No Slide Title

Lixiviao e Extrao1Esta aula cobrir: Lixiviao ideal lixiviao no-ideal A ltima aula cobriu: extraes Lquido-lquidas Ternrias. diagramas de fase Ternrios. Um procedimento para determinar as composies de produto e taxas de fluxo de uma separao por extrao lquido-lquidoSeparation Process PrinciplesSeader and Henley Lixiviao Ideal2A,BA CLixiviao um mtodo de separao slido-lquido que envolve solvatao preferencial de um componente, o solute, de uma mistura slida em um solvente lquido. A difuso do soluto pelo slido lenta e complica o processo de separao pois o equilibrio dificil de ser atingido. A separao total da fase lquida da fase slida dificil. ABBlentaExterior do slido molhadoDifuso atravs do slido lentaO caso ideal ocorre quando todo A lixiviado para fora do slido B.Processo3Inmeros compostos biolgicos, inorgnicos ou orgnicos ocorrem em misturas em slidos. Quando se quer separar compostos indesejveis da fase slida ou obter um componente de uma fase slida, utiliza-se contatar o slido com uma fase lquida adequada. Com o contato intimo entre as fases, o soluto se difunde atravs das fases, passando para a fase lquida. O processo de recuperar um componente por este processo denomina-se Lixiviao; o processo de lixiviao onde desejamos retirar um componente indesejvel da fase slida denomina-se LavagemLixiviao de substncias biolgicas4Este processo tem sido aplicado em recuperao de componentes de produtos alimentcios, como por exemplo, obteno de acar da cana ou beterraba utilizando gua quente como agente extrator; na produo de leos vegetais utilizando solventes orgnicos como hexano, acetona ou ter, extraindo por exemplo leo de amendoim, soja, linhaa, rcino, semente de girassol, semente de algodo, etc. Em produtos farmacuticos, muitos processos so utilizados aplicando esta tcnica para extrair produtos de razes medicinais, etc. Na produo de caf solvel, ch instantneo, obteno de tanino atravs de extrao com gua, etc. Na produo de produtos inorgnicos e orgnicos, como por exemplo indstria de processamento de metais; o ouro obtido atravs de solubilizao com sais de cianetos de sdio. O minrio de ferro tambm concentrado por esta tcnica.

Preparao do slido para extrao5-Material orgnico e inorgnico: O mtodo de preparao depende da forma com que o soluto est agregado ao slido, se est adsorvido ou dentro de clulas, e tambm da forma com que o solvente ir atuar, por exemplo se o solvente apresenta boa difusividade no slido, se h boa molhabilidade do slido, etc. Por exemplo, para extrao de minrio, necessrio triturar o slido at uma granulometria adequada.

Se o produto a ser extrado se apresenta como uma soluo slida dispersa em uma fase slida ou se est distribudo no interior de orifcios do slido, a ao do solvente em um primeiro contato, deve formar pequenos canais, de forma que uma passagem de solvente adicional torna-se mais fcil e no necessrio triturar o material at uma granulometria muito pequena. Tambm se o soluto est aderido superfcie do slido, ento no necessrio moagem do slido.Preparao do slido para extrao6-Materiais vegetais e animais: Materiais biolgicos apresentam estrutura celular e normalmente o composto desejado est contido dentro da clula. Neste caso, a taxa de extrao pode ser comparativamente lenta devido resistncia da parede da clula difuso. Por outro lado, o processo de moagem para levar a granulometria a nveis tais que exponha o contedo das clulas impraticvel.

A beterraba, por exemplo, cortada em fatias finas para reduzir a distncia requerida para extrao. As clulas da beterraba so mantidas intactas; isto permite que o acar atravesse a membrana semipermevel enquanto que as albuminas e outros produtos coloidais indesejveis no atravessam a membrana. Para extrao de produtos farmacuticos, utiliza-se antes secar o produto, o que ajuda a romper a parede celular, assim o solvente pode agir diretamente na dissoluo do soluto. A parede celular de semente de soja assim como de vrios outros produtos vegetais sofrem ruptura quando o material original tem sua dimenso reduzida para 0,1mm a 0,5mm por meio de roletes ou lminas. As clulas so menores em dimetro mas as paredes se rompem e o leo vegetal facilmente acessvel pelo solvente.

Taxas de lixvia7No processo global de lixiviao a seqncia de etapas que ocorrem a seguinte:

-O solvente deve ser transferido do seio do solvente para a superfcie do slido;- O solvente deve penetrar ou difundir no slido;- O soluto se dissolve no solvente;-O soluto ento se difunde atravs da mistura solvente slido para a superfcie da partcula;-O soluto transferido para o seio da soluo.

