Resumo de operações unitárias

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Resumo de operações unitárias: 
 
(Slide 1 - transferência de massa) 
 
Introdução às operações com transferência de massa 
 
A transferência de massa ocorre quando se coloca em contato 2 fases 
(parcialmente miscíveis) de composições diferentes. A força motriz da transferência de 
massa é a diferença na composição das fases 
 
Para aumentar a eficiência da transferência de massa é necessário aumentar o 
contato entre as fases, podendo levar a uma separação quase completa. O contato pode 
ser melhorado através de equipamentos que promovem um sistema de repetição e/ou 
com o aumento da superfície de contato. 
 
Para separar componentes de uma mistura homogênea deve-se utilizar as 
diferenças nas propriedades dos constituintes da mistura. Quanto maior a diferença, 
maior será a facilidade de ocorrer separação, além de baratear custos. 
 
Fatores que influenciam na escolha do processo separativo: exigências de energia; 
impacto ambiental, custo e disponibilidade dos materiais de processo e de construção, 
ou seja, o que é economicamente mais atrativo. 
 
Principais operações unitárias de transferência de massa: destilação; extração 
líquido-líquido; extração sólido-líquido (lixiviação); adsorção; absorção e dessorção de 
gás; filtração por membrana, etc. 
 
Equipamentos para operações em estágios: 
 
A operação em estágios múltiplos proporciona maiores variações na composição 
das 2 fases das que as variações que se pode obter em um só estágio. Nos 
equipamentos para operações em estágios é sempre preferível utilizar a força da 
gravidade com a finalidade de baratear custos do processo. Os estágios eficientes, 
devem efetuar o contato e a separação através da forma mais simples possível. 
 
Contato gás-líquido 
 
A separação de fases em gás-líquido é fácil devido a grande diferença de 
densidade entre gases e líquidos. Para promover o contato os estágios são construídos 
em coluna vertical, onde os líquidos fluem para baixo, através da gravidade, e o gás 
escoa para cima. 
 
Contato líquido-líquido 
 
No contato líquido-líquido o escoamento induzido pela gravidade não causa uma 
dispersão adequada, devido a diferença entre as fases dos dois líquidos serem muito 
pequena. Sendo assim, é necessário a utilização de misturadores mecânicos a modo 
de propiciar a dispersão de fases. Pode ser utilizado também coluna de bandejas para 
proporcionar essa dispersão. Depois de misturadas, a mistura passa para um processo 
de decantação, onde as fases se separam por ação da gravidade. 
A separação gravitacional pode ser muito lenta devido ao tamanho pequeno das 
partículas; densidades próximas da partícula e do fluído; forças associativas que 
mantém componentes ligados (como nas emulsões). 
Quando a decantação é muito lenta, pode-se precisar de uma centrífuga para 
aumentar a eficiência da separação. Exemplo: centrífuga de cesto laminar, tem um 
tambor que gira dentro de um compartimento estacionário, permitindo a separação do 
líquido mais leve e do líquido mais pesado através de saídas estacionárias. 
 
Contato sólido-líquido 
 
Para promover o contato sólido-líquido deve-se utilizar técnicas que possibilitem 
o transporte do sólido de forma eficiente (pode ser transportado em cesto). Os sólidos 
são mais difíceis de se transportar em relações aos gases, vapores, e líquidos, e por 
isso, seus meios de transporte são mais elaborados e mais caros. 
 
(Slide 2 – fluidização) 
 
A fluidização de sólidos vem sendo bastante utilizada nos processos industriais 
onde se consegue um contato sólido-fluido mais eficiente. A ampla utilização desse 
mecanismo de contato deve-se, principalmente, a alta mobilidade e intensa mistura dos 
sólidos que proporcionam, por sua vez, altíssimas taxas de transferência de calor e 
massa, e uma uniformidade de temperatura no interior do leito 
 A fluidização, resumidamente, é a operação pela qual as partículas sólidas são 
transformadas em um estado como de um líquido através de suspensão em um gás ou 
líquido. Proporciona maior contato superficial entre o sólido e o fluído, favorecendo a 
transferência de massa e de calor. É empregada em processos de secagem; mistura, 
revestimento de partículas, combustão, limpeza de gases, tratamentos de efluentes 
entre outros. 
 
Escoamento em leito fluidizado 
 
 Leito fluidizado geralmente refere-se a um leito de sólidos finamente divididos 
através dos quais se passa um gás ou um líquido e este comporta-se num estado 
intermediário entre um leito estático (imóvel) e um que os sólidos estejam suspensos 
num fluxo gasoso. Ou seja, o fluido escoa através de partículas sólidas, permitindo 
assim um maior contato entre as fases. 
 Para aumentar ainda mais a eficiência do contato, se subdivide um sólido a modo 
de sua superfície externa aumentar, permitindo melhor transmissão de calor ou 
transferência de matéria. 
 
