1 lista - Extração (Grupo 3)

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Lista 1 de Extração Líquido-Líquido – Operações Unitárias 2 – Grupo 2 
Curso de Engenharia Química 2020.3 
Alunos: José Rafael da Silva 
Raissa Aguiar de Freitas 
 
 
 
1) Desenvolva simulações numéricas através do software chemsepv7 para um sistema 
ternário de extração líquido-líquido de tal forma que a carga da coluna de estágios tenha 
50% em massa (ou em moles) de soluto e 50% em massa de co-solvente (ou em moles). 
Varie as condições operacionais de temperatura, pressão e vazões mássicas das fases 
extrato e rafinado, além do número de estágios da coluna de tal forma que no extrato que 
sai da coluna se tenha uma recuperação de pelo menos 90% do soluto em massa ou em 
moles, o grupo escolhe. Considere que o solvente alimenta a coluna puro. 
 Sistema 
- Tolueno (soluto); 
- Decano (co-solvente); 
- Glicerina (solvente) 
Resposta: 
OBS:As simulações foram realizadas na versão mais atualizada do software Chemsep v.8.23. Única versão 
disponível para download. 
 
 
Após sucessivas tentativas, variando os parâmentos como frações mássicas, temperatura, pressão, modelos 
termodinâmicos e números de estágios, para se atender a especificação de pureza do soluto de 90%. 
Se escolheu o modelo termodinâmico UNIFAC pois ele se adequa as condições operacionais (Lopes, 2012): 
• Não necessário dados experimentais no ELL para se fazer estudo da extração; 
• Usada em baixas e médias pressões (na simulação se utilizou a pressão de 1Bar); 
• Temperatura entre em 300 K e 425 K; 
 
Foi o modelo testado entre os disponiveis pelo software que apresentou melhor separação. 
T = 86,85°C 
T = 25°C 
 
1 Bar 
Solvente 
 
2 
 
SIMULAÇÃO 
 
Componentes 
 
 
 
 
 
 
 
Operação 
 
 
Propriedades 
 
 
 
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Dados da Alimentação * onde tem extrato (na verdade é solvente), ocorreu um erro ao nomear a 
alimentação. 
 
 
Resultados * não é extrato é solvente 
 
 
* 
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Análise: Com a variação dos parâmetros operacionais foi constado a influência de cada variável: 
• O aumento da pressão interfere minimamente na separação dos componentes (por isso a adoção da 
pressão ambiente como a pressão de operação); 
• Com o aumento do número de estágios da coluna, cresce a eficiência da extração (escolheu a coluna 
com nove estágios); 
• Uma maior vazão de solvente aumenta a eficiência de separação (a vazão de solvente é alta, devido a 
glicerina ser um solvente polar e não ser muito seletivo ao tolueno, observando um alto consumo desse 
solvente); 
• O aumento da temperatura da carga quanto a do solvente contribuem para uma maior eficiência de 
separação, mas se optou aquecer só a carga, mantendo o solvente a temperatura ambiente, pois se 
gastaria muita energia para aquece-lo. 
 
2) Escolha outro tipo de solvente, ou seja, diferente da questão 1), no entanto, mantenha 
os outros componentes do sistema iguais de tal forma que se compare a capacidade deste 
novo solvente com o especificado na questão 1 (lembrando que no extrato que sai da 
coluna se tenha uma recuperação de pelo menos 90% do soluto em massa ou em moles, a 
mesma base de unidade de medida da questão 1). Para isto, deve-se desenvolver as 
simulações no software chemsepv7, considerando as mesmas especificações de pureza da 
solução da questão 1) sobre o extrato que sai da coluna e carga que alimenta a coluna cuja 
vazão deve ser a mesma, o solvente deve ser puro que alimenta a coluna e os parâmetros 
operacionais como temperatura e pressão devem ser iguais à questão 1), assim como 
mesmo número de estágios na coluna. Apenas precisa variar a vazão do novo solvente e 
se for necessário, o modelo termodinâmico para melhor se ajustar ao novo sistema da 
presente questão e chegar à convergência necessária das simulações. 
 