Taxas de lixvia8Devido aos vrios e diferente fenmenos encontrados, torna-se impraticvel ou impossvel aplicar uma nica teoria para ao de lixiviao. Em geral, a taxa de transferncia do solvente para a superfcie da partcula muito rpida e a taxa de transferncia do solvente para dentro da partcula pode ser algumas vezes rpida ou lenta. Em alguns casos no h uma taxa de transferncia limitando o processo de lixiviao. Nosso conhecimento do processo de dissoluo limitado e o mecanismo pode ser diferente em cada slido. Em outros casos ainda, onde existe um esqueleto slido, inerte, e o soluto est contido no espao vazio do esqueleto, o processo de difuso pode ser descrito por uma difusividade efetiva onde leva em considerao a porcentagem de vazio e a tortuosidade (escoamento em meios porosos).Taxas de lixvia9Em materiais biolgicos alguma complexidade pode ocorrer devido presena de clulas; em lixiviao de fatias de beterrabas, por exemplo, em torno de 1/5 das clulas so rompidas no fatiamento, ento o processo para estas clulas semelhante ao processo de lavagem. J nas clulas remanescentes, o acar deve se difundir atravs das clulas. Ento, o resultado de dois processos de transferncia agindo simultaneamente e o processo no segue um mecanismo simples de difuso, com difusividade efetiva constante.

Taxas de lixvia10Com soja, o gro inteiro no pode ser lixiviado efetivamente. A taxa de difuso do leo de soja no gro de soja fatiado no permite interpretao fcil, da, o mtodo de projeto de extratores dado pelo uso de experimentos de laboratrio.

-A resistncia transferncia de massa do soluto da superfcie do slido para o seio do lquido em geral muito pequena comparado resistncia difuso dentro do prprio slido.-Em alguns casos, a transferncia de massa da superfcie slida para o lquido controla o fenmeno.-No h resistncia na fase slida se o material puro.

Tipos de equipamentos-Leito fixo. Usado em processo de lixiviao de beterraba para obteno de acar e tambm na extrao de tanino, para extrao de produtos farmacuticos de casca de rvore e sementes e outros processos.11

Tipos de equipamentos-Leitomvel. So processos utilizando estgios contra corrente onde o leito ou estgio se move ao invs de ser estacionrio. So largamente empregados na extrao de leos de sementes vegetais como algodo, amendoim e soja. A semente inicialmente descascada e algumas vezes pr-cozido, s vezes parcialmente secas e quebradas ou cortadas. Algumas vezes o processo de extrao do leo acompanhado por prensagem. O solvente usado normalmente um produto de petrleo como hexano.12

Planta em batelada para extrao de leo de sementes13

Extrator de Bollmann14

Extrator continuo15

Etapas de preparo do gro16

Extrator por Percolao17

Extratores Continuos18

Extrator rotocel

Lixiviao Ideal19SolventeC Alimentao de Slido B (inerte)A (soluto)OverflowB,CUnderflowA,C (liquido)B (solido)Lquido isento de slidoSlido-liquidolodo(A somente no lquido)20SolventeyS0, xS0SlidosyL0, xL0UnderflowS1, yS1, xS1OverflowL1, yL1, xL1Lquidos A e CSlido B (insolvel)Lquidos A e CSem SlidosSolvente Lquido CInerte B mais soluto ALixiviao IdealSoluto completamentedissolvidoXS = soluto/(solvente + soluto) no overflowYS = soluto/(solvente + soluto) no underflowYI = inerte/(solvente + soluto + inerte) no overflow ou underflowy = frao de solvente no overflow ou underflowx = frao de soluto no overflow ou underflowRelao de slido para lquido no underflow constanteLixiviao Ideal21Nomenclatura:XS = soluto/(solvente + soluto) no overflowYS = soluto/(solvente + soluto) no underflowYI = inerte/(solvente + soluto+inerte) no overflow ou underflowy = frao de solvente no overflow ou underflowx = frao de soluto no overflow ou underflow YI = inerte/(solvente + soluto + inerte) constante assim se ns aumentarmos a taxa de fluxo do solvente, a taxa de fluxo do overflow aumenta enquanto o underflow permanece constanteSe aumentarmos a taxa de fluxo de solvente, o lquido torna-se menos concentrado em soluto.A composio do overflow e do lquido no underflow a mesma.Desde que todo o soluto esteja dissolvido, adicionando solvente apenas dilui o lquido no soluto. A diluio a mesma para o overflow e o lquido do underflow desde que os lquidos tenham a mesma concentrao. Desde que o underflow tambm tenha slido insolvel A, a concentrao de B no underflow menor.

