Relatório adsorção

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FACULDADE DE ENGENHARIA DE SOROCABA 
 
 
 
 
MÓDULO MULTIPROPÓSITO- 
ADSORÇÃO 
 
 
 
 
 
 
GRUPO 1 
Felipe Mendes RA:120518 
João Paulo Pransteter RA:120699 
Raphael Rancan RA:121261 
 
 
Sorocaba/SP 
 2015 
2 
 
 RESUMO 
 
A operação unitária de adsorção é uma operação utilizada em industrias para 
desumidificação de gases, recuperação de vapores de solventes, branqueamento 
das soluções de açúcar, dos óleos vegetais e minerais , desodorização do gás 
carbônico e das bebidas ,recuperação de produtos em mostos de fermentação ,entre 
outras aplicações. 
Esse trabalho visa o estudo da adsorção em leito fixo em escala laboratorial, 
alterando o diâmetro das esferas do recheio da coluna e vazões de alimentação das 
soluções contendo o soluto a ser separado. Também foi avaliado outros parâmetros. 
como por exemplo o tempo de retenção Para isso acontecer o experimento foi 
utilizado em um equipamento de multipropósito da marca Up control,ajustado para 
adsorção. A comparação dos resultados obtidos estão mostradas no decorrer do 
trabalho. 
 
 
3 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO.....................................................................................4 
2. TEORIA................................................................................................4 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................7 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO............................................................8 
5. CONCLUSÃO.....................................................................................16 
 
4 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Adsorção é uma operação unitária de transferência de massa do tipo sólido-
fluido com o intuito de separação. Esse processo consiste em passar a solução 
pelos sólidos porosos empacotados e no decorrer do tempo, os solutos da solução 
ficam retidos e o solvente continua passando para e separar os solutos 
empacotados da solução que ficarão retidas nos poros desses de capturar solutos 
dos fluidos na superfície dos sólidos porosos. O processo trata-se de separar 
substâncias líquidas ou gasosas através de sólidos porosos capturando solutos dos 
fluidos. 
 
2. TEORIA 
 
Dentre as operações de transferência de massa utilizadas encontra-se a 
adsorção, que consiste em um método de separação de sólidos dos fluidos. Nesse 
método é explorada a habilidade de se concentrar, nas superfícies do sólido, 
determinadas substâncias presentes no líquido ou gás, dessa maneira é permitido 
uma separação. Essa separação é compreendida de acordo com uma faixa de 
variação do peso do sólido adsorvente de 5 até 30%. Uma relação que é importante 
entender é que quanto maior a superfície do sólido por unidade de peso, mais 
favorável será o processo de adsorção. (GOMIDE,1988). 
Alguns conceitos devem ser lembrados, como por exemplo, o material 
adsorvido nos sólidos é conhecido como adsorvente, e esses materiais que 
possuem essa capacidade de adsorver é chamado de adsorvente. 
Em geral os materiais adsorventes são compostos por sólidos porosos que 
possuem classificação de microporosos, mesoporosos e macroporosos, ou seja, 
apresentam porosidade, segundo a IUPAC, <20 A, 20 a 500ª e >500 A 
respectivamente. A maior intensidade de adsorção ocorre nos microporos. As 
superfícies dos adsorventes não possuem uma homogeneidade, devido as 
diferenças de composição, sendo assim um fator importante para diversificar os 
adsorventes para uma gama de adsorbato.(RUTHVEN,1984). 
5 
 
Os adsorventes são empacotados em um leito fixo ou coluna e é por la que o 
fluido é passado continuamente com determinada vazão até que toda coluna seja 
saturada. Segundo GOMIDE, 1988 existem forças nas superfícies dos sólidos 
adsorventes, onde partes das ligações químicas estão livres, quando as moléculas 
do fluido entram em contato com essas forças existe uma atração. Essa atração 
pode ser química, conhecida como quimissorção, ou seja ,há uma reação química 
entre o adsorvente e o adsorbato, ou física, chamada de fisissorção, em que não há 
uma reação química e a atração ocorre por ligações de van der Waals. 
O esquema de uma coluna de adsorção pode ser observado na figura 1. 
 
