Módulo C

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OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS II
MÓDULO C – EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
- Princípios
- Lixiviação contínua em estágios: abordagem 1
- Lixiviação contínua em estágios: abordagem 2
2
LIXIVIAÇÃO (SÓLIDO-LÍQUIDO) 
Solvente é usado para dissolver um ou mais constituintes solúveis no interior de uma matriz porosa. 
Interesse: Substâncias biológicas, inorgânicas e orgânicas
Operação: Solvente é convenientemente misturado ao sólido previamente preparado
Estado de equilíbrio: 
Concentração de soluto na solução retida na matriz porosa IGUAL a 
fração de soluto na solução sobrenadante.
Solvente desejável: Seletividade
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Extração do açúcar da beterraba com água quente;
Extração de corantes, óleos, aromas
Extração de Malte
Na indústria farmacêutica ou de cosméticos, muitos produtos são obtidos por lixiviação (solventes orgânicos, arraste de vapor de água e fluidos supercríticos) de raízes, talos ou folhas de plantas; 
Na produção de café solúvel ou instantâneo, na qual as sementes torradas e moídas são lixiviadas com água. 
Ouro é lixiviado do mineral com solução aquosa de cianeto de sódio
Extração de proteína de resíduos: cabeça e esqueleto de peixe, resíduos de crustáceos, carcaças de frango.
Exemplos de aplicação
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Etapas preliminares relevantes: 
Preparação do sólido (moagem, laminação)
Escolha do solvente ou solução extratora (seletividade, toxicidade, operações posteriores de recuperação e reciclo do líquido)
Demais Etapas (especificidade) : 
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Esquemas de equipamentos:
Lixiviação com a percolação do solvente ou solução extratora no leito fixo 
Leito fluidizado
Percolação
Imersão
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Fatores relevantes: 
Vazão de solvente
Taxa de percolação
Tempo de retenção
Tipo de solvente
Temperatura de operação
Tamanho da partículas: 
 Quanto MENOR as partículas MAIOR a área específica e 
maior a taxa de extração
Partículas MUITO pequenas reduz a 
permeabilidade diminuindo a taxa de extração
Gradiente de concentração
Agitação
pH
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Lixiviação contínua em estágios com fluxos contracorrentes 
Numeração: sentido do fluxo de sólidos.
Hipóteses: 
Sólido inerte : insolúvel no solvente extrator 
Taxa de sólido é constante ao longo dos estágios
Observação:
Sólido preparado é poroso: 
retém uma quantidade de líquido e, essa solução retida que vai sendo arrastada de um estágio para outro (constante ou variável)
L  taxa de solução ou soluto retido na 
matriz porosa
 [kg de solução/tempo ou kg de soluto puro/tempo]
V  taxa mássica de solução ou 
soluto no líquido overflow 
[kg de solução ou soluto/tempo]
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
ya fração mássica de soluto na solução overflow que sai 
da bateria de extratores (Va )
yb fração mássica de soluto na solução ou solvente extrator 
que entra na bateria de extratores (Vb )
xa fração mássica de soluto na solução extratora 
à entrada da bateria de extratores (La) 
xb fração mássica de soluto na solução retida underflow 
na matriz porosa esgotada que sai da bateria de extratores (Lb)
Refinado: Solução retida na matriz na porosa, solução underflow ou L
Extrato: Solução sobrenadante, solução overflow ou V
Nomenclatura:
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Linha de Operação
Balanço material no volume de controle: 
Balanço material para o soluto no volume de controle: 
Pontos terminais da Linha de Operação: 
Considerando que as taxas de solução (retida e sobrenadante), ao longo dos estágios, são constantes
e
constante
Então: 
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Número Ideal de estágios
Linha de Operação: 
Linha de Equilíbrio: 
A quantidade de solução retida na matriz 
porosa é independente da 
concentração de soluto na solução 
 linearidade
y e x : fração mássica de soluto 
na solução (overflow e retida)
 e estágio é de equilíbrio 
 linearidade
Constatações relevantes :
e
Se fluxos constantes:
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Para LO e LE divergentes, por exemplo:
V é a solução overflow que estamos concentrando em soluto 
Analiticamente:
Kremser
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Exemplo
	Duas toneladas por dia de fibra de celulose (para a produção de papel fino) contendo parafina devem ser lixiviadas com querosene numa unidade de extração de estágios com fluxos contracorrentes. 
	Calcular o número ideal de estágios (N) necessários, considerando que a mistura a ser tratada contém 75% (peso) de fibra de celulose e 25% de parafina. 
	
