.S.A..
• Desvantagens com o uso do M.S.A.:
 Necessidade de um separador adicional para recuperar
o M.S.A. para reciclo;
 Possibilidade de contaminação do produto com o
M.S.A.;
 Complexibilidade do projeto com a aplicação do M.S.A..
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3.3. Exemplos de operações de separação empregando o E.S.A. ou M.S.A.
Condensação parcial ou vaporização parcial
12
• Quando a mistura a ser separada inclui espécies que
apresentam grande diferença na tendência a se
condensar ou a se vaporizar.
• Neste tipo de operação, a carga de vapor
(alimentação) é parcialmente condensada pela
remoção de calor, conforme mostra a Figura 28.
• Ou, por outro lado, a carga líquida é parcialmente
vaporizada pela adição de calor.
12. AZEVEDO, José Américo de. Introdução ao estudo das operações unitárias que se utilizam da
transferência de massa em estágio – caderno V. Aracaju, Departamento de Engenharia Química -
Universidade Federal de Sergipe.
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Figura 28: Esquema de uma condensação parcial ou vaporização parcial
vapor
líquido
vapor e/ou líquido
mistura de gases
Exemplo: Recuperação de H
2
(hidrogênio) e N
2
(nitrogênio) a partir de
NH
3
através de condensação parcial e a separação de fases a
temperatura de ebulição do NH
3
(amônia).
Fase da alimentação
VAPOR E/OU LÍQUIDA
Fase criada
VAPOR OU LÍQUIDA
Agente de separação
E.S.A.
transferência de calor
a. O hidrogênio, o nitrogênio e a amônia são gases a pressão e temperatura ambientes.
b. O ponto de fusão da amônia, também chamada de amônia líquida é - 77,7 oC. Disponível em:
<http://sistemasinter.cetesb.sp.gov.br/produtos/ficha_completa1.asp?consulta=AM%D4NIA%20ANIDRA>.
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condensação parcial
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• Neste tipo de destilação que ocorre em um único estágiob, a carga
pré-aquecida é parcialmente vaporizada, pela redução de pressão
(pressão menor que sua pressão de vapor) com auxílio de uma
válvula de expansão (Figura 29).
vapor
líquido
Fase da alimentação
LÍQUIDA
Fase criada
VAPOR
Agente de separação
REDUÇÃO DE PRESSÃO
T
a
m
b
o
r
fla
s
h
Destilação flash, de equilíbrio, integral ou vaporização flash
líquido
Figura 29: Esquema de uma vaporização flash
Exemplo: Recuperação de água do
mar (dessalinização).
T
1
; P
1 
T
2
; P
2
T
2
>T
1
P
2 
< P
1
b. Um estágio pode ser definido como uma unidade de equipamento pelo qual entram em contato íntimo duas fases
diferentes, que depois são separadas mecanicamente (FOUST et.al., 1982).
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• Neste processo, a água marinha é aquecida em
um recipiente denominado aquecedor de água
salina e, então, é transferida para outro recipiente
denominado o estágio, pelo qual sofre uma brusca
redução da sua pressão fazendo com que esta
ferva rapidamente.
• O vapor gerado é condensado em cada estágio,
transformando-se em água doce. (SOUZA, 2006)
13. SOUZA, Luiz Faustino. Dessalinização como fonte alternativa de água potável. Norte
Científico, v.1, n.1, 2006.
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Recuperação de água do mar (dessalinização)
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Destilação fracionada (multistage distillation)
• De um modo geral, o processo de separação mais
amplamente usado na indústria química é a
destilação (também chamada de fracionamento ou
destilação fracionada).
• A separação dos constituintes está baseada nas
diferenças de volatilidade
c
, sendo possível atingir a
separação desejada sem a adição de um M.S.A.
(grande vantagem da destilação), envolvendo
múltiplos estágios, conforme mostra a Figura 30.
c. A volatilidade expressa a facilidade com que um dos componentes de uma mistura líquida é
vaporizada (FOUST et.al., 1982).
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Figura 30: Esquema de uma destilação fracionada
Condensdador
refervedor 
Fase da alimentação
VAPOR E/OU LÍQUIDA
Fase criada
VAPOR E LÍQUIDA
Agente de separação
E.S.A.
transferência de calor
Vapor e/ou líquido
líquido
líquido
Exemplo: A destilação do monômero de estireno à uma pressão de 10 mmHg e à 31 ° C
estireno
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Destilação extrativa e azeotrópica
14
• Muitas misturas são difíceis de separar pela
destilação em virtude de terem as volatilidades
relativas próximas de 1,0.
