54144977 Extracao Solido Liquido

a diferença de pressão de vapor. 
 
Algumas aplicações de extração: 
 
• Recuperação de penicilina do caldo de fermentação pela extração com solvente 
como butil acetato, por exemplo; 
• Recuperação de ácido acético de soluções aquosas diluídas (ver propriedades físicas 
na tabela abaixo) 
Componente Temp. Ebulição (°C)
Ácido acético 118 
Água 100 
Éter isopropílico 69 
• Refino de petróleo: A maior aplicação da extração concentra-se na separação de 
produtos oriundos do petróleo que apresentam diferentes estruturas químicas e a 
mesma faixa de temperatura de ebulição, como por exemplo: óleos lubrificantes (Tb 
>300°C) são tratados com solventes polares com baixa temp. de ebulição como: 
fenol, furfural ou metil pirrolidona para extração de aromáticos, deixando no óleo 
componentes parafínicos e naftênicos; 
• Recuperação de óleo de líquidos residuais no processamento mecânico. 
 
Equipamentos para extração 
Os equipamentos para a extração podem operar em batelada ou contínua. Uma 
determinada quantidade de líquido (soluto + líquido diluente) é misturada 
convenientemente com o solvente extrator, como ilustra esquematicamente a Figura 1 a 
seguir. 
 
Figura 1- Esquema simplificado de uma unidade simples de extração batelada. 
 
Fase líquida I: diluente+soluto+solvente 
Fase líquida II: diluente+soluto+solvente 
 
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Figura 2− Torre spray como bico para a distribuição (A) do líquido leve ou light. 
 
Extrato: Fase líquida constituída, predominantemente, pelo solvente + soluto, ou de outra 
forma, a fase para onde o soluto se transferiu (usualmente é fase mais leve) 
Refinado: Fase líquida de onde se extraiu o soluto (usualmente é fase mais pesada) 
 
Geralmente vários estágios de extração são necessários para uma determinada separação; 
então pode-se utilizar misturadores e tanques de separação/decantação com fluxos 
contracorrentes como ilustra a Figura 3: 
 
Figura 3− Sistema de extração com misturadores e decantadores. 
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Equilíbrio líquido-líquido para misturas ternárias 
 
As coordenadas do triângulo eqüilátero são utilizadas para representar dados de equilíbrio 
para um sistema com três componentes, uma vez que precisamos de três eixos. O 
diagrama é a representação gráfica que mostra que os componentes A (solvente) e B 
(diluente) e C (soluto). A Figura 3 ilustra as coordenadas do diagrama triangular. 
1) triângulo eqüilátero: 
 
 Figura 3- Coordenadas do diagrama triangular. 
Características do diagrama ternário ou triangular: 
 
a) vértices do triângulo: componentes puros (A, B ou C) 
b) lados do triângulo: mistura binárias (A+B, A+C ou C+B) 
c) qualquer ponto no interior do digrama ternário: mistura ternária (A+B+C) 
 
Como determinar as composições do ponto genérico M ??? 
Traçar linhas paralelas ao lado oposto dos vértices do triângulo, passando pelo ponto M. 
A B Cx x x 0,40 0,20 0,40 1,0+ + = + + = (ver Figura anterior) 
A Figura 4 a seguir, mostra a curva ou envelope que divide região monofásica da região 
com duas fases. Mistura original representada pelo ponto M, após agitação, se separa em 
duas fases a e b e estão em equilíbrio. A linha de amarração, equilíbrio ou tie line passa 
por M a e b. O ponto P é denominado de plait point 
 
Exemplos: 
Methyl isobutyl ketone (A) 
Water (B) 
Acetone (C) 
 
Water (A) 
Chloroform (B) 
Acetone (C) 
 
 
Figura 4− Diagrama de equilíbrio líquido-líquido para os componentes A e B parcialmente 
miscíveis em C. 
Características da Figura 4: 
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a: composição da fase extrato (rica em A) em equilíbrio com b 
b: composição da fase refinado (rica em B) em equilíbrio com a 
aMb: linha de equilíbrio ou amarração que passa por M 
ponto P: plait point igualdade das composições das fases extrato e refinado 
 
2) triângulo retângulo: (ver Figura 5 a seguir) 
 
Figura 5− Diagrama de equilíbrio (triângulo retângulo). 
Características da Figura 5: 
a: composição da fase extrato (rica em C) em equilíbrio com b 
b: composição da fase refinado (rica em B) em equilíbrio com a 
aMb: linha de equilíbrio ou amarração que passa por M 
ponto P: plait point igualdade das composições das fases extrato e refinado 
 
Exemplos: Sistema 1: Acetona + metil isobutil cetona (MIK) + água à 25 °C, ver Figura 6 
a seguir. diluente: água; soluto: acetona e solvente extrator: MIK. 
 