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Exemplo (continuação)
	O solvente extrator contém 0,05 lbm de parafina/100 lbm de querosene puro. 
	A polpa de fibra de celulose, após a extração é encaminhada a um evaporador para a remoção de querosene. 
	O evaporador foi projetado para operar com uma mistura contendo no máximo 0,2 lbm de parafina/100 lbm de fibra de celulose pura. 
	A solução overflow esgotada (no primeiro estágio) tem 5 lbm de parafina/100 lbm de querosene. 
	Dados experimentais realizados em laboratório indicam que a fibra de celulose retém uma quantidade constante de solução (parafina + querosene), independentemente da concentração se soluto (parafina) presente na solução. 
	Os dados de laboratório indicam que a quantidade retida (constante) de solvente puro é 2,0 lbm de querosene/lbm de fibra de celulose. 
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
(Outro procedimento de Modelagem  Geankoplis) 
Definições:
A = soluto
B = sólido inerte 
C = solvente extrator
líquido overflow/sobrenadante
líquido na slurry underflow
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Dados experimentais de sedimentação em laboratório (estufa e balança) 
Solução retida é dependente da concentração de soluto na solução
Linha de amarração verticais:
Sistema muito solúvel
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Diagramas típicos para a lixiviação 
linhas de amarração (tie line) verticais
tie line não vertical
soluto A infinitamente solúvel no solvente C
 
(óleo de soja + farelo + solvente). 
tempo de contato não foi suficiente
 todo soluto não foi dissolvido
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Balanço de Massa
Único Estágio
Global:
Soluto:
Inerte:
= taxa total da solução no estágio . :
Sendo: 
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Exemplo
	Numa unidade simples de extração 100 kg de flocos de soja com 20 %(peso) de óleo são lixiviados com 100 kg de hexano. 
	Para N constante, independente da concentração de óleo na solução, e igual 1,5 kg de sólido/kg de solução, localizar o ponto M no diagrama do tipo N vs. yA e xA. 
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Lixiviação múltiplos estágios com fluxos contracorrentes
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Global em n extrator: 
Soluto em n extrator: 
Pontos terminais da LO: 
Global em N extratores: 
Soluto em N extratores: 
Inerte B em N extratores:
M = taxa mássica TOTAL da solução nos N extratores 
coordenadas do ponto M no diagrama N vs. x ou y 
RETA!
RETA!
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Conhecidos:
 Taxas de entrada: 
Composições dessas correntes: 
Cálculo: Coordenadas do ponto M:
Localização de M no diagrama N vs. y ou x 
Localização de () : 
Balanço global para o estágio 1: 
Balanço global para o estágio n : 
O valor de  é constante e pode ser aplicado para todos os estágios.
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
(yN ; NN)
(xN+1 ; NN+1)
Graficamente: 
4 estágios!
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III
Linha L0 no diagrama N vs. x ou y para determinar V1
Linha de amarração vertical (x1;y1) por V1 para determinar L1 (1º estágio)
Linha de amarração vertical (x2;y2) por V2 para determinar L2 (2º estágio)
Linha L1 no diagrama N vs. x ou y para determinar V2 
Deve-se repetir esse procedimento até LN
Método de Solução:
OPERAÇÕES
INDUSTRIAIS III
Exemplo
Petrobrás 2012
OPERAÇÕES INDUSTRIAIS III