OPERAÇÕES UNITÁRIAS

OPERAÇÕES UNITÁRIAS A maioria das operações unitárias envolve a transferência de massa, calor ou quantidade de movimento.Esta transferência pode ser interfásica ou ocorre no seio de uma só fase, caso em que pode designar-se transporte, em vez de transferência. Estes dois termos, porém, são, como freqüência, usados indistintamente. No quadro abaixo é indicada a classificação de operações unitárias mencionadas no presente trabalho segundo o tipo fundamental de propriedade transferida. Natureza das fases envolvidas Líquido – líquido Operação unitária Extração líquido – líquido Separação por membrana líquida Cromatografia líquido – líquido Transferência através de uma membrana (diálise, osmose inversa, ultrafiltração) Gás – líquido Absorção gasosa Transferência de massa Adsorção na interfase gás – líquido (separação por espuma, etc) Cromatografia gás – líquido Liquido – sólido Adsorção Lixiviação Cromatografia líquido – sólido Gás – sólido Adsorção Cromatografia gás – sólido Transferência de calor Aquecimento Arrefecimento Líquido – sólido Precipitação Fusão de zona Transferência simultânea Líquido – gás Destilação de massa e calor Secagem Sólido – gás Sublimação Transferência de Filtração quantidade de movimento Centrifugação Agitação Embora as técnicas cromatográficas possam ser incluídas nos vários tipos de operações unitárias de transferência de massa são tratadas separadamente dadas as analogias de execução e as características comuns entre si. O estudo das operações unitárias pode ser abordado, em geral, sob qualquer de duas perspectivas fundamentais, recorrendo a um modela físico de andares de equilíbrio ou a um modela de não-equilíbrio. 1 Geralmente, o modelo de equilíbrio é aplicado no estudo da extração líquido – líquido, da adsorção fluido – sólido e das operações que envolvem mudança de estado físico, tais como a precipitação, a destilação em geral, a sublimação; este modelo é também susceptível de aplicação em cromatografia. Pelo contrário, há outras operações, identificadas no quadro abaixo, que são mais bem descritas por modelos de não – equilíbrio, nomeadamente diálise, a osmose inversa, a ultrafiltração, a separação por membrana líquida, a ultracentrifugação, a eletroforese e a cromatografia. Equilíbrio interfásico Extração líquido – líquido Adsorção Precipitação Cristalização Fusão de zona Destilação Sublimação cromatografia Processo cinético Cromatografia Eletroforese Diálise Osmose inversa Ultrafiltração Separação por membrana líquida Ultracentrifugação Destilação molecular Processo mecânico Filtração Cromatografia em gel Elutriação Flotação Existem, ainda, algumas operações unitárias separativas (aplicáveis, com freqüência, na separação de partículas macroscópicas) baseadas na ação mecânica de um meio sólido poroso (tais como a filtração, a cromatografia gel e a diálise) ou no arrastamento provocado pelo fluxo de um fluido (por exemplo, a elutriação e a flotação). Porém, estas operações, por vezes denominadas mecânicas, envolvem, usual e simultaneamente, outros processos de natureza quer cinética (o caso da centrifugação na elutriação), quer de equilíbrio (nomeadamente a adsorção na flotação). As separações obtidas através dos métodos de equilíbrio resultam, em geral, das diferenças das distribuições entre duas fases, no equilíbrio, dos componentes a separar. Contudo, as separações decorrentes da aplicação de técnicas cinéticas de não-equilíbrio resultam das diferenças das propriedades cinéticas dos componentes da mistura, tais como velocidades de migração nu campo gravitacional, elétrico ou térmico, ou velocidades de difusão através de uma membrana. O modelo físico de equilíbrio recorre a unidades (ditas andares de equilíbrio ou ideais) nas quais são postas em contato duas correntes ou fases, que são separadas só após o equilíbrio ideal ter sido atingido entre elas. As situações reais são tratadas exprimindo a transferência real de uma propriedade (massa ou calor, por exemplo) como uma fração da que seria obtida em andares ideais de equilíbrio. Os modelos cinéticos de não – equilíbrio consideram a velocidade de transferência ou de transporte de uma propriedade expressa sob a forma de uma equação diferencial. O transporte da propriedade em questão pode depender do movimento de moléculas individuais ou de grupos destas, sendo designado, respectivamente, por molecular ou turbulento. Qualquer processo químico depende de uma seqüência de passos denominados operações unitárias, cujos princípios básicos independem do processo, cada passo dever ser reconhecido e estudado individualmente. 