Leito fixo x leito fluidizado 
 
 O leito fixo é caracterizado basicamente por um aglomerado de partículas que 
não se movimentam uma em relação às outras. Enquanto no leito fluidizado, há intensa 
misturação axial (ao longo do eixo), o que propicia as altas taxas de transferência de 
calor e massas nesses sistemas. 
 No leito fluidizado, o leito está aberto na parte superior e o gás/líquido é 
alimentado uniformemente no fundo, através de uma placa porosa ou distribuidor. 
 
Tipos de distribuidores 
 
 Placa com orifício: com poucas aberturas para alimentação do ar e densidade 
do leito flutua consideravelmente para todas as taxas de escoamento, sendo a 
variação maior e altas vazões. 
 Placa com múltiplos orifícios: a flutuação da densidade do leito é desprezável a 
baixas vazões, mas torna-se apreciável em altas vazões. Proporciona contato 
mais íntimo entre as fases. 
 Placa porosa: Contato entre as fases superior em relação aos anteriores. A 
densidade permanece estável para diferentes faixas de vazões. O principal 
problema é a elevada queda de pressão, o que aumenta consideravelmente o 
consumo de potência dos sopradores. 
 
Nos leitos fluidizados, se um líquido ou gás flui ascendentemente a baixa velocidade 
por um leito de partículas sólidas, não causa movimento das mesmas. Assim, 
aumentando a velocidade de fluidização, o leito começa a se expandir até um ponto 
(ponto mínimo de fluidização) onde as partículas adquirem movimento, destacando-se 
uma das outras. Contudo, a eficiência na utilização de um leito fluidizado depende do 
conhecimento da velocidade mínima de fluidização. 
 
Fludização com líquido: O leito expande com o aumento da velocidade do líquido 
tendo uma expansão mais ou menos uniforme tanto em baixa como alta vazão, só 
aumentando a agitação das partículas nas altas vazões (fluidização particulada = 
fluidização com líquido). 
 
Fluidização com gás: Só é uniforme nas baixas vazões. Em altas velocidades ou 
vazões a fluidização é agregativa, com formação de duas fases: emulsão e bolhas. A 
fase de emulsão é a fase densa enquanto a de bolhas é a fase descontinua. • Na 
fluidização com gás bolhas passam através do leito como se o leito estivesse em 
ebulição; 
 
Tipos de fluidização: 
 
 Particulada: quando o leito é homogêneo em termos de concentração de 
partículas. 
 Agregativa: quando a passagem do fluido se dá na forma de bolhas como em 
um líquido em ebulição. 
 
Principais características da fluidização 
• Mistura intima entre fase: contato muito bom entre fases; 
• Transferência de calor é rápida: temperatura uniforme é rapidamente atingida; 
• Altas taxas de transferência de massa; 
• Fácil controle de temperatura: aplicação para muitos processos de reação exotérmicasonde controle de temperatura é importante; 
• Boa fluidização significa ter leitos fluidizados sem canais preferenciais, sendo 
importante a distribuição do fluido na entrada da base do leito. Fluido bem distribuído 
dificulta a formação de canais preferenciais; 
*Sólidos não isométricos e sólidos que se aglomeram sempre terão dificuldades de 
fluidizar. 
 
 
Vantagens do leito fluidizado. 
1. Comportamento dos sólidos similar a líquidos, pois permite operações contínuas 
controladas automaticamente; 
2. Rápida mistura dos sólidos fazem condições dentro do leito serem isotérmicas (rápida 
troca de calor); 
3. Circulação de sólidos entre 2 leitos possibilita transportar vasta quantidade de calor 
produzida; 
4. Serve bem para operações em larga escala; 
5. T.M. e T.C. entre gás e partículas são altas, comparada a outros modos de contato; 
6. T.C. entre leito fluidizado e objetos imersos é alta. Conseqüentemente trocadores de 
calor dento do leito requerer pequena área de troca térmica. 
 
Desvantagens do leito fluidizado 
1. Difícil descrever o escoamento do gás, tem desvios grande do “plugflow” e “by-pass” 
de sólidos por meio de bolhas → Ineficiência de contato; 
2. Sólidos quebram-se e são arrastados pelo gás; 
3. Erosão da tubulação e vasos pela abrasão de partículas pode ser séria. 
 
Aplicações da fluidização 
 
 Transferência de calor; 
 Mistura de sólidos; 
 Mistura de gases; 
 Secagem de sólidos ou gases; 
 Cominuição 
 Classificação de sólidos 
 Adsorção-dessorção 
 
Características principais da fluidização como operação 
 
 Boa fluidização significa ter leitos fluidizados sem canais preferenciais, sendo 
importante a distribuição do fluido na entrada da base do leito. Fluido bem distribuído 
dificulta a formação de canais preferenciais. 
 
*Sólidos que terão dificuldades de fluidizar: sólidos não isoméricos; sólidos que se 
aglomeram. 
 
Aplicações na indústria de alimentos: 
 
 Sistemas de torrefação de café; 
 Secagem e congelamento de alimentos; 
 Recobrimento de doces, pastilhas etc.; 
 Sistemas de microencapsulação; 
 Misturadores. 
 