Dados:A frao de slidos no underflow YI.Todo o soluto esta dissolvido (lixiviao ideal).A composio do slido na alimentao.A frao de slidos no overflow YI = 0.

Relao de equilbrio e lixiviao em simples estgio22Assim como em Extrao liq-liq, aqui tambm necessitamos lidar com equao de operao ou relao do balano material e a relao de equilbrio entre duas correntes. Algumas consideraes devem ser feitas no processo de lixiviao:-Assume-se que a fase slida livre de solvente, insolvel no solvente.-Em lixiviao, assumindo que h solvente suficiente para que todo soluto presente no slido seja dissolvido, o equilbrio atingido quando o soluto estiver todo dissolvido no solvente.- Assume-se que no h adsoro do soluto pelo slido. Da, a concentrao da soluo na fase lquida que deixa o estgio a mesma da soluo que permanece no estgio com a fase slida.A corrente que sai com a fase lquida sobrenadante denomina-se overflow, e a corrente que sai com a fase slida denomina-se underflow ou corrente de lama slurry stream. Conseqentemente, a concentrao de leo presente na corrente overflow igual concentrao de leo que sai na corrente de lama. Representando a reta de equilbrio em um grfico xy obtemos uma reta de 45o.A quantidade de soluo retida no slido em cada estgio depende da viscosidade e da densidade.

Lixiviao Idealy = frao de solvente no overflow ou underflowx = frao de soluto no overflow ou underflowUnderflow:y = solvente/(solvente+soluto+portador)x = soluto/(solvente+soluto+portador)YI = inerte/ (solvente+soluto+inerte)x+y+YI =1 YI uma constante.y = 1 x YI Assim o underflow tem declive de 1Overflow: y = solvente/(solvente+soluto)x = soluto/(solvente+soluto)x+y =1y = 1 x Assim o overflow tem inclinao de 1Lixiviao IdealOverflow: y = solvente/(solvente+soluto) x = soluto/(solvente+soluto) y/x = solvente/solutoUnderflow: y = inerte/(solvente+soluto+inerte) x = soluto/(solvente+soluto+inerte) y/x = solvente/solutoAssim as linhas de amarrao unem as linhas do overflow e underflow passando pela origemAs linhas de overflow e underflow tm inclinao de 1yxoverflowunderflowLixiviao IdealAula 8: Lixiviao Ideal25SolventeyS0, xS0SlidosyL0, xL0UnderflowV1, yS1, xS1OverflowL1, yL1, xL1Lquidos A e CSlido B (insolvel)Lquidos A e CSem Slidos1) Localize o ponto de alimentao Lo. Localize a linha de underflow usando a frao de slidos dada. Desenhe as linhas de overflow e underflow. 2) Trace a linha mistura. 3) Localize o ponto de mistura M usando a Regra de Alavanca inversa. 4) Trace a linha de amarrao passando por M. 5) Determine as composies das correntes de fluxo. 6) Localize as taxas de overflow e underflow L1 e S1 usando a regra da alavanca invertida e balanos de massa.OverflowUnderflowV0L0 (alimentao)MV1L1(1 frao de slidos no underflow)yCxB11Exemplo26Cafena lixiviada da borra de caf usando gua. Se 1000kg/hr de gua pura so misturados com 1000 kg/hr de gros de caf modos que tem 80% em peso de insolveis e 20% cafena, calcule as quantidades e composies do underflow e overflow de um separador ideal. Um teste do underflow mostra que este composto por 70% de slidos.Passo 1. Desenhe o diagrama y-x com a linha de transbordamento. Desenhe a linha de underflow paralela linha de transbordamento e cruzando 0.3. Localize a alimentao L0 a composio de mistura slida e V0 concentrao solvente.1V00yxL01overflow lineunderflow linePonto de AlimentaoPonto de SolventeYIExemplo27Passo 2 Desenhe a linha de mistura passando por S0, e L0. O ponto de mistura ficar nesta linha e depender da razo de solvente para slido alimentado. Passo 3 Aplique a regra da alavanca no balao de soluto (cafena) ou no de solvente (gua).

Balano de solvente Balano desoluto1V00yxL01M1V00yxL01MxMyMoverflowunderflowExemplo28Passo 4 Desenha a linha de amarrao estendendo uma linha da origem passando pelo ponto de mistura at a linha de overflow. Passo 5 Do ponto M ns sabemos y/x = 5. Usando as equaes do overflow e as linhas de underflow nos permitem determinar as composies dos fluxos.1V00yxL01

MV1L1

Overflow

Underflow

overflowunderflowExemplo29Passo 6 Determine as taxas de fluxo do overflow e underflow1V00yxL01

MV1L1

overflowunderflowLixiviao No-Ideal30Freqentemente, as condies em um sistema de lixiviao so tais que equilbrio no obtido. As curvas de overflow e underflow se tornam no-ideais.1V00yxL01MV1L1underflowoverflowLixiviao Ideal31Para sistemas com baixo razo de soluto na alimentao, uma quantia finita de solvente deve ser necessria criar duas fases em equilbrio.