2 Na maioria dos casos, as operações unitárias envolvem mudanças físicas e geralmente implicam em processos de separação. Os processos de separação podem ser divididos em duas classes principais e, relação a sua natureza: 1. Processos de separação baseados em equilíbrio de fases, 2. Processos de separação mecânica. Abaixo segue um esquema geral de qualquer processo de separação: Agente Separador  Alimentação  Equipamento de separação  Produtos Na tabela seguinte serão listados os principais processos de separação: 1. Operações unitárias (equilíbrio de fases) Operação Evaporação Destilação Flash Destilação Extração L.L Alimentação L L L e/ou V L Produtos Principio de Exemplos Separação L+V #Volatilidade Conc.suco de frutas Redução de L+V #Volatilidade Sep. de HC pressão Calor L+V #Volatilidade Separação de HC Líquidos L+L #Solubilidade Extração de imiscíveis HC aromáticos em etilenoglicol Solventes L+S #Solubilidade Extração de óleo de semente Liquido nãoL+G #Solubilidade Remoção de volátil CO2 e H2S do GN Calor S+V Evaporação Desidratação de alimentos Resfriamento L+S #Aglomeração Purificação ou de açúcar evaporação Agente Separador Calor Extração S.L. Absorção Secagem Cristalizaçã o S G S (úmido) L Onde: L = liquido V = vapor S = sólido G = gás HC = hidrocarbonetos GN = gás natural 2. Operações unitárias (agentes mecânicos) Operação Alimentação Agente Produtos Principio Exemplos 3 Qualquer que seja a natureza física do fluido. Em geral os dispositivos de transporte de fluido por força centrifuga apresentam as seguintes características:  A descarga é relativamente livre de pulsação. compressível ou incompressível. f) Por gravidade. Força centrifuga Apesar de variar muito a aparência física dos diversos tipos de bombas e de compressores centrífugos. 4 . isto é.  Seu desempenho é eficiente dentro ed uma larga faixa de pressões e capacidades. estes métodos incluem todos os meios disponíveis para seu transporte.  O projeto mecânico presta-se a alta vazão. c) Por impulso mecânico. a função básica é a mesma. produzir energia cinética pela ação de força centrifuga e então converter parcialmente esta energia em pressão pela redução eficiente de sua velocidade.  Pressão de descarga é função da densidade do fluido.Separador Filtração Tratamento de sólidos Sedimentação Misturas L+S S S+L L + S ou L+L Meio filtrante Gravidade L+S L+S Mistura de Separação Tamanho Parafinas dos sólidos Ciclones/peneiras # densidade Classificação de suspensões Mistura de líquidos em reatores Onde: L = liquido S = sólido MEIOS DE PROVOCAR O ESCOAMENTO DE FLUIDOS Há seis meios pelos quais um fluido poder ser movimentado através de um conduto ou de um canal: a) Por ação de força centrífuga. O compressor ou bomba de escoamento axial é um dispositivo que combina o uso da força centrifuga com impulso mecânico para produzir um aumento de pressão. d) Por transferência de movimento de um outro fluido. b) Por deslocamento volumétrico realizado mecanicamente ou por outros fluidos. e) Por força eletromagnética. como é o caso dos metais fundidos. de pás rotatórias e de engrenagem. Para deslocar um fluido ou mantê-lo em escoamento é necessário adicionar energia. especialmente em reatores nucleares.  A descarga de muitos deles é pulsante. compressores de pistão fluido.  Considerações mecânicas limitam a capacidade máxima e seu desempenho é eficiente em velocidade de descarga volumétrica extremamente baixa. Impulso mecânico O princípio do impulso mecânico aplicado aos fluidos se combina usualmente com um dos outros meios de produzir movimento. em bombeamanto de profundidades inacessíveis ou esvaziamento. pressão ou altura do fluido. Em geral o desempenho destes tipos é relativamente ineficiente. Pertencem a esta categoria os jatos e ejetores. de pistão e de diafragma. Transferência de momento A aceleração de um fluido com o fim de transferir seu momento para um segundo é um princípio comumente usado ao se lidar com materiais corrosivos. é possível estabelecer um campo magnético em torno do conduto de modo a se criar uma força motriz que provoca o escoamento. No entanto. A grande variedade de dispositivos de transporte de fluido do tipo de deslocamento torna difícil determinar características comuns. ou por meio mecânico. é o principio segundo o qual opera um grande numero de dispositivos para transporte de fluidos. para maior parte dos tipos é correto estabelecer que: São adaptáveis a operação em alta pressão. 