 
 
 
 
 
(Slide 3 – Extração) 
 
Extração líquido-líquido: 
 
É uma operação de transferência de massa de uma fase para outra. Esta remoção 
é feita pela adição de um solvente imiscível (à solução do soluto) no qual o soluto seja 
mais solúvel nesta fase que na original. Em outras palavras, é a separação de uma 
substância de uma mistura por preferencialmente dissolver esta substância em um 
solvente adequado. Por este processo, um composto solúvel é normalmente separado 
de um composto insolúvel. É um processo de separação que objetiva a extração de uma 
substância de uma fase líquida em outra fase líquida. 
Assim, essa técnica pode ser usada para separar seletivamente uma substância de 
uma mistura ou para remover impurezas de uma solução. Na prática, normalmente uma 
das fases é a água ou uma solução aquosa e a outra um solvente orgânico que é 
imiscível com a água. 
 
Princípio: diferença de solubilidade em líquidos imiscíveis 
Objetivo: Isolar ou concentrar um constituinte de interesse ou separá-lo das espécies 
que podem interferir em sua purificação durante o processo industrial. 
Etapas: contato entre as fases; separação das fases; recuperação do solvente. 
 
Aplicações: 
 
 Extração do fármaco bruto; 
 Recuperação de antibióticos de caldos de fermentação; 
 Recuperação de fármacos biotecnologicamente produzidos; 
 Distribuição de óleo flavorizante entre fases oleosas e aquosa das emulsões. 
 
Escolha do solvente ideal: 
 
 Grande afinidade para o soluto; 
 Totalmente imiscível com o diluente de alimentação; 
 
*Entretanto, isto não acontece na prática. Assim a escolha do solvente depende de 
características da mistura inicial e do solvente, como seletividade; miscibilidade; 
densidade; facilidade de recuperação; viscosidade; reatividade; toxicidade e custo. 
o Seletividade: afinidade para o soluto B e não para o diluente A; 
o Miscibilidade: quanto mais elevada a imiscibilidade com o diluente A mais fácil a 
separação de fases; 
o Densidade: quanto maior a diferença de densidade entre o solvente (B) e o 
diluente (A) mais fácil será a separação de fases. 
 
Aplicações: 
 
 Recuperação do ácido acético de efluentes aquosos; 
 Produção de essências para a fabricação de perfumes ou aditivos alimentares; 
 Produção de penicilina para fins farmacêuticos; 
 Extração de essências e óleos (cravo, eucalipto, etc.). 
 
 
Vantagens: 
 
 Processo realizado à temperatura ambiente ou temperatura moderada; 
 Possibilidade de utilização de solventes com boa capacidade de extração ou 
seletivos; 
 Possibilita controle de pH, força iônica e temperatura, de forma a evitar a 
desnaturação de enzimas e proteínas (sistemas aquosos bifásicos de 
biomoléculas); 
 Menor custo energético. 
 
Desvantagens: 
 
 A ELL gera produtos intermediários (transfere-se o soluto A do solvente B para outro 
solvente C) e portanto será necessário utilizar um outro processo de separação 
posteriormente (p.ex. destilação, evaporação) para obter o soluto A, livre do solvente C. 
 
Coeficiente de partição (K): É utilizado para calcular a quantidade de material que vai ser 
extraído e o número de etapas que vai ser utilizado. 
 
*Quanto maior o número de pequenas extrações, maior será a quantidade de soluto 
removida. Entretanto, para otimizar a eficiência a regra geral é extrair três vezes com 1/3 do 
volume. 
 
*O soluto é o único componente transferido da mistura inicial para a fase do solvente. A 
mistura torna-se o refinado à medida que dela se extrai o soluto. A fase solvente transforma-
se no extrato à medida que acolhe o produto. 
 
Tipos de extração: 
 
 Emprega-se não somente equipamentos em estágios, mas também equipamentos 
de contato contínuo. 
 Operação em co-corrente: utilizada quando soluto tem boa afinidade com o solvente 
extrator. Nesse tipo de extração é necessário pouco tempo de contato. O fluxo de 
alimentação com o solvente ocorre numa mesma direção. 
 Operação em contra-corrente: Nesse tipo de extração a alimentação entra em 
contato várias vezes com o solvente extrator. Nele, o solvente extrator puro é 
introduzido em uma das extremidades enquanto o soluto entra em outra. É utilizado 
para maiores tempos de contato entre soluto e o solvente extrator, favorecendo a 
transferência de massa. Seu sistema de múltiplo estágio propicia um produto com 
elevada concentração. 
 Operação em corrente-cruzada: é a extração por contato múltiplo com solvente, pois 
o solvente puro tem contato contínuo com a alimentação, na qual o soluto é 
progressivamente removido, refinado e altamente purificado, promovendo um 
extrato rico em soluto (componente de interesse). Desvantagem: uso excessivo de 
solvente e alto custo. 
 