• A destilação extrativa é muito utilizada para
separar componentes com volatilidades muito
próximas, através da adição, próximo ao topo
da coluna, de um M.S.A. (solvente), cujo ponto
de ebulição é maior que as espécies
envolvidas (ou seja, ser substancialmente
menos volátil), conforme mostra a Figura 31.
14. GOMIDE, Reynaldo. Operações Unitárias - Operações de Transferência de Massa Vol. IV, São
Paulo: Edição do Autor, 1988.
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Figura 31: Esquema de uma destilação extrativa
Condensdador
refervedor 
Líquido + M.S.A.
líquido
Exemplo: Mistura etanol/água com a glicerina (M.S.A.) permitindo obter
álcool anidro.
M.S.A.
Fase da alimentação
Fase criada
VAPOR E LÍQUIDA
Agente de separação
E.S.A.
transferência de calor
M.S.A.
solvente líquido
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vapor e/ou líquido
VAPOR E/OU LÍQUIDA
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• A destilação convencional não pode ser
empregada para separar azeótropos
d
, pois seu
ponto de ebulição são muito próximos.
• Neste caso, a destilação azeotrópica
(Figura 32) é empregada, que consiste na
adição um agente azeotrópico extrativo -
entrainer, M.S.A., com objetivo de alterar as
volatilidades relativas dos componentes
facilitando suas separações, como na
destilação extrativa.
d. Azeótropo é uma solução líquida em equilíbrio com o seu vapor cuja composição é idêntica a do
líquido, (FOUST et al., 1982).
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• A diferença entre a destilação extrativa e a
destilação azeotrópica reside na volatilidade
do componente adicionado.
• No caso da destilação azeotrópica o
composto M.S.A. é relativamente volátil,
aparecendo em grande quantidade no
destilado.
• Nestas condições o componente acrescentado
forma um azeótropo com um ou mais
componentes do produto de topo, a separar.
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Figura 32: Esquema de uma destilação azeotrópica
Condensdador
refervedor 
Agente de separação
líquido
líquido+M.S.A.
Reciclo de M.S.A.
Reposição 
de M.S.A.
Exemplo: Mistura etanol/água com o benzeno (M.S.A.) permitindo obter
álcool anidro.
Fase da alimentação
Fase criada
VAPOR E LÍQUIDA
E.S.A.
transferência de calor
M.S.A.
entrainer
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vapor e/ou líquido
VAPOR E/OU LÍQUIDA
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Absorção e dessorção
• A absorção gasosa (Figura 33) é uma
operação unitária, pela qual uma mistura de
gases é posta em contato com um líquido
(M.S.A.), pelo qual dissolve (absorve)
preferencialmente, um ou mais componentes
da mistura gasosa, que passa a forma uma
nova solução líquida, conforme a
solubilidade desses componentes no líquido
absorvente.
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• Esta operação é utilizada com duas finalidades:
 Recuperar de uma mistura de gases, um componente ou
mais de um componente comercialmente valioso;
 Purificar de misturas gasosas, componentes indesejáveis,
que tornariam a sua aplicação industrial impossível.
• Como exemplo do primeiro caso, cita-se a recuperação da
amônia contido nos gases que são desprendidos dos fornos
siderúrgicos mediante a absorção da amônia na água;
• Como exemplo do segundo caso, cita-se a eliminação do
ácido sulfídrico das misturas de hidrocarbonetos gasosos
retirados de poços de petróleo antes de serem processados
nas refinarias, mediante lavagem com soluções alcalinas de
absorvem o ácido sulfídrico.
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Figura 33: Esquema de uma coluna de absorção
vapor
líquido
M.S.A. líquido
vapor
Exemplo: Aplicação nas Unidades de Processamento de Gás Natural
(UPGN) – segundo caso.