5 . Bombas com esta característica foram desenvolvidas para transporte de líquidos utilizados na transferência de calor. Da vazão (Q). Incluem-se neste grupo máquinas alternativas. Do comprimento da tubulação (L).Deslocamento A descarga de um fluido de um vaso por deslocamento parcial ou completo de seu volume interno por um outro fluido. Como dito acima é este o caso em compressores e bombas de escoamento axial. Força eletromagnética Quando o fluido é bom condutor de eletricidade. a turbina ou bomba do tipo regenerativo é um outro dispositivo que funciona parcialmente por impulso mecânico. Na indústria química a tarefa de seleção de bombas é freqüentemente ainda mais complicada pela presença e problemas de corrosão que exigem material especial. Essa energia depende:     Da altura que o fluido é elevado (∆ z). SELEÇÃO DE BOMBAS Ao se selecionar bombas para qualquer trabalho é necessário conhecer o material a ser bombeado. sendo o equipamento capaz de fornecer essa energia ao escoamento do fluido denominado bomba. Energia elétrica  energia mecânica  escoamento A energia adicionada compensa perdas por atrito e contribui para o aumento da velocidade. Do diâmetro da tubulação (D). η v > 95% para bombas bem ajustadas Eficiência mecânica (η m) η η m = energia suprida pelo fluido / energia suprida pela bomba ≤ 100% devido a perdas por atrito mecânico e atrito ao fluido. 6 . Resultando num escoamento intermitente.  Pequena capacidade.  Podem ser usadas para vazões moderadas. Para cada golpe do pistão. etc (número de cilindros) Aplicações:  Bombeamento de águas em caldeiras (óleos e lamas). L.  Capacidades: intervalo limitado.  Potência: energia consumida por unidade de tempo (P).  Imprimem as pressões mais elevadas dentre as bombas. um volume fixo de liquido é descarregado na bomba. Vantagens:  Podem operar com líquidos voláteis.  Operam com baixa velocidade em torno de 20 rpm. Q. Desvantagens:  Produzir fluxo pulsante. m Podem ser: simplex.ρ ) Ε = f(∆ z. D.  São capazes de produzir pressões muito altas. Das propriedades físicas do fluido (µ . compressores e ventiladores são avaliados em função de quatro características:  Capacidade: quantidade de fluidos descarregado por unidade de tempo. Tipos de bomba Bombas de deslocamento positivo alternativas (≈ 20 rpm) Envolvem um movimento de vai e vem de um pistão num cilindro.  Pressão: freqüentemente expressa em altura. µ . A taxa de fornecimento do liquido é função do volume varrido pelo pistão no cilindro e o número de golpes do pistão por unidade de tempo. vazão (Q). Exemplo: bombas pistão e êmbolo (alta pressão) Eficiência volumétrica (η v) = volume deslocado / volume total do cilindro Volume real < volume total  devido a vazamentos ou enchimento incorreto do cilindro.  Eficiência (η ): energia suprida ao fluido por energia absorvida pela bomba. triplex. ρ ) As bombas.  Opera fluidos com sólidos em suspensão. pelo efeito da pressão externa.  Constitui em duas partes: carcaça e rotor. Bombas de deslocamento positivo rotativas (≈ 100 – 150 rpm) Dependem de um movimento de rotação. o fluido é ejetado.  Palhetas: essas bombas são usadas para fluidos pouco viscosos.  Faixas de pressão de baixas a médias (300 psi). Finalmente. graxas. o liquido fica retido entre os componentes do rotor e da carcaça da bomba. resultando em escoamento continuo.  Eficientes para fluidos viscosos.  Pequeno custo inicial.  Vazão 1 gal/min até milhares de gal/min. o que possibilita admissão do liquido a bomba. melados e tintas. Tipos de bombas:  Engrenagem (para óleos): podem atuar externamente (atuam em sentido contrário).  Fornecem vazões quase constantes. caráter asséptico. 7 .  Simplicidade de modelo. após uma determinada rotação do rotor o liquido é ejetado.  Peristáltica: atuam com pequenas vazões.  Manutenção mais barata.  O fluido entra nas vizinhanças do eixo do rotor e é lançado para a periferia pela ação centrifuga. cavidade caminhante. Bombas centrífugas Características:  Muito utilizadas na indústria de processos.  Opera com vazão constante.  Capacidade pequena e média. Usos:  Alimentos.  Vazão do fluido: é função do tamanho da bomba e velocidade de rotação.  Operam em faixas moderadas de pressão.  