 
 
 
 
 
 
Equipamentos para extração líquido-líquido: misturadores – decantadores; colunas de 
pratos; coluna recheada; e extratores centrífugos. 
 
 Colunas estáticas: Compreende-se as colunas de pratos, de spray e de recheio, 
ambas promovem o acúmulo de gotículas, seja por aglutinação embaixo de 
pratos, por bolhas, ou recheio, respectivamente. 
 Colunas agitadas: tendo como exemplo a coluna de discos rotativos, tendo como 
característica agitadores separados por zonas isentas de agitação, promovendo 
o acúmulo de gotículas. 
 
Considerações e variáveis importantes: 
 
 Características do solvente: deve possuir alta seletividade e estabilidade e boa 
capacidade de recuperação. 
 Vazão do solvente: baixas vazões de solvente concentram o extratoe aumentam 
o número de estágios para uma mesma concentração de refinado. Enquanto 
altas vazões aumentam o custo de operação e afetam a pureza do extrato e 
refinado. 
 Temperatura, pressão e superfície de contato entre as fases: afetam a relação 
de equilíbrio. A temperatura influencia no grau de solubilidade do material e a 
superfície de contato entre as fases influencia no movimento do soluto de uma 
fase para outra. 
 
Adsorção (continuação do slide 3) 
 
Adsorção é a adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície 
sólida (o adsorvente); o grau de adsorção depende da temperatura, da pressão e da 
área da superfície - os sólidos porosos como o carvão ativado são ótimos adsorventes. 
As forças que atraem o adsorvato podem ser químicas ou físicas. 
 Adsorção física: Neste caso, as moléculas ou átomos se aderem à 
superfície do adsorvente, de uma forma geral, por meio das forças de 
Van der Waals – ligações intermoleculares de longo espectro, mas que 
são muito fracas, incapazes de formar ligações químicas -. A adsorção 
física é um processo reversível e, apesar de uma molécula fisicamente 
adsorvida reter sua identidade, pode ser deformada pela presença dos 
campos de força da superfície. 
 Adsorção química: Nesse caso, as moléculas ou átomos aderem à 
superfície do adsorvente por meio de ligações químicas que, 
normalmente, são covalentes – o tipo da ligação depende das 
substâncias que participam do sistema-, tendendo a acomodar-se em 
locais que propiciem o maior número possível de coordenação com o 
substrato. O processo é exotérmico e irreversível, uma vez que há a 
formação de ligações químicas. 
 
Aplicação: Por muito tempo foi aplicada somente em processos de purificação e 
separação, para produtos de alto valor agregado; atualmente vem sendo utilizada para 
tratamentos de resíduos (exemplo: remoção de corantes). 
 
 
Adsorventes: para que um adsorvente tenha uma capacidade adsortiva significante, 
deve apresentar uma grande área superficial específica, ou seja, uma estrutura 
altamente porosa. Os adsorvente mais utilizados em escala industrial são o carvão 
ativado, a sílica-gel, a alumina ativada, etc. 
 
Equilíbrio: Isotermas de adsorção: 
 
 Isoterma é a relação de equilíbrio entre a concentração do componente de 
interesse na fase fluida e de sua concentração no adsorvente a uma dada temperatura. 
O tratamento matemático do processo de adsorção é feito através de relações 
chamadas isotermas. Existem alguns tipos mais comuns de isotermas de adsorção: a 
isoterma de Freundlich, que melhor se aplica a fenômenos de adsorção que ocorrem 
com formação de multicamadas (fisiossorção-adsorçãofísica); a isoterma de Langmuir, 
que se aplica à descrição de adsorção de gases em superfícies sólidas, e considera que 
o processo só finaliza quando todos os sítios (“poros”) da superfície forem preenchidos, 
formando uma monocamada (quimissorção-adsorção química), porém, só se aplica 
perfeitamente se considerar-se sistemas ideais; a isoterma BET, que assume que as 
partículas são adsorvidas em camadas sobrepostas, seguindo conceitos bastante 
próximos da isoterma de Langmuir, porém, aplicando-os a diversas camadas 
(fisiossorção-adsorção física). 
 
Extração sólido-líquido 
 
A Operação de Extração é também uma operação de separação/purificação 
muito comum a nível industrial. Na extração, a separação do soluto da mistura de 
alimentação é promovida pela adição de outro composto (um terceiro composto no caso 
da alimentação ser uma mistura binária), o qual designamos por solvente. 
Na extração sólido-líquido (lixiviação), a separação da fase líquida, pode ser 
realizada de algumas formas. Uma das mais utilizadas é pela adição de um solvente 
conveniente. 
Para que essa extração seja mais satisfatória o sólido deve estar bastante 
triturado, assim o solvente terá um maior contato com seus constituintes. Normalmente 
o componente que se deseja extrair é solúvel no líquido e o restante da fase sólida é 
insolúvel. 
Existem duas técnicas de extração: contínua ou descontínua. Se a substância 
for mais solúvel no solvente orgânico do que na água, recorre-se ao método 
descontínuo. Caso contrário, utiliza-se o método contínuo. 
A escolha do solvente é feita a partir da facilidade de dissolução da substância 
e da facilidade com que se pode isolar o soluto extraído, isto é, do baixo ponto de fusão 
do solvente para sua posterior evaporação. 
 
