Extração líquido-líquido e sólido-líquido.pdf

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 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 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 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;


Temperaturas Pressão

Colunas de

destilação

Nº Estágios de

separação (pratos)

Compostos suscetíveis a decomposição;

Composto menos volátil em pequena

quantidade;


Temperatura

de

destilação

Decomposição

Composto a ser separado - SOLUTO

Fase líquida com composto – SOLUÇÃO

Fase líquida utilizada para separar o

soluto - SOLVENTE


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


Tipos de extração líquido-líquido

• Extração de substâncias

indesejáveis

• Ex: Extração de enxofre de

derivados de petróleo


Soluto - Impureza Solução – Produto de

interesse

Tipos de extração líquido-líquido

• Extração de substâncias nobres


Soluto – Produto de

interesse

Solução – Produto

indesejável

MECANISMO


MECANISMO



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.


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.


Equipamentos do Processo de Extração

Único estágio



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




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.




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




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




Fatores que influenciam a Extração

• Relação Solvente-Carga

Relação solvente-carga Melhor

extração

SOLVENTE

SOLUÇÃO (CARGA)



• Qualidade do solvente

SOLVENTE RECUPERADO

SOLUÇÃO (CARGA)



• Influência da temperatura

SOLVENTE

SOLUÇÃO (CARGA)

SOLUBILIDADE

TEMPERATURA


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.


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.


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 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


Coeficiente de Distribuição

O coeficiente de distribuição do composto orgânico A será dado pela razão da solubilidade nos solventes.


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)


Exemplo Extração Simples Utilizando uma extração simples vamos calcular a

quantidade de soluto extraído empregando-se 100 ml de éter dietílico.


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.


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.


• Na lixiviação, o solvente é convenientemente misturado ao sólido previamente preparado;

• objetivo de remover um soluto desejável ou indesejável.


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);


• 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.


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.


• 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


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)


Equipamentos para lixiviação • Lixiviação com a percolação do solvente ou solução

extratora no leito fixo de partículas;


Equipamentos para lixiviação • Lixiviação em leito móvel (fluidização homogênea)


Equipamentos para lixiviação • Lixiviação em leito móvel (fluidização homogênea)

EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO

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