Resposta: 
 
 O solvente escolhido foi o trietilenoglicol, de acordo com Mesquita (2015) se trata de um solvente polar, 
não tóxico e apresenta baixa volatidade a temperatura ambiente. É muito utilizado na separação de 
hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos, possuindo afinidade com os compostos aromáticos (como o soluto 
do problema, o tolueno). Em virtude dessas características que escolhemos o trietilenoglicol para extração. 
Foi mantido todas as condições operacionais da primeira simulação que utilizou a glicerina como solvente, 
inclusive o modelo termodinâmico, pra tornar a comparação mais coesa. 
 
Componentes 
 
Operação 
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Propriedades 
 
 
Alimentação 
 
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Resultado 
 
 
 
3) Compare os dois solventes das questões 1) e 2) entre si em relação à densidade, 
viscosidade, pressão de vapor e seletividade na temperatura e pressão dos resultados das 
simulações nas questões 1) e 2). 
Resposta: 
 
 
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 A glicerina apresenta uma densidade um pouco maior que o trietilenoglicol, porém são maiores que a 
densidade do tolueno e decano, diferença essa necessária para extração. Os dois solventes também apresentam 
pequenas pressões de vapor, ideal para não haver perdas consideráveis de solvente. Já em relação a 
seletividade o trietilenoglicol apresentou maior seletividade ao tolueno do que a glicerina, pois para atingir o 
mesmo grau de pureza (90% de tolueno na fase extrato), se utilizou uma vazão de 630 kg/s de glicerina, já 
para o trietilenoglicol foi usado 115 kg/s de solvente, ou seja, reduziu em torno de cinco vezes menos o 
consumo de solvente, reduzindo o custo operacional. Outra vantagem que o trietilenoglicol apresenta em 
relação a glicerina é possuir uma menor viscosidade, possibilitando uma maior facilidade de deslocamento 
entre as fases, aumentando a eficiência do processo de extração. 
 
- Diante dos conceitos, explique qual o solvente que tem a maior vantagem para sua 
recuperação através de uma coluna de destilação por apresentar uma melhor eficiência 
de fracionamento e justifique. 
 Os dois solventes apresentam pontos de ebulições distante do ponto de ebulição do tolueno, adequado 
para a destilação. Porém o trietilenoglicol se mostra mais vantajoso devido ao pequeno volume da fase 
extrato adquirida na extração. Assim se escolhecemos a glicerina, devido ao alto volume da fase extrato 
seria necessário um maior número de estágios e um maior consumo de energia (no refervedor, devido ao 
seu calor latente elevado (maior que a do trietilenoglicol) e a grande quantidade de solvente a ser aquecido) 
para obter a mesma eficiência de separação na destilação se usasemos o trietilenoglicol. 
 
- Qual a fase que deve ser escolhida para ser a dispersa em cada questão 1) e 2)? Por que? 
C onsidere no primeiro caso que as viscosidades das fases são próximas entre si. Também 
 considere no segundo caso em que a que as viscosidades das fases são de magnitudes 
 suficientemente diferentes entre si. Faça uma média ponderada para a viscosidade da 
carga da coluna de extração, ponderada pelas composições para conseguir comparar 
com a viscosidade do solvente. 
 Tanto na primeira quanto a segunda simulação, a fase dispersa é a fase mais viscosa: os solventes. 
A viscosidade da carga (tolueno + decano) = 0,75 cP é menor do que a viscosidade da glicerina (100 cP) e 
do trietilenoglicol (38 cP), essa maior viscosidade dos solventes (geram gotas) e junto as elevadas vazões 
(aumentam a quantidade das gotas), auxiliando na transferência de massa entre as fases. O trietilenoglicol 
também se mostra mais vantajoso, por apresentar uma viscosidade maior do que a viscosidade da carga, 
porém essa viscosidade não é tão alta, contribuindo para melhor deslocamento das fases, evitando 
problemas como a disperção axial. 
 