*Extração sólido-líquido também é conhecida como lixiviação 
 
A lixiviação é um processo de extração, que consiste basicamente na remoção 
de compostos inorgânicos ou orgânicos de rochas minerais, solo, resíduos sólidos, etc., 
para beneficiamento no caso das rochas minerais e, para análise de compostos 
químicos, no caso de solo e resíduos sólidos. 
Na lixiviação, os compostos químicos são removidos através do uso de um 
solvente (podendo ser um ácido, uma base ou até a própria água), que tenha afinidade 
com o composto químico a ser removido. Sendo que esse composto químico a ser 
removido pode ser uma impureza, como no caso de beneficiamento de minérios em 
indústrias metalúrgicas, ou alguns compostos que se pretende analisar 
quantitativamente e analiticamente, como no caso da análise de solos e resíduos. 
 
Processo de extração do soluto: 
 
1. Solvente em contato com a superfície da partícula que contém o soluto; 
2. Solvente penetra e se difunde na matriz do sólido; 
3. Soluto entra em contato com o solvente; 
4. Soluto solubilizado e transferido para o meio líquido 
5. Finalizada a dissolução: o sólido se sedimenta na base do equipamento e o 
sobrenadante contém o soluto extraído da matriz sólida. 
 
O principal fator que afeta a etapa de dissolução é a estrutura da matriz, ou seja, se 
for porosa ou solvente se dissolve rápido, se for compacta o solvente não se difunde ou 
se difunde lentamente. Por isso é sempre importante aumentar a superfície de contato 
para promover transferência de massa mais eficiente. 
 
 Modos operacionais: 
 Mais simples: separação por meio do contato simples do sólido com o solvente; 
 Corrente-cruzada: Utiliza porções de solvente puros. Em alguns casos pode ser 
inviável pois pode obter um extrato com baixa concentração de soluto. 
 Contra-corrente em múltiplos estágios: é a configuração mais apropriada, pois 
proporciona elevada concentração de soluto. 
 
Equipamentos: 
 
 Leito fixo: Em um leito fixo o fluido passa través de um leito de partículas em 
baixas velocidades, apenas fluindo através dos espaços vazios existentes entre 
as partículas estacionárias. 
 Leito móvel: opera de forma contínua, sendo que a alimentação, o dessorvente, 
e as correntes de saída trocam suas posições de forma cíclica, em um conjunto 
de colunas ligadas em série. 
 Contínuo com agitação: é empregado quando o sólido pode ser cominuido a 
0,074 mm, é um processo em contra-corrente com vários agitadores com 
tanques sedimentadores. 
(Slide 4 – secagem) 
Em geral entende-se por Secagem a operação unitária destinada à remoção de 
um líquido agregado a um sólido para uma fase gasosa insaturada através de 
vaporização térmica. Esta vaporização ocorrendo em uma temperatura inferior àquela 
de ebulição do líquido na pressão do sistema. O mecanismo de vaporização térmica 
para a remoção da umidade distingue a secagem dos processos de filtração e 
centrifugação. A umidade mais comum é a água e o sistema comumente encontrado é 
o de um sólido úmido exposto ao ar em uma certa temperatura e umidade. 
Resumidamente, secagem pode ser definida como a remoção térmica de 
substâncias voláteis, que chamamos de umidade, a partirde uma mistura para produzir 
um sólido. Na esquematização da secagem percebe-se que ocorrem dois processos 
simultaneamente: a transferência de calor e a transferência de massa na forma de vapor 
ou líquido. 
 
 Para a secagem ocorrer a umidade deve receber calor das redondezas, ela 
evapora e é retirada por um gás de arraste (normalmente ar seco). Em grandes partes 
das aplicações a umidade é a água. 
 
Finalidades da secagem: 
 
 Redução do tamanho e do peso do material, diminuindo dessa maneira o custo 
de transporte e da armazenagem; 
 Facilitar a mistura e moagem das substâncias; 
 Melhor conservação de fármacos por reduzir o crescimento bacteriano e fúngico 
do material seco; 
 Proporciona maior estabilidade ao produto final, por diminuir a atividade da água 
no mesmo. 
 
Psicrometria 
 
 É o estudo das misturas de ar e vapor d’água, isto é, o estudo do ar úmido. 
Estuda as relações entre temperatura e umidade do ar, fundamental para as operações 
de secagem. 
 