Petróleo. ou atuar internamente (só um rotor motriz). e centenas de PSI.  Flexibilidade de aplicação. O rotor da bomba provoca uma pressão reduzida no lado da entrada. Precisam de mais manutenção. A medida que o elemento gira. Características:  Provocam uma pressão reduzida na entrada (efeito da pressão atmosférica) e com a rotação.  Farmacêutica.  Rotores lobulares: parafusos helicoidais. dando um aspecto de roda de pás. Ventiladores de fluxo axial São de dois tipos gerais: em disco e em hélice.Energia cinética: aumenta do centro para a periferia do rotor (ponta das palhetas propulsoras). Difusor: são haletas estacionárias que oferecem ao fluido um canal de área crescente desde o rotor até a carcaça. Os de disco têm lâminas planas ou curvas semelhantes às dos ventiladores comuns de uso doméstico. Operam com velocidade relativamente baixa. Carcaça: transforma energia cinética em carga de pressão com pequena perda por turbulência. Operação:  Opera a velocidade constante. Serve de contentor para o fluido.  A capacidade da bomba depende somente da pressão total do projeto e das condições de sucção. Usam-se geralmente para circulações gerais ou trabalho de exaustão. com larga faixa de usos. oferece entrada e saída. Esta energia cinética é então convertida em pressão quando o fluido sai do rotor para a carcaça espiral (voluta ou difusor) Bomba centrífuga: converte energia mecânica em energia cinética. Os tipos em hélice têm pás semelhantes as aeronáuticas. os volumes dos gases na entrada e na saída são essencialmente movimentadores de gás. etc. Rotor: é o coração da bomba é constituído de palhetas ou lâminas conformadas de modo a proporcionarem um escoamento suave do fluido em cada uma delas. 8 . VENTILADORES E SOPRADORES As pressões são relativamente baixas. e empregados em trabalho de ventilação. tiragem de caldeiras e fornos. Voluta: o rotor descarrega o fluido num canal de área de seção reta continua e crescente. São classificados geralmente em tipo centrifugo e de fluxo axial. transporte de material suspenso em correntes de gás. suprimento de ar para secagem. lâminas curvadas para a frente e de lâminas curvadas para trás. sem dutos. Os ventiladores de lâminas curvadas para frente tem rotores com diâmetros pequenos e operam em velocidades mais altas que os de lâminas planas. Ventiladores centrífugos São de três tipos gerais: ventiladores de pás retas ou de chapa de aço. Os ventiladores de lâminas voltadas para trás são de muitas lâminas (10 a 50). remoção de fumaça. Os ventiladores de lâminas planas possuem rotores de diâmetro relativamente grande e umas poucas lâminas radiais. movimentação de grandes volumes de ar ou gás através de condutos. Podem ser de dois estágios. Nos compressores alternativos a eficiência é de 65 – 80%. Exemplos:  Síntese do amoníaco. A pressão estática também varia com a velocidade da hélice. os compressores centrífugos são usados nas refinarias de petróleo. As esteiras transportadoras. Muitas reações químicas exigem pressões altas para terem rendimento adequado.  Processos de refrigeração envolvem a compressão. Seleção de ventiladores O caminho mais próprio a seguir é dar aos fabricantes dados completos do trabalho a ser executado e deixá-los especificar os ventiladores que garantem ser os mais econômicos para a obra. Inicialmente é necessário ponderar os diversos tipos básicos. limitações de temperatura. que podem ser fabricadas em dimensões relativamente grande. sistema de vedação. 9 . consumo de energia. os sopradores atuam com 0. Entre os principais fatores a serem considerados estão.3 atm. As exigências de capacidade constituem o fator primordial na escolha do transportador. resfriamento e a subseqüente expansão e aquecimento do refrigerante. escolher o modelo e o tamanho corretos. Os ventiladores atuam com 0. cada um dos quais apresenta vantagens peculiares em aplicações especificas. Por outro lado. A compressão de gases até elevadas pressões é uma operação freqüentemente encontrada nas indústrias de processos químicos.03 atm. transportam grandes massas com boa economia. é realizada pela destilação do ar liquefeito produzido no processo de refrigeração. O primeiro critério é da manejabilidade.  