- Explique os cuidados que se deve ter se processasse a extração das questões 1) e 2) numa 
coluna de lavagem, numa coluna de recheios e numa coluna com agitador mecânico. Qual 
desses modelos iria escolher se fosse o projetista, continuaria com a coluna de estágios? 
Por que? 
 Na coluna de lavagem seria necessária a utilização da coluna com um grande diamêtro, já que a vazãodo solvente é elevado em ambos os casos. Também seria necessário aumentar a altura da coluna para se obter 
uma boa eficiencia, elevando o custo. Como é oca, apresenta mixtura axial prejudicando a eficiência. 
 Na coluna de recheios há uma obtenção de grandes áreas interfaciais para o contato entre as fases, 
porém não pode ser usadas com liquidos muitos viscosos ou contendos suspensões, pois podem entupir os 
recheios e causar dispersão axial. A glicerina possui uma elevada viscosidade, não poderia se utilizar esse 
tipo de coluna. 
 Na coluna com agitadores mecanicos é necessário grandes areas de instalações para comportar as 
elevadas vazões, elevando muito os custos operacionais. 
 Assim iria escolher a segunda simulação que utiliza o solvente trietilenoglicol, devido a todas as 
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vantagens citadas anteriormente, nas questões anteriores, mas mudaria a coluna para coluna de recheios, por 
o trietilenoglicol ser um solvente menos viscoso, poderia utilizar os recheios sem ocorrer a obstrução e por 
esse tipo de coluna ser mais eficiente na transferência de massa e de manutenção mais barata, reduzindo os 
custos operacionais. 
 
Bibliografias: 
 
https://attena.ufpe.br/bitstream/123456789/19022/1/ESTUDOS%20DE%20EQUIL%C3%8DBRIO%20L%
C3%8DQUIDO-
L%C3%8DQUIDO%20NA%20EXTRA%C3%87%C3%83O%20DE%20POLIAROM%C3%81TICOS%20-
%20disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf (Lopes,2012) 
 
http://www.repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/13059/1/2015_tese_fmrmesquita.pdf (Mesquita, 2015) 
 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4469845/mod_resource/content/1/Extra%C3%A7%C3%A3o2007
A.pdf 
 
https://www.youtube.com/watch?v=cN9UMM0JUSU 
 
 
 
ATENÇÃO 
 
 
Na solução das questões, apresente todos dados de entrada e resultados das simulações, 
copiando diretamente do software chemsepv7. Cite as fontes onde se extraiu as 
propriedades das substâncias. 
https://attena.ufpe.br/bitstream/123456789/19022/1/ESTUDOS%20DE%20EQUIL%C3%8DBRIO%20L%C3%8DQUIDO-L%C3%8DQUIDO%20NA%20EXTRA%C3%87%C3%83O%20DE%20POLIAROM%C3%81TICOS%20-%20disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf
https://attena.ufpe.br/bitstream/123456789/19022/1/ESTUDOS%20DE%20EQUIL%C3%8DBRIO%20L%C3%8DQUIDO-L%C3%8DQUIDO%20NA%20EXTRA%C3%87%C3%83O%20DE%20POLIAROM%C3%81TICOS%20-%20disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf
https://attena.ufpe.br/bitstream/123456789/19022/1/ESTUDOS%20DE%20EQUIL%C3%8DBRIO%20L%C3%8DQUIDO-L%C3%8DQUIDO%20NA%20EXTRA%C3%87%C3%83O%20DE%20POLIAROM%C3%81TICOS%20-%20disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf
https://attena.ufpe.br/bitstream/123456789/19022/1/ESTUDOS%20DE%20EQUIL%C3%8DBRIO%20L%C3%8DQUIDO-L%C3%8DQUIDO%20NA%20EXTRA%C3%87%C3%83O%20DE%20POLIAROM%C3%81TICOS%20-%20disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf
http://www.repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/13059/1/2015_tese_fmrmesquita.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4469845/mod_resource/content/1/Extra%C3%A7%C3%A3o2007A.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4469845/mod_resource/content/1/Extra%C3%A7%C3%A3o2007A.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=cN9UMM0JUSU