 
Figura 1. Coluna de adsorção 
 
Para o leito fixo a concentração do fluido que é alimentado varia com o tempo 
e conforme o fluido passa pelo recheio, ou seja, pelo adsorvente. A maior 
intensidade de transferência de massa se da no inicio, no primeiro contato do fluido 
com o adsorvente, esse momento é conhecido como zona de transferência de 
massa (ZTM).Também vale salientar que conforme o fluido fica livre de adsorbato, a 
concentração desse fluido tende diminuir exponencialmente, na sequencia que o 
fluido passa pela coluna.( MCCABE, SMITH & HARRIOTT, 2007) 
Segundo GEANKOPOLIS, 1993 o cálculo de ZMT depende de alguns fatores 
importantes, por exemplo tempo equivalente da capacidade total ou estequiométrica 
do leito fluidizado(tt ) que é o equilíbrio entre o fluxo de alimentação e saída da 
6 
 
coluna de adsorção, o cálculo de tt pode ser observado na equação 1, e o tempo de 
ruptura (tu), que consiste no tempo limite que haja a interrupção do fluxo da solução 
na primeira camada dos materiais adsorventes e passe a ter adsorção em outra 
parte do leito fixo.O tempo de ruptura pode ser observado na equação 2 e o ZMT na 
equação 3. 
 
 
dt
c
c
tt 








0 0
1
 (1) 
 
dt
c
c
t
bt
u  






0 0
1
 (2) 
 
Em que: 
C= concentração final da solução 
C0 = concentração inicial da solução 
 
 
 
H
t
t
ZTM
t
u .1 








 (3) 
 
Em que: 
H= altura do leito de adsorvente 
 
De acordo com MCCABE,1993 para se conhecer a quantidade de adsorbato 
que ficou retida no adsorvente um balanço de material foi feito e o resultado pode 
ser visto na equação 4. 
 
 dt
c
c
m
QC
q
bt
a
ent
sat  








0 0
1 (4) 
 
7 
 
Sendo: 
Cent = concentração do receio da coluna 
Q= vazão de entrada do fluido 
ma = massa de adsorvente seca. 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Os materiais utilizados para esse experimento foram: 
- Violeta de metila 
- Água destilada 
- 1 béquer de 250 mL 
- 1 vidro relógio 
- 5 balões volumétricos de 25 mL 
- 1 balão volumétrico de 500 mL 
- 1 balança analítica 
- 1 pipeta graduada de 10 mL 
- 5 pipetas de Pasteur 
- 1 espátula 
- Esferas de Tantos e Tantos para recheio da coluna 
- 1 Cronômetro 
-1 espectrofotômetro Quimis 
- Módulo didático multipropósito Up Control 
 
3.1. Construção da curva analítica 
 
Primeiramente em uma balança analítica foi preparado um padrão de violeta 
de metila pesando, com o auxílio de uma espátula e um béquer de 250 ml, 3 m g e 
transferidos para o balão volumétrico de 500 mL ao completar com água a solução 
ficou pronta. Na sequencia, desse padrão foram pipetados nos 5 balões volumétrico 
de 25 mL respectivamente, 12,5, 8,3, 4,2, 2,1 e 1 mL e completados com água. 
Quando as 5 soluções estavam prontas cada uma foi levada para o 
espectrofotômetroe foi lida a absorbância. No final desse processo foi construída 
uma curva analítica de absorbância versus concentração. 
8 
 
 
3.2. Operando com o equipamento como adsorção 
 
Nessa parte do experimento foram pesados 300 mg de violeta de metila em 
um vidro relógio e transferidos para o tanque do equipamento, que foi completado 
com 50 L de água. No equipamento foram utilizados 1000 g de esferas de diâmetro 
de 4 a 4,8 mm no primeiro experimento e 2,4 a 3,5 mm como recheio da coluna. 
Quando todo o equipamento estava preparado então se iniciou o experimento, o 
equipamento foi ligado e em consequência a bomba. Também foi controlada a 
temperatura, a qual foi ajustada para trabalhar com 25ºC, e a vazão, que foi ajustada 
para 6 L/h. Quando a solução de violeta de metila entrou em contato com o recheio 
da coluna iniciou o cronômetro e quando a solução completou a coluna foi retirada 
uma amostra de solução por uma válvula localizada no topo, essa amostra foi 
analisada no espectrofotômetro e foi observada a respectiva absorbância. A cada 
minuto foi retirada uma amostra até o valor de absorbância se aproximar ao valor da 
solução inicial. Esse procedimento foi repetido para vazões de alimentação de 20 e 
30 L/h. 
Esse experimento também foi repetido alterando o diâmetro das esferas de 
recheio, também operando com as mesmas vazões de 6, 20 e 30 L/h e mesma 
temperatura de 25ºC. 
Com a curva analítica construída foi possível determinar a concentração de 
cada amostra. 
 
 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Para a determinação da relação concentração-absorbância, traçou-se a curva 
analítica da solução de violeta de metila, cujos dados constam na tabela 1 e gráfico 
na figura 2. 
 
