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OPERAÇÕES DE
PROCESSOS QUÍMICOS
OPERAÇÕES UNITÁRIAS: EXTRAÇÃO
Docente: Dayse Silva
• Operações unitárias;
• Extração;
• Extração líquido-líquido;
• Tipos de extração líquido-
líquido;
• Mecanismo da extração;
• Equipamentos do processo
de extração;
• Fatores que influenciam a
extração;
• Vantagens e Desvantagens.
OPERAÇÕES UNITÁRIAS:
EXTRAÇÃO
Operações que envolvem mudanças físicas no
material.
Classifica e estuda, separadamente, os
principais processos físico-químicos utilizados
na indústria química.
OPERAÇÕES UNITÁRIAS
• Destilação;
• Vácuo;
• Absorção;
• Adsorção;
• Filtração;
• Extração.
Processo da operação unitária;
Técnica de separação e purificação de
diferentes graus de solubilidade dos
constituintes.
EXTRAÇÃO
Um composto dissolvido em uma fase
líquida é transferido para outra fase
líquida
Destilação não é economicamente
viável.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Extração Destilação Constituintes da mistura
líquida são separados
através da adição de um
solvente líquido insolúvel.
Constituintes da mistura
líquida são separados pela
adição de calor.
Diferença de solubilidades
dos componentes para
conseguir a separação
Diferença de pressão de
vapor dos componentes para
conseguir a separação
A Seletividade é uma
medida da facilidade da
separação.
A Volatilidade é uma medida
da facilidade da separação
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Extração Destilação
Obtém-se uma nova fase
líquida insolúvel por adição
do solvente à mistura líquida
inicial
Forma-se uma nova fase
por adição de calor.
As fases são mais difíceis de
misturar e separar.
A mistura e separação das
fases são fáceis.
não fornece produtos puros e
requer outros tratamentos
posteriores.
Fornece produtos
praticamente puros
Requer energia mecânica. Requer energia térmica.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Extração Destilação
Não precisa de sistemas de
aquecimento ou
arrefecimento
Precisa de sistemas de
aquecimento e
arrefecimento.
Normalmente é a segunda
escolha para a separação dos
componentes de uma
mistura líquida.
Normalmente é a primeira
escolha para a separação
dos componentes de uma
mistura líquida
Compostos pouco voláteis;
Compostos mesma volatilidade;
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Temperaturas Pressão
Colunas de
destilação
Nº Estágios de
separação (pratos)
Compostos suscetíveis a decomposição;
Composto menos volátil em pequena
quantidade;
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Temperatura
de
destilação
Decomposição
Composto a ser separado - SOLUTO
Fase líquida com composto – SOLUÇÃO
Fase líquida utilizada para separar o
soluto - SOLVENTE
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
SOLVENTE SOLUÇÃO INSOLÚVEL
Fase mais rica em solvente que acolhe
o soluto – EXTRATO
Fase mais pobre em solvente de onde
foi extraído o soluto - REFINADO
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Tipos de extração líquido-líquido
• Extração de substâncias
indesejáveis
• Ex: Extração de enxofre de
derivados de petróleo
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Soluto - Impureza Solução – Produto de
interesse
Tipos de extração líquido-líquido
• Extração de substâncias nobres
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Soluto – Produto de
interesse
Solução – Produto
indesejável
MECANISMO
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
MECANISMO
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Definições
• Extração Simples e a extração que é realizada apenas em uma etapa ou seja, determinamos o volume de solvente extrator e realizamos a extração com todo esse volume de uma única vez.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Definições
• Extração Múltipla envolve duas ou mais extrações simples.
• Extração Quimicamente Ativa tem como objetivo alterar quimicamente um composto a fim de mudar sua constante de distribuição.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Equipamentos do Processo de Extração
Único estágio
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Equipamentos do Processo de Extração
Múltiplos estágios
Torre de dispersão = são as
torres mais simples, não existe
equipamento no seu interior
para facilitar o maior contato
entre as fases e geralmente
são utilizadas quando uma
das fases tem uma densidade
elevada
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Equipamentos do Processo de Extração
Múltiplos estágios
Torre com recheios - os
recheios possibilitam um melhor
contato soluto/solvente. A
eficiência é maior para uma
mesma altura. Perdas de carga
são mais altas que nas colunas
com pratos e ocorre a formação de
caminhos preferenciais para o
líquido.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Equipamentos do Processo de Extração
Múltiplos estágios
Torre com pratos = são também
chamadas de colunas com contatos
em estágios e são responsáveis pela
separação das fases.