Fase da alimentação
VAPOR
Fase criada
LÍQUIDA
Agente de separação
M.S.A.
solvente líquido
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• Quando a transferência de massa ocorre na direção oposta,
isto é, de uma fase líquida para uma fase gasosa, a
operação unitária recebe o nome de dessorção,
esgotamento ou stripping. Esta operação também
apresenta duas finalidades:
 Recuperar de uma mistura de líquidos, componentes
gasosos comercialmente valiosos, que nela estejam
dissolvidos;
 Purificar um líquido de gases indesejáveis que os
acompanhe.
• Como exemplo, cita-se misturas de óleos com benzeno e
tolueno, que podem ser purificados, recuperando ao mesmo
tempo estas substâncias, pois são de grande valor
comercial, fazendo-se passar através da mistura, uma
corrente de vapor d’água que arrasta o benzeno e o tolueno,
deixando o óleo isento destas duas substâncias, (Figura 34).
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Figura 34: Esquema de uma coluna de stripping
vapor
líquido
Exemplo: Purificação de mistura de benzeno e o tolueno por meio de
uma corrente de vapor d’água.
M.S.A. vapor
líquido
Fase da alimentação
LÍQUIDA
Fase criada
VAPOR
Agente de separação
M.S.A.
solvente vapor
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Extração líquido-líquido (ou extração com solvente)
• A extração líquido-líquido é a operação de transferência
de massa, bastante utilizada em processos de refino de
petróleo, na qual uma solução (mistura) líquida (a
alimentação), entra em contato com um segundo
solvente (M.S.A.), os quais possuem afinidade
preferencial (ou seletividade) para um ou mais
componentes da alimentação, ou seja, tem como
fundamento, a diferença de solubilidade.
• Uma mistura líquida pode, às vezes ser separada pelo
contato com um segundo solvente líquido.
• Os componentes da mistura são solúveis, em diferentes
graus, no solvente.
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• Então, os processos de extração líquido-líquido envolvem
a separação de uma fase líquida em duas outras fases,
que são usualmente denominadas:
 rafinado, fase pobre em solvente; e
 extrato, que é a fase rica em solvente.
• No caso ideal, o componente a ser extraído, denominado
soluto é solúvel no solvente, sendo que os outros
componentes são insolúveis.
• A mistura inicial torna-se a fase refinado ou rafinado à
medida que dela se extrai o soluto.
• A fase solvente ou extrato surge à medida que acolhe o
soluto, conforme mostra a Figura 35.
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Figura 35: Esquema de uma extração líquido-líquido
Exemplo: Desasfaltação a propano (M.S.A.).
M.S.A. líquido
líquido
líquido 1
líquido 2
RESÍDUO 
DE VÁCUO - RV
ÓLEO 
DESASFALTADO
(ODES) - extrato
RESÍDUO ASFÁLTICO 
(RASF) - rafinado
Fase da alimentação
LÍQUIDA
Fase criada
LÍQUIDA
Agente de separação
M.S.A.
solvente líquido
PROPANO
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Adsorção
15
• A adsorção envolve a transferência de um
constituinte fluido (mistura de líquidos ou de
gases) para a superfície de uma fase sólida
(M.S.A.), conforme a Figura 36.
• Para completar a separação, o constituinte
adsorvido deve então ser removido do sólido.
• Nesta operação, a carga a ser tratada escoa
através dos espaços vazios entre as partículas do
sólido adsorvente, colocado no interior do vaso.
15. BARCZA, Marcos Villela. Processos Unitários Orgânicos; apostila. Escola de Engenharia de
Lorena – EEL – USP.
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• Por exemplo, o carvão mineral pode ser usado
para adsorver vapores de benzeno e/ou outros
gases presentes em misturas com ar.
• Parte do benzeno fica “preso” (adsorvido) na
superfície do sólido, ou seja, nos seus poros.
• O ar, com menor teor de benzeno, eflui pelo topo
de vaso. Quando o sólido adsorvente se satura
do componente adsorvido, ele é removido e
substituído por um sólido reativado.
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Figura 36: Esquema de uma adsorção
vapor ou líquido 1
vapor ou líquido 2
Fase da alimentação
VAPOR OU LÍQUIDA
Fase criada
VAPOR OU LÍQUIDA
Agente de separação
M.S.A.
solvente sólido
M.S.A. sólido
carvão ativadovapor 
ou líquido
VAPORES DE BENZENO
VAPORES COM MENOR 
TEOR DE BENZENO
VAPORES COM MAIOR 
TEOR DE BENZENO
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