Adsorcao - introducao

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS V 
 
 
ADSORÇÃO 
 
Prof. Eng. Ms. Marília Vasconcellos Agnesini 
 
Adsorção 
A adsorção é a retenção 
de um soluto (adsorvato) 
de uma fase fluida para a 
superfície de uma fase 
sólida (adsorvente), que 
tem a propriedade de reter 
uma ou mais substâncias 
presentes no fluido. 
Operação unitária baseada 
em transferência de massa 
e equilíbrio de fases. 
Adsorção x Dessorção 
O processo inverso da 
adsorção é chamado 
dessorção, que é o fenômeno 
da retirada de uma 
substância adsorvida ou 
absorvida. 
Interação entre solutos e adsorventes 
• A interação entre soluto e os sítios ativos (locais do sólido 
adsorvente onde ocorre a adsorção) podem ocorrer 
através de forças físicas e químicas 
• Fisiossorção: forças de natureza física, do tipo dipolo-
dipolo ou dipolo-induzido, de caráter reversível, em 
temperaturas até 60ºC. 
• Quimiossorção: forças de origem química, a adsorção 
entre adsorvato e adsorvente ocorre através da alteração 
dos orbitais das substâncias envolvidas, de caráter, 
geralmente irreversíveis, em altas temperaturas elevadas 
(>350ºC). 
Fisiossorção Quimiossorção 
Forças de Van de Waals Forças comparáveis à ligação química 
Calor de adsorção < 20 kJ/ mol Calor de adsorção > 20 kJ/ mol 
Espécie adsorvida tem sua natureza 
conservada 
Espécie adsorvida sofre alterações 
nos orbitais, podendo surgir novas 
moléculas 
Quantidade adsorvida depende do 
adsorvato 
Quantidade adsorvida depende do 
adsorvato e do adsorvente 
Especificidade baixa Especificidade elevada 
Adsorção ocorre a temperaturas 
menores que PE do adsorvato 
Adsorção ocorre a temperaturas 
elevadas 
Energia de ativação baixa Energia de ativação elevada 
Adsorção pode ocorrer em 
multicamadas 
Adsorção pode ocorrer em 
monocamadas 
Adsorção 
Adsorção pode ocorrer diretamente na superfície do sólido – 
monocamadas, ou ainda nas camadas seguintes, geralmente 3 ou 4 
camadas – multicamadas. 
Quimiosorção x Fisiosorção 
Objetivos da ADSORÇÃO 
• Purificação de fluidos, através da separação de 
substâncias específicas 
Exemplo: tratamento de efluentes 
 
• Separação de algum componente específico, com 
posterior dessorção 
Exemplo: cromatografia 
Principais aplicações 
• Descoramento, secagem e desengraxamento de frações 
do petróleo; 
• Remoção de odor, gosto e cor da água; 
• Descoramento de óleos em geral; 
• Clarificação de bebidas; 
• Purificação de efluentes; 
• Remoção de sais e resíduos; 
• Remoção de solventes arrastados pelo ar; 
• Desidratação de gases; 
• Remoção de odor e gás tóxico de correntes gasosas; 
• Separação de gases raros; 
• Remoção de impurezas do ar. 
ADSORVENTES 
• Sólidos adsorventes devem apresentar alta porosidade e 
elevada capacidade de adsorção. 
 
• Um bom solvente: 
- Alta capacidade de adsorção 
- Reversibilidade 
- Seletividade 
- Fácil regeneração 
- Baixo custo 
- Insolubilidade 
 
 
 
Mecanismo de Transporte da Adsorção 
1- transporte de adsorvato até a superfície do sólido 
2- difusão da molécula sobre a superfície 
3- transporte do adsorvato para o interior dos poros 
4- transporte do adsorvato para os sítios de adsorção 
Poros O tamanho dos poros e sua distribuição é uma propriedade importante para caracterizar o poder de 
adsorção do sólido adsorvente. 
> 500 Å: serve de via 
de passagem para os 
outros poros 
 
Entre 20 e 500 Å: 
adsorção de moléculas 
maiores e moderadas 
 
 
< 20 Å: alta capacidade 
de adsorção de 
moléculas pequenas 
 
Presença de poros 
Sólidos não 
porosos 
 
Superfície de 
contato pequena 
Sólidos porosos 
Superfície 
de contato grande 
Poros abertos x Poros fechados 
Dead end 
(open) 
Closed Inter-connected 
(open) 
Passing 
(open) 
Porosidade 
Tamanho do poro e sua 
distribuição 
Área superficial específica (m2/g): relação entre área da 
superfície e a massa de sólidos. 
Porosidade 
Volume específico do poro (m3/g): 
Relação entre o volume de poros e 
a massa de sólidos. 
Porosidade, % 
 
ɛ = volume de vazios 
 volume total 
Polaridade 
• Adsorventes polares: hidrofílicos – afinidade por 
moléculas polares 
 