A agitação da mistura obtida ocorre
somente através do contato entre o
soluto e o solvente no interior
da coluna
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Equipamentos do Processo de Extração
Múltiplos estágios
Torre agitada = em torres de
extração mais modernas esses
discos são utilizados de modo a
aumentar a eficiência no contato
entre os líquidos e garantindo
maiores rendimentos e melhor
qualidade do produto extraído
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Equipamentos do Processo de Extração
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Fatores que influenciam a Extração
• Relação Solvente-Carga
Relação solvente-carga Melhor
extração
SOLVENTE
SOLUÇÃO (CARGA)
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Fatores que influenciam a Extração
• Qualidade do solvente
SOLVENTE RECUPERADO
SOLUÇÃO (CARGA)
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Fatores que influenciam a Extração
• Influência da temperatura
SOLVENTE
SOLUÇÃO (CARGA)
SOLUBILIDADE
TEMPERATURA
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
PROPRIEDADES DOS SOLVENTES
• Imiscível; • Formar duas Fases; • Não reagir Quimicamente com o Soluto; • A Substância Orgânica a ser extraída deve ser mais
solúvel no segundo solvente; • Não ser inflamável ou tóxico.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
VANTAGENS
• O processo realizado à temperatura ambiente
ou temperatura moderada;
• Possibilidade de utilização de solventes com
boa capacidade de extração ou seletivos;
• Possibilita controle de pH, força iônica e
temperatura, de forma a evitar a
desnaturação de enzimas e proteínas.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
DESVANTAGENS
• Gera produtos intermediários (transfere-se o
soluto C do solvente A para outro solvente B);
• Necessário utilizar outro processo (p. ex.
destilação, evaporação) para obter o soluto C,
livre do solvente B.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Extração Quimicamente Ativa
• Separar dois compostos orgânicos que são ambos solúveis no mesmo solvente.
• Reação para mudar quimicamente o composto. • Baseia-se em uma reação ácido-base onde o produto
(sal) é solúvel na fase aquosa e insolúvel no solvente orgânico.
Exemplo: Ácido Carboxílico e Hidrocarboneto reagindo com Hidróxido de Sódio
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Coeficiente de Distribuição
O coeficiente de distribuição do composto orgânico A será dado pela razão da solubilidade nos solventes.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Coeficiente de Distribuição
• Conhecendo o coeficiente de distribuição do composto
orgânico A, pode-se calcular a quantidade de soluto extraído em uma extração simples ou em uma extração múltipla.
• Supondo que temos uma solução contendo 50,0g do
composto A em 100ml de água, quanto do soluto podemos extrair utilizando 100ml éter dietílico? (K = 4)
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Exemplo Extração Simples Utilizando uma extração simples vamos calcular a
quantidade de soluto extraído empregando-se 100 ml de éter dietílico.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Exemplo Extração Múltipla
Usando os dados anteriores vamos calcular a quantidade de soluto extraído empregando-se 3 adições de 33,3 ml de éter dietílico.
EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
Eficiência
• Somando-se as quantidades de soluto extraído nas 3 extrações, têm-se que 45,50g do soluto será extraído utilizando-se a extração múltipla.
• Concluímos que é mais eficiente usar um solvente em três pequenas extrações do que em uma extração grande.
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
• O solvente é utilizado para dissolver um componente solúvel presente numa mistura com um sólido insolúvel.
• Muitas substâncias biológicas, inorgânicas e orgânicas estão presentes em diferentes misturas com componentes sólidos.
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
• Na lixiviação, o solvente é convenientemente misturado ao sólido previamente preparado;
• objetivo de remover um soluto desejável ou indesejável.
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
Operação de lixiviação aplicada à biotecnologia e ao processamento de alimentos: • Separação do açúcar da beterraba com água quente; • Separação de óleo de sementes de cereais (amendoim, soja, algodão, girassol milho etc) com solventes orgânicos (hexano, acetona, éter, etc);
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
• Na indústria farmacêutica, muitos produtos são obtidos por lixiviação de raízes de plantas, talos e folhas); • Na produção de café solúvel ou instantâneo, as sementes torradas e moídas são lixiviadas com água.
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
Operação de lixiviação aplicada à materiais orgânicos e inorgânicos: Muitos metais importantes encontram-se misturados com uma quantidade muito grande de constituintes indesejáveis e a lixiviação é utilizada para esses metais como sais solúveis.
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
• Sais de cobre são lixiviados de outro minerais de minerais com solução de ácido sulfúrico ou solução amoniacal;
• Sais de níquel e cobalto são lixiviados com misturas de ácido sulfúrico+amônia+oxigênio;
• Ouro é lixiviado do mineral com solução aquosa de cianeto de sódio
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
Etapas preliminares relevantes na operação de lixiviação: • Preparação do sólido (moagem, corte em lâminas etc) • Escolha do solvente ou solução extratora (seletividade, toxicidade, operações posteriores de recuperação e reciclo do líquido)
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
Equipamentos para lixiviação • Lixiviação com a percolação do solvente ou solução
extratora no leito fixo de partículas;
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
Equipamentos para lixiviação • Lixiviação em leito móvel (fluidização homogênea)
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO (LIXIVIAÇÃO)
Equipamentos para lixiviação • Lixiviação em leito móvel (fluidização homogênea)
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
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