Princípios básicos da psicrometria: 
 
 Pressão de vapor: pressão em que o líquido encontra-se em equilíbrio com o 
próprio vapor em uma dada temperatura. [quando as moléculas dos líquidos 
vencem as forças intermoleculares elas passam a condição de vapor] 
 Vapor: é o estado no qual a substância pode facilmente se liquefazer, ou sja, 
voltar para o estado líquido, apenas se aumentarmos a pressão do sitema ou se 
abaixarmos a temperatura, separadamente. 
 Gases: é um estado fluido e para mudá-lo de estado é necessário usar esses 
dois processos simultaneamente (aumento da pressão e diminuição da 
temperatura). 
 Umidade: estado que está empregnado de vapor de água ou levemente 
molhado. 
 Ar saturado: quando a pressão parcial de vapor atinge o valor da pressão de 
vapor de água livre numa dada temperatura. 
 Ponto de orvalho: é a temperatura na qual a mistura ar – vapor torna-se saturada 
quando sofre um resfriamento, mantendo a pressão e a umidade constante. 
 Temperatura de ponto de orvalho: é a menor temperatura a que o ar pode ser 
resfriado, sem que ocorra alguma condensação de vapor de água ou umidade. 
 Umidade relativa: é a razão entre a quantidade de umidade do ar e a quantidade 
máxima que ele pode conter na mesma temperatura. 
 Umidade absoluta: é a massa de vapor de água contida em 1 kg de massa de 
ar seco. 
 Calor latente: refere-se ao calor envolvido na mudança de fase , modificando o 
conteúdo de umidade de uma substância, sem alteração da temperatura. 
 Volume úmido: é o volume ocupado pela umidade de massa de ar seco, 
juntamente com a umidade que o acompanha, na pressão e temperatura de ar. 
 Carta psicrométrica: é um diagrama que simplifica o estudo das propriedades do 
ar. 
 Temperatura de bulbo seco (TBS): temperatura do ar medida com um 
termômetro comum. 
 Temperatura de bulbo úmido (TBU): temperatura do ar medida com um 
termômetro comum, cujo bulbo de vidro foi coberto com uma gaze úmida. 
*A diferença entre TBS e TBU fornence a umidade relativa, através da carta 
psicrométrica. 
 
Medida da umidade: 
 
 Psicrômetro: constituído por um conjunto de dois termômetros de bulbo (bulbo 
seco e bulbo úmido). 
 Higrômetro: é constituído por materiais cujas propriedades mudam em contato 
com o ar de umidades relativas diferentes. O higrômetro mecânico usa materiais 
como cabelo, fibra de madeira e plásticos que expandem ou contraem com 
mudanças de umidade. 
o Higrômetro elétrico: baseia na variação da resistência elétrica de um fino 
filme de um condutor eletrolítico contendo um sal higroscópio, em função 
da umidade. 
o Higrômetro de condensação: baseia na determinação do ponto de 
orvalho. 
o Higrômetro de fio de cabelo: o cabelo humano livre de gorduras tem a 
propriedade de aumentar em comprimento ao absorver umidade e de 
diminuir quando a perder. Essa variação é convenientemente ampliada e 
transmitida a um ponteiro, sobre um mostrador, que indicará diretamente 
a umidade relativa do ar. 
 
Modos de transferência de calor: 
 
 Condução: consiste na transferência de energia térmica entre as partículas que 
compõe o sistema. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com 
maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas. 
 Convecção: decorre da diferença de densidade entre as partes que formam o 
sistema, consiste na transferência de calor dentro de um fluído através de 
movimentos do próprio fluído. 
 Radiação: consiste de ondas eletromagnéticas viajando com a velocidade da luz. 
 
(Slide 5 – secagem) 
 
Secagem é uma operação de transferência de massa envolvendo a remoção 
de umidade (água) ou outro solvente de um sistema sólido ou semi-sólido. Secagem 
pode ser também definida como a remoção térmica de substâncias voláteis, que 
chamamos de umidade, a partir de uma mistura para produzir um sólido. 
 Líquidos podem ser removidos de sólidos mecanicamente através 
de prensas ou centrífugas e por vaporização térmica. O termo secagem se refere 
apenas a “vaporização térmica” – a remoção mecânica de umidade é geralmente 
denominada desidratação mecânica. 
 
 
 
 
Transferência de massa 
 
 Externa: dependente das condições externas (ao sólido) como temperatura, 
umidade e vazão do ar, área de exposição e pressão. 
 Interna: dependente da natureza física do sólido, temperatura e umidade do 
sólido. 
 
Fatores intervenientes na velocidade de secagem: 
 
 Tipo de sólido; 
 Natureza e teor da umidade; 
 Área de contato (granulometria e contato) 
 Umidade relativa do ar; 
 Temperatura; 
 Pressão; 
 Modos de transferência de calor e massa; 
 Turbulência; 
 Retirada do ar úmido. 
 
Classificação: 
 
 No processo de transferência do calor no secador: condunção; convecção; 
radiação. 
 Na forma do material: sólido, líquido, lama ou em pasta; 
 Como o material será tratado: presença ou ausência de agitação 
 Tipo de operação: contínua ou descontínua. 
 
