Operações com transferência de Massa

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ENGENHARIA
ENGENHARIA QUÍMICA
OPERAÇÕES COM TRANSFERÊNCIA DE MASSA
Laboratóro de Engenharia Química II
MICHELI GABRIELA SAPIAGINSKI
Cuiabá
Julho de 2019
1. TRANSFERÊNCIA DE MASSA
1 TRANSFERÊNCIA DE MASSA
1.1 Destilação
A destilação é uma operação unitária que envolve transferência de massa. O prin-
cípio envolvido nesta transferência é o de equilíbrio líquido/vapor. Isso ocorre quando há
um fornecimento de calor, promovendo uma vaporização parcial da mistura, diferenciando
assim, sua composição. A resultante deste processo é diretamente ligada à volatilidade,
pois, quanto maior a diferença da volatilidade, maior será a diferença de composição entre
as duas fases, e, portanto, mais fácil será realizada a destilação. Um exemplo de utilização
é na refinação de petróleo, separando os hidrocarbonetos presentes nas misturas.[1]
1.2 Absorção de gases
A transferência de massa está presente na retirada de um ou mais componentes de
uma mistura de gases pelo contato direto com um líquido. Os componentes mais conheci-
dos nesta remoção são o gás carbônico (𝐶𝑂2), o dióxido de enxofre (𝑆𝑂2), amônia (𝑁𝐻3),
gás cloro (𝐶𝑙2). Essa remoção pode ser feita de duas maneiras como, a dissolução simples
do componente da fase gasosa para a fase líquida e por meio de reação química entre o
componente e algum reagente na fase líquida, com o produto da reação a permanecer na
fase líquida. Um dos principais usos da absorção de gases é para o controle de poluição
do ar ambiental.[2]
1.3 Umidificação e desumidificação de ar
Nessas operações estão envolvidos dois componentes e duas fases: a fase líquida
que na maioria das vezes é água e a fase gasosa, usualmente ar, que contém uma fração
de vapor condensável da fase líquida. A umidificação trata-se do aumento da umidade
absoluta de um gás até um valor especificado, sendo que a transferência de massa e
calor ocorre na direção do líquido para o gás. No entanto, na desumidificação, ocorre o
inverso.[3]
1.4 Secagem
A secagem envolve dois fenômenos fundamentais e simultâneos, onde o calor é
transferido do fluido de secagem para o sólido, evaporando o liquido contido na superfície
do material e a massa é transferida em fase liquida ou vapor no interior do material, ocor-
rendo a transferência do vapor da superfície para a vizinhança do sólido. A transferência
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de massa ocorre do interior para a superfície do material e sua subsequente evaporação
devido ao primeiro processo. o movimento interno da umidade do material no solido é
função da natureza física do solido, sua temperatura e conteúdo de umidade.[4]
1.5 Extração líquido-líquido
Na extração líquido/líquido, a separação está relacionada com a distribuição di-
ferenciada do soluto pelas duas fases imiscíveis (ou parcialmente miscíveis) em contato.
A alimentação líquida é misturada com o solvente da extração e o soluto dessa alimen-
tação vai distribuir-se de forma desigual entre o solvente que se adicionou e o diluente
da alimentação, passando, preferencialmente, para o novo solvente que se adicionou. Sol-
vente e diluente devem ser o mais imiscível possível (total ou parcialmente imiscíveis). A
transferência de massa do soluto deve dar-se da solução de alimentação para a fase do
solvente.
É possível estabelecer um paralelismo entre extração líquido/líquido e destilação.
Em ambos os casos o soluto passa da fase de alimentação (corrente líquida) para a outra
fase que se adiciona ou forma no processo (líquido ou vapor, respectivamente). O agente
da separação na extração é o novo líquido/solvente que se adiciona, enquanto que na
destilação é o calor que se fornece ao processo, o qual dá origem a uma nova fase, desta
vez vapor. Assim, a extração é, normalmente, uma operação isotérmica enquanto na
destilação existe, necessariamente, variação de temperatura ao longo do processo.[5]
1.6 Extração sólido-líquido
Consiste em uma operação na qual um soluto ou um composto presente em uma
fase (líquida ou sólida) é transferido para um solvente de extração. A transferência de
massa ocorre na mudança de fase do soluto para que haja a extração, podendo ser feita de
duas formas: difusão por meio do solvente para o exterior da partícula e transferência do
soluto em contato com a partícula para o globo principal da solução. Uma das utilizações
é na extração do óleo de soja utilizando o hexano (𝐶6𝐻12) como solvente.[6]
1.7 Cristalização
A operação de cristalização envolve uma separação sólido-líquido a fim de, formar
cristais e separar um sólido de uma solução, eliminando impurezas.[7] Isso ocorre por-
que as indústrias buscam a crescente qualidade de seus produtos finais, observando suas
propriedades físicas, otimizando as propriedades de interesse e diminuindo propriedades
indesejáveis como empedramento, alta retenção de umidade e altas perdas de material
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1. TRANSFERÊNCIA DE MASSA
pela formação de pó.[8]
1.8 Adsorção e troca iônica
A adsorção ocorre quando um soluto é transferido de um fluido para a superfície de
uma fase sólida. Para completar a separação, o constituinte adsorvido deve ser removido
do sólido. Pode ser realizada pela adsorção química, envolvendo a formação de uma
ligação química entre as substâncias. Adsorção física, a qual não envolve a formação de
uma ligação química e a isoterma de adsorção que é a quantidade de fluido adsorvido por
uma superfície sólida em função da pressão de um fluido a uma determinada temperatura.