Separação de O2 e N2 do ar. método de lubrificação. mas não se deve deixar de assinalar o grau de perfeição do desempenho que se pode obter. sem provocar sérios problemas de abrasão. em ordem de importância. para operar a velocidades altas. TRANSPORTE DE SÓLIDOS A escolha do transportador correto para um determinado material sólido. é complicada pelo grande número de fatores inter-relacionados que devem ser levados em consideração. COMPRESSÃO DE GASES Seleção do compressor Deve-se considerar uma larga variedade de tipos. o transportador-parafuso (hélice transportadora) fica extremamente incomodo à medida que aumenta de tamanho e não pode ser operado em velocidades elevadas. usinas químicas. vazão. carga ou pressão. depois. facilidade de manutenção e custo.Desempenho dos ventiladores O volume de gás deslocado varia diretamente com a velocidade da hélice. Classificação: É a mesma classificação das bombas. De qualquer forma. com a capacidade de algumas libras por hora. muito especialmente a fluidez. As alterações a velocidade variável podem ser projetadas para modificar o andamento. Motores Os motores das unidades motrizes são em geral trifásicos a 60Hz. Transportadores-parafuso É este um dos tipos mais antigos e versáteis. dependendo das suas exigências. manual ou automaticamente. O transporte vertical é realizado. troca do motor ou de caixa de velocidades. Os efeitos químicos podem determinar a natureza do material a ser utilizado na fabricação do equipamento transportador. em geral. mais fácil usar mais de uma correia. restrita ao Maximo de uns poucos pés cúbicos por hora. que exigirá até mesmo a vedação completa do equipamento. enquanto se fazem as alterações. Unidade motriz Esta parte do transportador pode custar de 10 a 30% do total do sistema. 220V. tendo em vista as necessidades eventuais do processo. Consiste num helicóide (barra achatada de aço enrolada ao modo de uma hélice) ou em diversas seções helicoidais (formadas a partir duma chapa plana cortada e conformada) montado sobre um eixo. Também são importantes a dureza e o tamanho dos fragmentos. com velocidades até 1000ft/min e transportar o máximo de 5000ton/h. as mais comuns têm inclinação no intervalo de 18 a 20 graus. ou 550V ou 208V (tetrapolares). A umidade e a oxidação atmosférica podem ser nocivas ao material transportado. é. Quando a necessidade de a esteira rolante mudar de direção. por meio de elevadores verticais ou inclinados. Há também comuns os que operam a 240V ou 480V. Há uma forte tendência pelos motores a corrente contínua. Pode ser de velocidade fixa ou ajustável. de caçambas ou de canecos. Pode operar ao longo de milhas. porém. 10 . As modificações de direção só podem ser feitas no plano vertical da esteira e devem ser cuidadosamente projetadas. ou 220/440V. com velocidades muito baixas. quando o ajuste de velocidade deve ser feito acuradamente numa larga faixa de variação. Pode funcionar também a curtas distâncias. em geral. que permitem manipulação individual das peças de material.A distancia de transferência é nitidamente limitada para os tipos de transportador. basta a troca de polias e de engrenagens. em geral com maior economia. A capacidade é. durante a operação do sistema transportador. Características do material As propriedades físicas e químicas devem ser consideradas. o sistema pára. A potência motriz é transmitida através do eixo e está limitada pelo tamanho permissível desta peça. As unidades a velocidade fixa são escolhidas quando a velocidade inicial do sistema não precisa ser modificada durante a operação normal. Correias transportadoras (esteiras rolantes) Tem aplicações quase universais. A inclinação da correia transportadora está limitada ao máximo da ordem de 30o. Exceto em condições poucos usuais. não é normalmente aplicadas em operações de processamento. Havendo necessidade de pequenas alterações de velocidade. Modificações mais acentuadas exigem. O movimento atribuído as partículas do material pode variar. Existem num amplo domínio de capacidades e podem operar inteiramente ao ar livre. As principais variações de projetos estão na espessura das chapas dos canecos e revestimentos. lança-las para cima e para frente de modo que avancem no transportador mediante uma seqüência de pequenos saltos. utilizar equipamento especialmente projetado quando se manipula material especial em grandes quantidades. são equipados com canecos ou cubas. e na unidade motriz. Elevador de canecos ou caçambas Os elevadores de canecos constituem as unidades mais simples e mais seguras para efetuar deslocamentos verticais. no entanto. Em geral.O projeto de um transportador de correia é afetado