 
9 
 
Tabela 1: concentrações das soluções-padrão e respectivas absorbâncias 
CONCENTRAÇÃO (mg/L) ABSORBÂNCIA 
8 1,237 
3 0,697 
2 0,416 
1 0,237 
0,5 0,094 
0,25 0,058 
 
 
Figura 2: curva analítica para a solução de violeta de metila 
 
Obtém-se, do gráfico, a equação de tendência linear (5), responsável por 
converter as absorbâncias obtidas das alíquotas retiradas da saída da coluna em 
concentrações. 
 
0095,02296,0  cA
 (5) 
 
Diâmetro de adsorvente: 4 a 4,8 mm 
 
Para o experimento, preparou-se 50 L de solução na concentração de 6 mg/L. 
Três vazões distintas de violeta de metila foram utilizadas para cada diâmetro de 
y = 0,2296x - 0,0095 
R² = 0,9929 
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
A
b
so
rb
ân
ci
a 
Concentração [mg/L] 
10 
 
adsorvente. As concentrações das alíquotas – retiradas a cada 1 minuto a partir do 
preenchimento da coluna até o ponto de coleta de amostra de topo – bem como a 
razão entre estas e a concentração de base lida e seu respectivo grau de avanço 
encontram-se nas tabelas 2, 3 e 4. A figura 3 mostra as curvas de ruptura para as 
três vazões. 
Tabela 2: concentração e razão Cj/C0 para a vazão de 6 L/min - 1º adsorvente 
TEMPO (min) CONCENTRAÇÃO (mg/L) C/C0 1-C/C0 
0 0 0 1 
1 0,1807 0,1013 0,8987 
2 0,1328 0,0745 0,9255 
3 0,2417 0,1355 0,8645 
4 0,1546 0,0867 0,9133 
5 0,2853 0,1600 0,8400 
6 0,3201 0,1795 0,8205 
7 0,2853 0,1600 0,8400 
8 0,2112 0,1184 0,8816 
9 0,3158 0,1770 0,8230 
10 0,5335 0,2991 0,7009 
11 0,4116 0,2308 0,7692 
12 0,4159 0,2332 0,7668 
13 0,5118 0,2869 0,7131 
14 0,6860 0,3846 0,6154 
15 0,9037 0,5067 0,4933 
16 0,6990 0,3919 0,6081 
17 0,8166 0,4579 0,5421 
18 1,0213 0,5726 0,4274 
19 1,0083 0,5653 0,4347 
20 1,1868 0,6654 0,3346 
21 1,2522 0,7021 0,2979 
22 1,3567 0,7607 0,2393 
23 1,1738 0,6581 0,3419 
24 1,2391 0,6947 0,3053 
25 1,3959 0,7827 0,2173 
26 1,2086 0,6777 0,3223 
27 1,2217 0,6850 0,3150 
28 1,0693 0,5995 0,4005 
29 1,3828 0,7753 0,2247 
30 1,3785 0,7729 0,2271 
31 1,6398 0,9194 0,0806 
32 1,6790 0,9414 0,0586 
33 1,7095 0,9585 0,0415 
34 1,7139 0,9609 0,0391 
11 
 
35 1,8010 1,0098 -0,0098 
36 1,8576 1,0415 -0,0415 
37 1,8314 1,0269 -0,0269 
 
Tabela 3: concentração e razão Cj/C0 para a vazão de 20 L/min - 1º adsorvente 
TEMPO (min) CONCENTRAÇÃO (mg/L) C/C0 1-C/C0 
0 0 0 1 
1 0,3158 0,1770 0,8230 
2 0,3724 0,2088 0,7912 
3 0,5422 0,3040 0,6960 
4 0,9168 0,5140 0,4860 
5 1,0301 0,5775 0,4225 
6 1,0867 0,6093 0,3907 
7 1,2478 0,6996 0,3004 
8 1,4264 0,7998 0,2002 
9 1,5179 0,8510 0,1490 
10 1,6877 0,9463 0,0537 
11 1,7574 0,9853 0,0147 
12 1,8010 1,0098 -0,0098 
13 1,7574 0,9853 0,0147 
14 1,8619 1,0440 -0,0440 
 
 
Tabela 4: concentração e razão Cj/C0 para a vazão de 30 L/min - 1º adsorvente 
TEMPO (min) CONCENTRAÇÃO (mg/L) C/C0 1-C/C0 
0 0 0 1 
1 0,2243 0,1258 0,8742 
2 0,5118 0,2869 0,7131 
3 0,9691 0,5433 0,4567 
4 1,1607 0,6508 0,3492 
5 1,3175 0,7387 0,2613 
6 1,3872 0,7778 0,2222 
7 1,5875 0,8901 0,1099 
8 1,7356 0,9731 0,0269 
9 1,7051 0,9560 0,0440 
10 1,8532 1,0391 -0,0391 
11 1,9142 1,0733 -0,0733 
12 1,9316 1,0830 -0,0830 
13 1,9186 1,0757 -0,0757 
 
