solido liquido i

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  • EXTRAO SLIDO-LQUIDOParte I

    TA 831: Operaes Unitrias III

    Prof. Dr. Antonio Jos de Almeida Meirelles

  • EXTRAO SLIDO-LQUIDO

    Definio:

    Operao unitria de transferncia de massa que emprega um solvente lquido para dissolver (extrair)

    preferencialmente um ou mais solutos de uma mistura slida.

  • Outros nomes:

    Lixiviao extrao com solvente normalmente aplicada na obteno de lcali de cinzas de madeira.

    Decoco denominao usada quando o solvente esta no ponto de ebulio.

    Eluio quando os slidos solveis esto na superfcie de uma matriz slida insolvel; trata-se de um processoque semelhante a uma lavagem de soluto superficial.

  • Observao:

    A extrao a frio exclusivamente por prensagem tambm denominada extrao, mas no operao de extrao slido - lquido a ser discutida neste tpico, pois no envolve o uso de solvente.

    Variante moderna da extrao slido lquido:

    Extrao com fluidos supercrticos ou gases liquefeitos( CO2 supercrtico ou liquefeito)

  • Exemplos de aplicao da extrao slido lquido:

    Caf e Ch leos vegetais leos essenciais e outros produtos naturais (corantes, princpios ativos, etc) Acar

    Aplicao em outras indstrias:

    Extrao de minrios Processamento de alguns metais Produtos farmacuticos

  • Preparao do slido:

    O xito da extrao slido lquido depende em grande parte do tratamento prvio dado ao slido. No caso de tecidos vegetais ou animais, normalmente o material quebrado e/ou cortado, de forma a aumentar a rea de contato e facilitar o acesso do solvente ao soluto de

    interesse.

  • Exemplos especficos:

    Gros de caf, usados para extrao de extrato: quebrados em moinho de martelos em 4 a 5 pedaos Beterraba aucareira (Europa): cortadas em fatias finas, mas paredes celulares so mantidas em grande parte intactas para evitar a extrao de materiais indesejveis. Cana : na extrao por difuso a cana picada em moinho de facas e desfibrada em moinho de martelos. A cana para moenda tambm picada e desfibrada, obtendo-se de 80 a 90 % de clulas abertas ( open cell).

  • Sementes oleaginosas: quebradas em moinhos e depois laminadas em partculas de 0,15 a 0,5 mm. Gros de soja so quebrados em 4 partes, os finos e as casca so separados por aspirao. Os pedaos dosgros so aquecidos em cozedores at 60 o C e laminados em flocos de 0,2 mm. Este ltimo material j pode ser usado na extrao, mas a extrao pode ser melhorada com injeo de vapor para transformar os flocos em pellets esponjosos.

    Tecidos vegetais, usados para extrao de princpios ativos, corantes ou leos essenciais : so muitas vezes previamente secados, o que pode em parte alterar e/ou romper parcialmente a estrutura celular, facilitando asada do soluto.

  • Extratores

  • Sistema Shanks: utilizado na extrao de caf(nome atual: leito mvel simulado)

    slido novo

    escoamento do lquido

    soluo concentrada

    descarga de slido

  • Alimentao com vapor/gua

    Alimentao com gro de caf torrado e quebrado

    Coluna 1

    80oC 0,51bar

    Fresca

    Coluna 2

    85oC 0,62bar

    Coluna 3

    90oC 0,75bar

    Coluna 4

    147,5oC 4,37bar

    Coluna 5

    157oC 5,69bar

    Exaurida

    Coluna Reserva

    Sistema Shanks: utilizado na extrao de caf(nome atual: leito mvel simulado)

    5 4 3 2 1

  • 6 torres fixas empacotadas com gros de caf quebrados torres de 6 a 8 m de altura e 50 a 60 cm de dimetro

    Solvente / operao:

    Possibilidade 1:Colunas prximas alimentao do solvente (colunas exauridas) operam a maior presso e temperatura com oobjetivo de obter extrato mais concentrado (25 %, sendo20 % de slidos solveis do caf e 5 % proveniente da hidrlise de celulose, amido, etc, presentes no gro), e asoutras com presso e temperaturas bem menores.

  • Possibilidade 2:gua ou extratos intermedirios sobre presso maior que 1 atm e ponto de ebulio de 110 a 115 oC.

    tempo de residncia total no processo = 120 a 40 minutos tempo de residncia em cada estgio = 24 a 8 minutos

  • Extrator Rotocel

  • Extrator Kennedy

  • Extrator Bollman

  • Extrator contnuo horizontal

  • Extrator Bonotto

  • Moenda

    Moendas com 6 ternos, de capacidade em torno de 12.000 ton. cana/dia, podem recuperar 93 a 94 % do acar presente na matria prima.

  • Difusor

    Difusor com 16 estgios pode recuperar 98 % ou mais do acar.

  • Nomenclaturaa = slidos insolveis, fibras ou inertes b = solventec = slidos solveis ou soluto

    x = frao mssica no refinadoy = frao mssica no extrato

    Solvente(b)Alimentao(a + c)

    alimentao: fibras (a) + slidos solveis (c) refinado : fibras (a) + soluo aderida (b + c) extrato : normalmente isento de fibras, composto por (b + c)

    Refinado(a + b + c)

    Extrato(b + c)

    Fx cf , x af

    Sy bs

    Rx ar, x br, x cr

    Ey ce, y be

    Produtos naturais, mesmo secos, costumam ter quantidade residual de gua; na extrao por solvente aquoso este teor residual deve ser considerado

  • Reteno (R*) quantidade de soluo aderida por massa de fibra

    fibrasdekgaderidasoluokgR* =

    1RR

    xxe1R

    1x

    x

    x1x

    xxR

    *

    *

    crbr*ar

    ar

    ar

    ar

    crbr*

    +=+

    +=

    =

    +=

    1o Possibilidade

    reteno constante : a proporo de soluo aderida independe da concentrao da soluo ( as equaes acima valem para todos os estgios do equipamento)

  • cearcrcecr

    ar

    cr

    cr y)x1(xy'xsex1

    x'x ==

    =

    soluo aderida em base livre de fibras tem a mesma composio da soluo extrato (no h adsoro preferencial)

    x cr = y ce e xbr = y be onde

    Ento

    x significa concentrao embase livre de fibras

    A soluo do problema pode ser analtica ou grfica

  • 2 o Possibilidade

    reteno no constante e/ou h adsoro preferencial: necessrio conhecer ou determinar a linha de sada dos refinados (linha de descarga inferior) e as linhas de amarrao para cada estgio de equilbrio.

    melhor utilizar soluo grfica