Tipos de secadores: 
 
 Secadores de leito estático: as partículas do sólido a ser seco não se 
movimentam. 
o Secador de bandejas: o processo é descontínuo (por lote). É utilizado 
frequentemente para secagem de matérias-primas e semiacabados. Este 
equipamento pode ser utilizado para secagem de uma variedade de 
matérias-primas por possuir um fácil manuseio. 
o Secador de esteira: são secadores construídos de forma a permitir o 
transporte contínuo de produto a ser desidratado. Este secador 
apresenta a possibilidade de controlar a temperatura, a umidade relativa 
a velocidade e a recirculação do ar, independentemente em cada 
módulo, melhorando seu desempenho e reduzindo os custos. 
 Secadores de leito móvel: as partículas do sólido a ser seco encontram-se 
parcialmente separadas podendo mover-se umas sobre as outras. 
o Secador de bandejas agitadas: é constituído por uma série de bandejas 
na qual o leito de partícula se desloca. Consiste numa série de prateleiras 
anulares giratórias dispostas numa pilha vertical em que o conjunto roda 
devagar. O processo é contínuo. 
o Secador rotativo: utilizado para aplicações de alta produtividade 
envolvendo alta umidade e de fluxo livre. O processo é contínuo 
o Secador em torre: Maior aplicação na indústria de grãos. Proporciona um 
maior tempo de exposição e um baixo volume de ar. O ar controlado e o 
movimento dos grãos garante uniformidade na secagem e no 
resfriamento. Secagem mais lenta com menos estresse térmico produz 
um grão de melhor qualidade, em cada partícula seca uniformemente e 
estável. 
o Secador de tambor à vácuo: apresenta uma das mais elevadas taxas desecagem da indústria. É um processo descontínuo. 
 Secadores de leito fluidizado: as partículas sólidas são suspensas numa corrente 
de gás ascendente. Esse contato (gás-sólido) possibilita uma melhor 
transferência de massa e de calor do que a que ocorre em leito estáticos ou 
móveis. Podem ser descontínuos ou contínuos. Aplicações: torrefação de 
cereais, castanhas, grãos e sementes, migalhas de pão, tabaco, catalisadores, 
etc. 
 Secadores pneumáticos: a partícula a secar são penetradas e transportadas 
numa corrente de gás a alta velocidade. As transferências de calor e de massa 
são extremamente rápidas reduzindo-se o tempo de secagem. 
o Secador spray: é utilizado para materiais fluidos, tais como soluções, 
lamas e pastas finas, onde a cristalização convencional ou separações 
sólido/líquido é impossível ou muito complicada. Às vezes o spray é 
escolhido se a forma esférica das partículas é desejada (ex: café solúvel). 
É um processo contínuo. É adequado para produtos sensíveis ao calor 
devido ao reduzido tempo de residência, exemplo leite em pó e sais 
orgânicos. Podem ser de 3 tipos: atomizadores pneumáticos, 
atomizadores de pressão, atomizadores de disco giratório. 
o Secador instantâneo: a secagem ocorre de forma rápida, cerca de 10 
segundos . 
 
Métodos de secagem especializados: 
 
 Liofilizadores: o material a ser seco é primeiro congelado e depois sujeito, sob 
vácuo elevado, a calor de modo que o líquido congelado sublime deixando um 
resíduo constituído pelos componentes secos do líquido original. 
 Secagem por micro-ondas: em vez de aplicar o calor externamente a um 
material, a energia, na forma de micro-ondas, é convertida em calor interno por 
interação direta com o material, o qual é seco rapidamente. 
 
Liofilização: 
 
 É uma das operações unitárias mais utilizadas na indústria farmacêutica; não 
utiliza conservantes ou produtos químicos e é o processo mais adequado para reservar 
células, enzimas, vacinas, vírus, soros, derivados sanguíneos entre outros. Resulta em 
um produto final com uma estrutura porosa livre de umidade e capaz de ser reconstituída 
pela simples adição de água. 
 Conceito: processo de secagem em condições de pressão e temperatura tais 
que, a água, previamente congelada, passa do estado sólido diretamente para o estado 
gasoso (sublimação). 
 Objetivo: remover água do material permitindo o armazenamento à temperatura 
ambiente por meses; reconstituir o produto seco, em suas condições originais, pela 
adição da água antes do uso. 
 Vantagens: baixa temperatura de trabalho; reduzida perda de constituintes 
voláteis; rápida reconstituição do produto liofilizado; inibição do crescimento de 
microrganismos e reações enzimáticas, gerando produtos de melhor qualidade. 
 Desvantagens: processo mais lento que a desidratação convencional; mais caro; 
investimento inicial maior; exige maior cuidado com a embalagem (impermeabilidade ao 
O2 e ao vapor de água). 
 