12 
 
 
Figura 3: curva de ruptura para as três vazões de solução - 1º adsorvente 
 
As equações de tempo útil e tempo de saturação são integradas 
numericamente. Considerou-se tempo de ruptura como o tempo em que a 
concentração da solução pós-camada adsorvente representou 5% da concentração 
de alimentação. 




























 



1
1
01 1211
2
)( truptura
t entrada
t
entrada
truptura
entrada
tnn
u
C
C
C
C
C
Ctt
t
 




























 



1
1
01 1211
2
)( tremoção
t entrada
t
entrada
tremoção
entrada
tnn
sat
C
C
C
C
C
Ctt
t
 
A partir de tais conceitos encontra-se o tempo adimensional (τ): 
 
1606,0
81,16
70,2

sat
u
t
t
 
 
A partir do qual, juntamente com a altura do leito, encontra-se a zona de 
transferência de massa (ZTM): 
0,0000
0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000
0 5 10 15 20 25 30 35 40
C
/C
0 
Tempo (min) 
30
L/h
20
L/h
6 L/h
13 
 
cmHZTM t 66,2200,27)1606,01()1(   
 
Tabela 5: valores de tempo útil e de saturação da coluna adsorvente - 1º adsorvente 
Vazão (L/h) 
Tempo útil (tu) 
(min) 
Tempo de 
saturação (tsat) 
(min) 
Altura do leito 
(Ht) (cm) 
ZTM (cm) 
6 2,70 16,81 27,00 22,66 
20 1,55 3,90 27,00 16,27 
30 1,38 2,39 27,00 11,41 
 
 
 
Através desses valores, pode-se determinar a quantidade de adsorbato 
adsorvido pela coluna até os tempos útil e de saturação pelas equações (6) e (7). 
 
dt
C
C
m
QC
q
tb
entrada
b
sa
entrada
u  








0
1
 (6) 
 
 
dt
C
C
m
QC
q
tr
entrada
r
sa
entrada
sat  








0
1
 (7) 
 
Tabela 6: capacidade de adsorção da coluna por vazão de alimentação – 1º adsorvente 
Vazão (L/h) Ponto de ruptura (mg/g) Ponto de saturação (mg/g) 
6 4,81E-04 3,00E-03 
20 9,22E-04 2,32E-03 
30 1,23E-03 2,13E-03 
 
Diâmetro de adsorvente: 2,4 a 3,5 mm 
 
Realizou-se as mesmas etapas para o experimento com leito adsorvente de 
esferas de vidro de diâmetro de 2,4 a 3,5 mm. 
14 
 
 
Tabela 7: concentração e razão Cj/C0 para a vazão de 6 L/min – 2º adsorvente 
TEMPO (min) ABSORBÂNCIA CONCENTRAÇÃO (mg/L) C/C0 1-C/C0 
0 0 0 01 
1 0,06 0,302700348 0,16972 0,83028 
2 0,06 0,302700348 0,16972 0,83028 
3 0,078 0,3811 0,2137 0,7863 
4 0,095 0,4551 0,2552 0,7448 
5 0,104 0,4943 0,2772 0,7228 
6 0,13 0,6076 0,3407 0,6593 
7 0,131 0,6119 0,3431 0,6569 
8 0,15 0,6947 0,3895 0,6105 
9 0,173 0,7949 0,4457 0,5543 
10 0,184 0,8428 0,4725 0,5275 
11 0,191 0,8733 0,4896 0,5104 
12 0,208 0,9473 0,5311 0,4689 
13 0,218 0,9909 0,5556 0,4444 
14 0,235 1,0649 0,5971 0,4029 
15 0,244 1,1041 0,6190 0,3810 
16 0,256 1,1564 0,6484 0,3516 
17 0,263 1,1868 0,6654 0,3346 
18 0,268 1,2086 0,6777 0,3223 
19 0,288 1,2957 0,7265 0,2735 
20 0,298 1,3393 0,7509 0,2491 
21 0,316 1,4177 0,7949 0,2051 
22 0,323 1,4482 0,8120 0,1880 
23 0,349 1,5614 0,8755 0,1245 
24 0,356 1,5919 0,8926 0,1074 
25 0,363 1,6224 0,9096 0,0904 
26 0,388 1,7313 0,9707 0,0293 
27 0,414 1,8445 1,0342 -0,0342 
28 0,429 1,9098 1,0708 -0,0708 
29 0,433 1,9273 1,0806 -0,0806 
 