1V00yxL01MV1L1MLixiviao multi-estgio contracorrente32

Este processo similar ao de Extrao liq-liq., observando a notao diferente neste caso. De um balano material, conforme diagrama seguir obtm-se:Lixiviao multi-estgio contracorrente33

Global, nos estgios 1 a n:Explicitando esta expresso em termos de xn+1 Por componente

Lixiviao multi-estgio contracorrente34Esta equao representa a reta de operao. Plotando num grfico xyz, a reta passa pelos pontos terminais x1,y0 e xn+1,yn , o ponto z sai por diferena. Fazendo ento um balano no processo mltiplo estgio:Global:Por componente, componente A:Para o slido:

ondeLixiviao multi-estgio contracorrente35Da mesma forma que foi visto em extrao, aqui os pontos LnVN+1 tambm devem estar alinhados sobre uma mesma reta assim como V1L0. Normalmente, num projeto, os fluxos e composies de L0 e VN+1 so fornecidos e tambm a concentrao de sada yAN. Ento as coordenadas yAM e xAM podem ser calculadas atravs das expresses 1 e 2 acima .

35yx0Linha de overflowVn+1L0Linha de underflow0,750,75LnV1B (inerte)A(aucar)Lixiviao multi-estgio contracorrente36Fazendo um balano no estgio 1 e tambm no estgio N

Rearranjando:

O valor de constante para todos os estgios semelhante ao processo de extrao liq-liq.Lixiviao multi-estgio contracorrente37Deve-se extrair acar de beterraba fatiada mida em um extrator contracorrente de contato mltiplo que utiliza gua como solvente. A beterraba mida deve ser tratada numa razo de 10000 kg/h e tem a seguinte composio em termos de fraes de massa; 0,32 de gua, 0,28 de acar, a,40 de polpa. O extrato final deve ter 40% em peso de acar e 90% do acar total devem ser recuperados. Estime o nmero de estgios ideais necessrios, supondo que 1 kg de polpa retenha 3 kg de soluo em todos os estgios. Indique o efeito sobre o nmero de estgios se 1kg de polpa retiver 3 kg de solvente em todos eles mais o acar associado.Lixiviao multi-estgio contracorrente38yx0Passo 1. Desenhe o diagrama y-x com a linha de transbordamento. Desenhe a linha de underflow paralela linha de transbordamento e cruzando 0.75. Localize a alimentao L0 a composio de mistura slida e S0 concentrao solvente.Linha de overflowVn+1L0Linha de underflow0,750,75A(aucar)B (inerte)C (gua)39Passo 2 Determinar Ln . Tenho que 90% do acar deve ser recuperado e que o extrato final deve conter 40% em peso do acar. Assim tenho que V1 = gua + acar ; quantidade de acar em V1A= 0.9*2800=2520 ; quantidade de gua presente em V1 = 3780 . Desta forma temos que V1 = 2520+3780 = 6300- Kg/h yx0Linha de overflowVn+1L0Linha de underflow0,750,75V1Lixiviao multi-estgio contracorrenteC (gua)B (inerte)A(aucar)Lixiviao multi-estgio contracorrente40Passo 3 Tenho que um quilo de polpa retem 3 kilos de soluo em cada estgio, incluindo o ltimo. Assim para uma alimentao de 10000 Kg, 4000 Kg de polpa surgem no ltimo estgio (Ln). Portanto como no inicio do processo tenho 4000 Kg de inerte, terei em adio a este valor mais 12000 Kg de soluo que ficam retidas no slido. Terei portanto um total de 16000 Kg/h e ynA=280/16000=0,018.yx0Linha de overflowVn+1L0Linha de underflow0,750,75LnV1C (gua)B (inerte)A(aucar)Lixiviao multi-estgio contracorrente41yx0Linha de overflowVn+1L0Linha de underflow0,750,75LnV1B (inerte)A(aucar)C (gua)Lixiviao multi-estgio contracorrente 42Resolvendo por diagrama retangular temosNa entrada(Alimentao)

Na sada(Rafinado)

Na sada(extrato)

Na entrada(solvente)gua puraSumrio43Esta aula cobriu: Lixiviao Ternria Ideal; Interpretao grfica de balanos de massa e equilbrios; Um procedimento pata determinar a composio dos produtos e; lixiviao multi-estgio em contracorrente.