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Prof. Moisés Teles
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
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
Packed extraction column
Diagramas ternários e Balanços de Massa
Packed extraction column
Diagramas ternários
Do balanço.
Vazões de S e F conhecidas. xM,A = 250(0,24) +100(0)
(250+100)
= 0,17
Packed extraction column
Diagramas ternários
Packed extraction column
Diagramas ternários
Da linha de amarração a partir do ponto M já
determinado pelo balanço.
Packed extraction column
soluto
solvente
carrier
Diagramas ternários
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.
Diagramas ternários
F:
0,45 etileno glicol
0,55 água
A
CS
S: solvente puro
1,00 de furfural
Diagramas ternários
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
Packed extraction column
Método gráfico
Packed extraction column
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
Packed extraction column
Método gráfico
Dado
Dado
Obtido a partir da
especificação de x
= 0,05
Do balanço
Packed extraction column
Método gráfico
Conhecido E1, obtém-se R1 (relação de equilíbrio: linha de amarração)
Packed extraction column
Método gráfico
Conhecido P e R1, obtém-se E2 (através do ponto P)
Packed extraction column
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
Consumo mínimo (e máximo) de solvente
E1
Estamos procurando P min (mínima vazão de solvente)
Consumo mínimo (e máximo) 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
FIM
Portions of this work are the copyright of Kevin Dunn
© KevinDunn,2013