Tabela 8: concentração e razão Cj/C0 para a vazão de 20 L/min - 2º adsorvente 
TEMPO (min) ABSORBÂNCIA CONCENTRAÇÃO (mg/L) C/C0 1-C/C0 
1 0,094 0,4508 0,2527 0,7473 
2 0,161 0,7426 0,4164 0,5836 
3 0,225 1,0213 0,5726 0,4274 
4 0,272 1,2260 0,6874 0,3126 
5 0,35 1,5658 0,8779 0,1221 
15 
 
6 0,353 1,5788 0,8852 0,1148 
7 0,347 1,5527 0,8706 0,1294 
8 0,392 1,7487 0,9805 0,0195 
9 0,449 1,9970 1,1197 -0,1197 
10 0,457 2,0318 1,1392 -0,1392 
 
Tabela 9: concentração e razão Cj/C0 para a vazão de 30 L/min - 2º adsorvente 
TEMPO (min) ABSORBÂNCIA CONCENTRAÇÃO (mg/L) C/C0 1-C/C0 
1 0,042 0,2243 0,1258 0,8742 
2 0,134 0,6250 0,3504 0,6496 
3 0,202 0,9212 0,5165 0,4835 
4 0,324 1,4525 0,8144 0,1856 
5 0,365 1,6311 0,9145 0,0855 
6 0,372 1,6616 0,9316 0,0684 
7 0,41 1,8271 1,0244 -0,0244 
8 0,438 1,9490 1,0928 -0,0928 
9 0,441 1,9621 1,1001 -0,1001 
 
 
 
Figura 4: curva de ruptura para as três vazões de solução - 2º adsorvente 
 
0,0000
0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000
0 5 10 15 20 25 30 35
C
/C
0
 
Tempo (min) 
30 L/h
20 L/h
6 L/h
16 
 
Para as esferas de diâmetro de 2,4 a 3,5 mm, obteve-se coluna de altura 
28,00 cm. 
 
Tabela 10: valores de tempo útil e de saturação da coluna adsorvente - 2º adsorvente 
Vazão (L/h) 
Tempo útil (tu) 
(min) 
Tempo de saturação 
(tsat) (min) 
Altura do leito 
(Ht) (cm) 
ZTM (cm) 
6 1,64 10,85 28,00 23,77 
20 1,17 1,89 28,00 10,67 
30 1,33 1,74 28,00 6,60 
 
Tabela 11: capacidade de adsorção da coluna por vazão de alimentação – 2º adsorvente 
Vazão (L/h) Ponto de ruptura (mg/g) Ponto de saturação (mg/g) 
6 2,92E-04 1,93E-03 
20 6,96E-04 1,13E-03 
30 1,18E-03 1,55E-03 
 
 
 
 
 
5.CONCLUSÃO 
 
A análise dos resultados de comprimento de Zona de Transferência de Massa 
e capacidade de adsorção para as três vazões combinadas com os dois diâmetros 
de adsorventes permite concluir que as esferas de vidro de diâmetro entre 4 e 4,8 
mm apresentaram maior eficiência adsortiva do que as esferas de diâmetro entre 2,4 
e 3,5 mm, tendo sido obtidos valores de capacidade de adsorção maiores para as 
tres vazões do primeiro caso com relação ao ponto de ruptura. Heterogeneidade na 
solução e imprecisões na amostragem explicam o fato de, com relação ao ponto de 
saturação, a vazão de 6 L/h, a mais baixa, ter apresentado maior capacidade 
adsortiva, a despeito do que sugere o comprimento de ZTM, que assumiu menores 
valores para a vazão de 30 L/h, o que sinaliza menor resistência difusiva da coluna 
para tal vazão. 
 
 
 
17 
 
REFERÊNCIAS 
 
GEANKOPOLIS, C. J. Transport Processes and Unit Operation, 3ª Ed. New Jersey: 
Prentice – Hall Internation, 1993. 
 
 GOMIDE, R. Operações Unitárias: Operações de transferência de massa. 
São Paulo: Ltda, 1988.4 v. 
 
MCCABE, W. L., SMITH, J.C., HARRIOTT, P. Unit Operation of Chamical 
Engineering, 5ª Ed. Nova Iorque, D. F.: MacGraw – Hill, 1993 
 
RUTHVEN, D. M.. Principles of adsorption and adsorption 
processes. Nova Iorque: John Wiley & Son, 1984.