• Adsorventes apolares: hidrofóbicos – afinidade por 
moléculas apolares 
Adsorventes – Carvão Ativado 
- Produzido a partir de materiais naturais com carbono (carvão e outros materiais 
vegetais) 
- Submetido a altas temperaturas para aumentar a quantidade de sítios de 
adsorção, através da desobstrução dos poros 
- Poros dependem do processo de ativação: distribuição existente na estrutura e 
quantidade de produto químico impregnado 
Adsorventes – Sílica gel 
Obtida pelo tratamento 
da solução de silicato 
de sódio com ácido, e 
posteriormente seco. 
Adsorventes – Alumina 
Obtida pela ativação do óxido de 
alumínio por aquecimento. 
Adsorventes – Zeólita 
- Aluminossilicatos 
- Conhecidas como peneiras moleculares devido sua 
estrutura 
- Grande área superficial o que garante alta porosidade 
Equipamentos de adsorção 
Equipamentos de adsorção 
• Tanques de agitação contínua 
• Leitos fluidizados 
• Leitos fixos 
 
• Em fase líquida podem ser utilizados: 
- leitos móveis: leito fluidizado em coluna específica, 
tanques de agitação mecânica, transporte pneumático ao 
longo dos equipamentos 
- leitos fixos: colunas recheadas com sólidos granulares 
 
• Em fase gasosa podem ocorrer em leitos móveis ou fixos, 
únicos ou múltiplos. 
Adsorção em leito fixo 
• Colunas recheadas 
com sólido adsorvente 
Adsorção em leito fixo 
Adsorção em leito fixo 
O gás entra na metade da 
altura da coluna, passa pelos 
adsorventes que podem ser 
fixados por pratos suportes e 
os vapores saem por cima e 
por baixo da torre. 
Adsorção 
 em fase 
líquida 
Adsorvedor de gás 
Adsorção em leito móvel - tanques 
Adsorção em leito móvel fluidizado 
Adsorção em leito móvel expandido 
Colunas de adsorção em leito fixo 
Em razão da simplicidade e da 
confiabilidade as colunas de 
adsorção em leito fixo são as 
mais utilizadas. 
• A adsorção em leito fixo é realizada por uma coluna recheada com 
adsorvente em estado estacionário, onde ocorrerá a adsorção da 
substância desejada, removendo-a do fluido. A solução de 
alimentação, com vazão controlada, escoa pela coluna para que o 
soluto seja adsorvido pelo adsorvente. A concentração da solução 
efluente é menor quando comparada à afluente. Essa situação se 
mantém até a saturação do leito. A adsorção em leito fixo pode ser 
realizada em único leito, ou leitos associados em série ou paralelo, 
com fluxo de alimentação ascendente ou descendente. 
• Ao longo do tempo de operação, na coluna de CAG, o adsorvato 
satura lentamente o leito e se desenvolve uma região denominada de 
zona de transferência de massa que se move através do leito. Essa 
região pode ser definida como a profundidade do leito necessária 
para o adsorvato ser transferido do fluido para o adsorvente. A região 
de carvão ativado situada acima da zona de transferência de massa 
foi completamente saturada com o adsorvato e a região abaixo não 
foi exposta ao adsorvato. Quando a concentração efluente atinge o 
objetivo do tratamento, ou valor máximo permitido pelas legislações, 
é chamado ponto de ruptura (ou breakthrough). 
Curva de ruptura 
 
Zona de transferência de 
massa – região onde o leito 
está saturado, vai semovendo a medida que 
adsorvato satura lentamente 
o leito 
 
Região acima ZTM: leito 
saturado 
 
Região abaixo ZTM: região 
não foi exposta ao adsorvato 
Curva de ruptura 
C/C0 = 1 
PONTO DE EXAUSTÃO 
C/C0 = 
Concentração 
desejada ou 
permitida na 
legislação 
 
PONTO DE 
RUPTURA 
 
Tempo tB 
ZTM 
Estreita – 
maior 
utilização 
do leito 
ZTM 
Larga 
Aumento de escala 
 𝑊𝑠𝑎𝑡=
𝑣𝑜.𝐶𝑜.𝑡
∗
𝜌𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜.𝐿𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜
 𝑊𝑏 =
𝑣𝑜.𝐶𝑜.𝑡𝑢 
𝜌𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜.𝐿𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜
 
𝑊𝑏
𝑊𝑠𝑎𝑡
= 𝑓𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 
𝐿𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 
𝐿𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜
 
𝐿𝑛ã𝑜 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 = 𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝐿𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 
𝐿𝑛ã𝑜 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 = 𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 . 1 −
𝑊𝑏
𝑊𝑠𝑎𝑡
 
Critério para aumento de escala: manutenção do Lnão utilizado 
Transferência de Massa