Tipos de liofilização: 
 
 Secagem por tubos múltiplos (“manifold”): é o método mais usado (útil para 
volumes pequenos). As amostras são congeladas de modo a formar uma casca 
e submetidas a vácuo para prevenir a fusão. 
 Método de liofilização nas próprias bandejas (“bulk”): usado para volumes 
maiores de uma mesma amostra. A amostra é submetida em bandejas 
especiais, onde posteriormente é congelada e secada em liofilizador. 
 Método em batelada: usado quando grande número de recipientes de tamanho 
similar são simultaneamente liofilizados (frascos de soro); 
 
Fatores que afetam a eficiência da liofilização: 
 
 Tamanho, área superficial e espessura da amostra; 
 Temperatura; 
 Concentração do soluto; 
 Fatores relativos ao equipamento (vácuo). 
 
(Slide 6 – Cristalização) 
 
O termo Cristalização designa o processo de obtenção de cristais por 
evaporação do solvente. A Cristalização é uma operação de separação onde, partindo 
de uma mistura líquida (solução ou magma) se obtêm cristais de um dos componentes 
da mistura, com 100% de pureza. Na cristalização criam-se as condições 
termodinâmicas que levam as moléculas a aproximarem-se e a agruparem-se em 
estruturas altamente organizadas, os cristais. Por vezes, as condições operatórias não 
permitem obter cristais 100% puros verificando-se a existência, nos cristais, de 
inclusões (impurezas) de moléculas que também têm grande afinidade para o soluto. 
 Definição: é um processo de separação sólido-líquido na qual a transferência 
de massa ocorre de um soluto contido numa solução líquida para uma fase de um sólido 
puro cristalino. 
 
Características relevantes: 
 
 Distribuição de tamanho: é desejável que possuem tamanho adequado e 
uniforme, principalmente se forem utilizados em operações posteriores. 
 Pureza: um cristal perfeito possui pureza de 100% para não haver águas mães 
oclusas no interior do sólido quando a magma for retirada. 
*Água-mãe: solução aquosa resultante da etapa de filtração da substância 
insolúvel durante o processo de sua cristalização 
 Aspecto; 
 Formato. 
 
 
 
 
Processos de cristalização: 
 
 Nucleação: início da cristalização, surgimento de cristais a partir da solução 
supersaturada. Pode ser homogênea ou heterogênea. Denomina-se nucleação 
heterogênea a transformação que ocorre sobre sítios favoráveis (substratos), 
que são catalisadores do processo de nucleação. 
 Crescimento: processo difusional. União de átomos ou moléculas. Seletividade 
da célula unitária do cristal na força de coesão. 
 Aglomeração: Aumento do tamanho dos cristais. 
 
Soluções: 
 
 Insaturada: não atinge o coeficiente de solubilidade; 
 Saturada: atinge o coeficiente de solubilidade; 
 Supersaturada: aquecimento e resfriamento lento. Qualquer perturbação leva a 
precipitação. 
o Utilização de 3 métodos distintos: 
 Resfriamento: redução da solubilidade; 
 Evaporação: aquecimento; 
 Adição de um outro solvente. 
 
Cristalização por resfriamento: 
 
 Vantagens: baixo consumo de energia; simplicidade de equipamentos 
empregados; cristalização de substâncias com baixa estabilidade térmica. 
 Desvantagens: inibição na formação de cristais e presença de líquido no cristal 
(material amorfo) 
 
Cristalização por aquecimento: 
 
 Vantagem: obtenção de cristais mais puros; natureza cristalina (baixa 
concentração de solvente no cristal); menos higroscópicos e maior estabilidade 
de estocagem. 
 Desvantagem: consumo de energia, preço final; equipamentos mais sofisticados 
(vácuo). 
 
Nucleação 
 
 Nucleação primária: nascimento de corpos muito pequenos (núcleos) no interior 
de uma fase homogênea supersaturada. 
 Nucleação secundária: novos núcleos formados a partir de fragmentos de 
cristais, devido ao movimento de cisalhar no fluido ou colisões. 
 
Tanques de cristalização: a solução aquecida é bombeada para um tanque não agitado, 
e o resfriamento ocorre por convecção natural e/ou radiação através de serpentinas ou 
parte externa encamisada. 
 
Cristalizador Swenson-walker: a solução quente concentrada é introduzida numa 
extremidade continuamente e flui lentamente enquanto vai sendo resfriada. 
 
Cristalizador de Oslo: é um tipo de cristalização por evaporação, efetua controle 
granulométrico dos cristais. 
 
Aplicações gerais: 
 
 Produção de açúcar; 
 Produção de sulfato de sódio e amônia (fertilizantes); 
 Produção de carbonato de cálcio (indústria de papel e pasta) 
 Produção de ácido bórico (indústria farmacêutica) 
 
*Polimorfismo: Na indústria farmacêutica, o polimorfismo pode ocasionar desvios de 
qualidade durante o processo produtivoe influenciar o desempenho dos medicamentos. 
Portanto, é uma característica importante a ser considerada pois polimorfos apresentam 
características físico-químicas muito distantes como solubilidade, taxa de dissolução, 
estabilidade química, cor e ponto de fusão.