extração líquido-líquido - introdução - diagramas

Prof. Moisés Teles

[email protected]

Departamento de Engenharia Química

Escola Politécnica da USP

PQI-3402 Operações Unitárias III

Extração Líquido-líquido

- introdução

- diagramas ternários e linhas de amarração

- método gráfico de Hunter-Nash

mailto:[email protected]

Ampliação de escala

Extração líquido-líquido como uma Op. Unitária em múltiplos estágios de

Equilíbrio

Escolha do solvente

Alta seletividade para o soluto que se quer extrair: alto coeficiente de distribuição.

Tensão superficial: facilidade de dispersão e coalescência.

Estabilidade: reúso.

Baixa viscosidade: transferência de massa.

Segurança: não tóxico, não inflamável.

Barato.

Solubilidade

Caso mais comum

Packed extraction columnA

CB

A: 65 %

B: 15 %

C: 20%

A: 0 %

B: 50 %

C: 50%

ELL: Diagramas ternários

Packed extraction column

Ponto M:

Fração de água: (xA)

Fração de etileno glicol: (xB)

Fração de furfural: (xC)

0.19

0.20

0.61

Uma mistura binária de furfural e água é parcialmente miscível entre 8 % furfural e 95 %

furfural. Separação por extração exige que a relação furfural/água esteja nesse intervalo,

caso contrário haverá apenas uma fase.

A mistura M encontra-se na região de

miscibilidade e irá espontaneamente se

separar em 2 fases com composição (E e R),

dadas pela linha de amarração que passa

por M.

As composições de E e R convergem

no ponto P (não ocorre separação).

Região de miscibilidade parcial A-C

xA + xB + xC = 1

•

•

•

Dados de Equilíbrio em Diagramas ternários


Diagramas ternários e Balanços de Massa


Diagramas ternários

Do balanço.

Vazões de S e F conhecidas. xM,A = 250(0,24) +100(0)

(250+100)

= 0,17



Da linha de amarração a partir do ponto M já

determinado pelo balanço.


soluto

solvente

carrier


Diagramas ternários: exemplo

Objetivo: remover etileno glicol (soluto A) da água (diluente C) usando furfural

(solvente S).

1: Determinar a composição da mistura (M) usando um balanço de

massa.

2: Determinar a composição das fases em equilíbrio (E e R) usando a linha de

amarração.


F:

0,45 etileno glicol

0,55 água

A

CS

S: solvente puro

1,00 de furfural


A

CS

Balanços de massa

Balanço de Massa:

O que representa “P” com base nas aulas anteriores?

Método gráfico Packed extraction column

P: ponto de operação fictício no diagrama ternário

F está alinhado com E1 e P

R1 está alinhado com E2 e P

R2 está alinhado com S e P

Sistema multi-estágios

Contra-corrente

A diferença entre duas correntes que se cruzam é sempre P.

As correntes que saem de um estágio estão em equilíbrio (linha de amarração no diagrama

ternário). EN e RN

Sistema multi-estágios

Contra-corrente

Especificações (dos graus de liberdade)

Em todos os casos são conhecidos: F, xiF, yiS e T

Método Gráfico de

Hunter-Nash


Método gráfico


Método gráfico

XR2,A é conhecido (0,05): especificação

Observe que E1 e R2 não é

uma tie-line.

yE1,A = 0,38

Conectando R2 a M e projetando até E1.

0,240,05

0,000,38


Método gráfico

Dado

Dado

Obtido a partir da

especificação de x

= 0,05

Do balanço


Método gráfico

Conhecido E1, obtém-se R1 (relação de equilíbrio: linha de amarração)


Método gráfico

Conhecido P e R1, obtém-se E2 (através do ponto P)


Método gráfico

Conhecido E2, obtém-se R2 (relação de equilíbrio: linha de amarração).

Boa concordância com valor inicial imposto de R2

Estágios de Equilíbrio

Método de Hunter-Nash

conhecido

E1 em equilíbrio com R1

R1 e P = E2

E2 em equilíbrio com R2

R2 e P = E3

...................

Consumo mínimo (e máximo) de solvente

Cada linha de amarração é prolongada (pinch point): linha de equilíbrio

coincide com a linha de operação (similaridade com destilação e absorção)

Pmin corresponde ao ponto mais afastado do diagrama

Estamos procurando P min (mínima vazão de solvente)

À medida que P -> Pmin , aumenta o número de estágios. No limite, N infinito.

O algoritmo anterior nao sairá daquele estágio: tie line e linha de op coincidem


E1

Estamos procurando P min (mínima vazão de solvente)


Estamos procurando vazão máxima de solvente

Discussão no quadro

O que acontece se S aumenta?

Fixos: R2, F.

1) Uma solução com 45% em massa de glicol (B) e 55% em massa de água (A)

é colocada em contato com a mesma massa de furfural puro (C) a 25 °C e 101

kPa. a) Calcule as composições do extrato e do rafinado em equilíbrio e b)

Calcule a quantidade de extrato e rafinado produzidos. Use o diagrama

ternário fornecido abaixo:

Exercício

F: 0,45 B

0,55 A

S: 1,00 C

F= S

Exercício

Extrato:

27.9% de B,

6.5% de A

65.9% de C.

Rafinado:

8% de B

84% de A

8% de C

Ponto M:

xA=F(0,55)+S(0) / F + S = 0,275

xB=F(0,45)+S(0) / F + S = 0,225

xC=F(0)+S(1) / F + S = 0,5

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