Figura 6- Sistema acetona, MIK e água à 25C. 
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Sistema 2: Anilina + n-heptano + metilciclohexano (MCH) à 25 °C, ver Figura 7 a seguir. 
diluente: n-heptano; soluto: MCH: solvente extrator: analina 
 
Figura 7− Sistema anilina, n-heptano e MCH à 25 °C 
 
Exercício Provão 2003 
De modo a evitar danos ao meio ambiente, um efluente contendo inicialmente 30% e 
massa de acetona e 70% de água é submetido a um processo de extração com metil 
isobutil cetona (MIBK). A mistura produzida apresenta 20% de acetona, 47% de água e 
33% de MIBK. 
 
a) Calcule a fração de acetona recuperada no extrato, considerando-se um único 
estágio de equilíbrio. 
b) O que você recomenda para reduzir o teor de acetona no refinado? 
 
Solução: Localização do ponto M no diagrama ternário 
2H Ox 0,4= acetonax 0,20= 337 e MIBKx 0,= 
 
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linha de amarração que ponto M (linha contínua não precisa interpolar) e localiza os 
pontos a e b 
 
composição do ponto a (extrato): 0,25 de acetona; 0,71 de MIK e 0,04 de água 
composição do ponto b (refinado): 0,15 de acetona; 0,04 de MIK e 0,82 de água 
 
Fração de acetona no extrato: 25% (pequena recuperação) 
 
a relação entre as quantidades de Solvente puro (S) e solução F (30% de acetona 70% de 
água) pode ser obtida pela regra da alavanca: S MF 2,9 0,5
F SM 5,8
= = = . Para reduzir a o 
teor de acetona no refinado, o ponto M deve descer um pouco ou devemos aumentar a 
quantidade de solvente extrator na mistura. 
Como funciona essa Regra da Alavanca (arm rule) 
 
Balanços matéria no extrator simples: 
Global: (a) V L M+ =
Componente A: (b) A A AV y L x M x+ = M
MComponente C: (c) C C CV y L x M x+ =
 
Combinado as Eqs. (a) e (b), teremos: 
A A
AM A
L y x
V x x
−= −
M (d) 
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Combinado as Eqs. (a) e (c), teremos: 
C CM
CM C
y xL
V x x
−= − (f) 
Igualando as Eqs. (d) e (f) teremos: 
C CM A AM
CM C AM A
y xL y
V x x x x
− −= =− −
x
 (g) 
 
Assim, L, V e M estão alinhados numa LINHA RETA. Utilizando propriedades de 
semelhança de triângulos retângulos, teremos: 
( )
( )
L kg seg(VM)
V kg seg(LM)
= 
Extração líquido-líquido em estágios com fluxos contracorrentes 
 
Considerando N extratores com fluxos contracorrentes como ilustra a Figura 8 a seguir: 
 
Figura 8− Sistema de extração com estágios e fluxos contracorrentes. 
 
Definições preliminares relevantes: 
V = taxa mássica ou volumétrica de extrato (soluto+diluente+solvente) 
L = taxa mássica ou volumétrica de refinado (soluto+diluente+solvente) 
Ay = fração mássica ou volumétrica de soluto (A) no extrato 
Ax = fração mássica ou volumétrica de soluto (A) no refinado 
 
A Linha de Operação para a bateria de extratores é obtida de forma clássica, balanço 
material nos n primeiros estágios de equilíbrio: 
i) global: 
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 (1) n 1 a a nV L V+ + = + L
ii) para o soluto: 
 a a a ann 1 n
n 1 n 1
V y L xL
y x
V V+ + +
⎛ ⎞ −= +⎜ ⎟⎝ ⎠
 (2) 
Na extração líquido-líquido: 
b nL L L≤ ≤ a a e b n 1V V V+≤ ≤
Procedimento de McCabe-Thiele para obter o número Ideal (N) de estágios (ver Figura 9): 
 
Do diagrama ternário de equilíbrio: Acetona + metil isobutil cetona (MIK) + água à 25 °C 
 
Figura 9− Diagrama McCabe-Thiele para a extração. 
 
Exemplo: Planta de extração com fluxos contracorrentes para extração: A acetona 
(A) deve ser extraída de uma solução aquosa utilizando meti isobutil cetona (MIK) como 
solvente extrator