A quantidade adsorvida aumenta com a concentração do fluido e decresce com o aumento
da temperatura.[8]
1.9 Separação por membrana
Os processos de filtração por membranas permitem o fraccionamento de solutos
dissolvidos em correntes líquidas e a separação de misturas gasosas. A maioria destes
processos usa o escoamento tangencial, uma particularidade que os distingue da filtração
convencional, onde se promove a separação de partículas sólidas em suspensão de correntes
líquidas ou gasosas em escoamento frontal, sendo aqui, a ocorrência de transferência de
massa. A membrana é definida como uma barreira permeável e seletiva, que restringe a
transferência de massa entre duas fases.[9]
1.10 Desaeração
Desaeração é o processo mecânico de retirada de gases não condensáveis, dissol-
vidos na água, feito por um desaerador (ocorrência de transferência de massa). Dois
exemplos desses gases são o oxigênio (𝑂2) e o dióxido de carbono (𝐶𝑂2). A presença
desses elementos na água dificulta o seu uso, seja em equipamentos industriais, seja como
ingrediente de alimentos. Por isso, eles precisam passar por esse procedimento de remo-
ção. O equipamento do desaerador é alimentado com água cuja composição inclui os gases
dissolvidos e que precisam ser retirados. Essa água, de modos diferentes, pelas bandejas
ou pela pulverização, entra em contato com o vapor. O vapor aquece a água.[10]
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REFERÊNCIAS REFERÊNCIAS
REFERÊNCIAS
[1] PORTAL DE ENGENHARIA QUíMICA. Destilação. Disponível em:
<http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑡𝑎𝑠𝑘 =
𝑣𝑖𝑒𝑤𝑖𝑑 = 33𝐼𝑡𝑒𝑚𝑖𝑑 = 142>.𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜𝑒𝑚 : 05𝑑𝑒𝑗𝑢𝑙ℎ𝑜𝑑𝑒2019.
[2] PORTAL DE ENGENHARIA QUíMICA. Absorção. Disponível em:
<http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑡𝑎𝑠𝑘 =
𝑣𝑖𝑒𝑤𝑖𝑑 = 35𝐼𝑡𝑒𝑚𝑖𝑑 = 152>.𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜𝑒𝑚 : 05𝑑𝑒𝑗𝑢𝑙ℎ𝑜𝑑𝑒2019.
[3] UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - DEPARTAMENTO
DE QUíMICA. Umidificação e Desumidificação do Ar. Disponível em:
<https://pt.scribd.com/presentation/347338252/Umidificacao-Desumidificacao>.
Acesso em: 05 de julho de 2019.
[4] TORRES, F. C. de O. et al. Transferência de calor e massa - secagem. Universidade
Federal de Sergipe - Departamento de Engenharia Química, p. 13, 2011. Disponível
em: <https://www.docsity.com/pt/transferencia-de-calor-e-massa-secagem-apostilas-
engenharia-de-transportes/344238/>.Acesso em: 05 de julho de 2019.
[5] PORTAL DE ENGENHARIA QUíMICA. Extração líquido-líquido. Disponível
em: <http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑡𝑎𝑠𝑘 =
𝑣𝑖𝑒𝑤𝑖𝑑 = 63𝐼𝑡𝑒𝑚𝑖𝑑 = 148>.𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜𝑒𝑚 : 05𝑑𝑒𝑗𝑢𝑙ℎ𝑜𝑑𝑒2019.
[6] UNIVERSIDADE TECNOLóGICA FEDERAL DO PARANá. Extração. Disponí-
vel em: <http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camilamartinez/operacoes-unitarias-na-
industria-de-alimentos-2o-semestre-2016/extracao.pdf/at𝑑𝑜𝑤𝑛𝑙𝑜𝑎𝑑/𝑓𝑖𝑙𝑒>.𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜𝑒𝑚 :
07𝑑𝑒𝑗𝑢𝑙ℎ𝑜𝑑𝑒2019.
[7] UNIVERSIDADE DE SãO PAULO. Cristalização. Disponível em:
<https://edisciplinas.usp.br/mod/resource /view.php?id=2427455>. Acesso em:
07 de julho de 2019.
[8] KAIRON ANDRé DE LIMA - UNIFAL. Cristalização. Disponível
em: <https://www.unifal-mg.edu.br/engenhariaquimica/system/files/imce/
TCC20142/𝐾𝑎𝑖𝑟𝑜𝑛𝐿𝑖𝑚𝑎𝑇𝐶𝐶20142.𝑝𝑑𝑓>.𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜𝑒𝑚 : 07𝑑𝑒𝑗𝑢𝑙ℎ𝑜𝑑𝑒2019.
[9] PORTAL DE ENGENHARIA QUíMICA. Separação por Membranas. Disponí-
vel em: <http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑡𝑡𝑎𝑠𝑘 =
𝑣𝑖𝑒𝑤𝑖𝑑 = 57𝐼𝑡𝑒𝑚𝑖𝑑 = 206>.𝐴𝑐𝑒𝑠𝑠𝑜𝑒𝑚 : 07𝑑𝑒𝑗𝑢𝑙ℎ𝑜𝑑𝑒2019.
[10] TORINO SOLUZIONI AMBIENTALI. O que é desaeração e como funciona um
desaerador? Disponível em: <http://www.tsambientali.com.br/o-que-e-desaeracao-e-
como-funciona-um-desaerador/>. Acesso em: 07 de julho de 2019.
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	TRANSFERÊNCIA DE MASSA
	Destilação
	Absorção de gases
	Umidificação e desumidificação de ar
	Secagem
	Extração líquido-líquido
	Extração sólido-líquido
	Cristalização
	Adsorção e troca iônica
	Separação por membrana
	Desaeração
	REFERÊNCIAS