pelo clima. Os elevadores com caçambas espacejadas e descarga centrifuga constituem o tipo mais comum. Sua capacidade é determinada pela sua amplitude de vibração. constituída por um tabuleiro horizontal suportado por molas. é suficiente para esvazia-las. a seção do material arrastado é maior que a da superfície arrastadora. ou completamente vedados. combinado com a completa inversão as caçambas. Este tipo de elevador pode operar com quase todo tipo de material solto. O impacto da corrente acoplando-se a engrenagem. com uma capacidade muito grande por unidade de seção reta e pode seguir uma trajetória muito 11 . pulverizado ou reduzido a pequenos fragmentos. Os elevadores com caçambas espacejadas e descarga positiva tem essencialmente a mesma estrutura que das unidades de descarga centrifuga. Podem movimentar cargas grandes e trabalham geralmente inclinados para melhorar as condições de carga e descarga. na qualidade do correame ou das correntes. As caçambas são carregadas. A ação transportadora dos vários projetos de transportador a fluxo contínuo depende do tipo do elemento arrastador. em geral. Os elevadores a caçambas contínuas com supercapacidade são projetados para elevações grandes e material em fragmentos grandes. freqüência. seu objetivo no entanto é sempre o mesmo. Este tipo é projetado especialmente para as substancias que são muito pegajosas ou que tendem a aglomerarse. em finos ou pequenos fragmentos ou partículas. inclinação da calha vibrante e pela capacidade do material de receber e transmitir o impulso. e em parte pelo arraste do material que fica no fundo do alimentador. posto a vibrar por um braço excêntrico que é ligado diretamente. Transportadores a fluxo contínuo O princípio deste equipamento é o arraste provocado por uma superfície que passa transversalmente através da massa de material granulado. Há a tendência a uma elevada padronização das unidades. é razoável. em geral. espaçadamente para que não haja impedimentos na carga e na descarga. A diferença está na montagem das cubas em duas correntes e na engrenagem inversora que força os canecos a inverter a posição e descarregar o material. É uma unidade totalmente vedada. A largura da cinta e sua velocidade são funções da densidade volumar do material e do tamanho dos fragmentos. As cubas são montadas numa correia ou numa corrente. pelo material que corre diretamente para seu interior. em parte. pelo ambiente e pelas horas de serviço contínuo. uma unidade de impulso dirigido. Transportadores vibratórios e oscilatórios A maioria dos transportadores vibratórios é. ou por pesos excêntricos rotatórios. ou por um eletroímã. ou por um vibrador pneumático ou hidráulico.  Diminuição do tamanho para separar dois ou mais constituintes (granito  quartzo + feldspato + areia).  Modificar propriedades de um material (reatividade química. cor – intensidade. é o caso de muitos fármacos em pó. extração.  Do comprimento equivalente da linha transportadora. A capacidade mínima é aquela em que a energia do ar é apenas suficiente para movimentar o produto na linha. Os sólidos podendo sofrer vários tipos de solicitações. sem permitir paradas.  A vácuo.  Impacto. para garantir a movimentação contínua. 12 .  Da energia do ar transportados em todo o sistema.  Corte e/ou dilaceramento. Tipos de sistemas Classificam-se os transportadores pneumáticos em cinco tipos básicos:  A pressão. Mecanismos de redução de tamanho São operações extremamente complexas.  A corrente fluidizada  A câmara de sopro.irregular num plano horizontal. a distâncias horizontais ou verticais que vão de alguns a centenas de metros. São exemplos desse tipo de equipamento: os transportadores a tubo fechado.  A pressão e vácuo combinados.  Do diâmetro da linha transportadora. Os equipamentos podem funcionar empregando um ou mais tipos de atuação da força simultaneamente.  Atrito (abrasão). A capacidade do transportador pneumático depende:  Da densidade do material. secagem). Transportadores pneumáticos Uma das mais importante técnicas de manipular substâncias na indústria química é a da movimentação do material suspenso numa corrente de ar. transportadores a paletas volantes e os transportadores de banda articulada ou tabuleiros. especificação de produtos comerciais – diversas granulometrias).  Mistura mais intima entre dois sólidos. É uma boa técnica atribuir ao ar um excesso de energia. FRAGMENTAÇÃO E MOAGEM: ANÁLISE GRANULOMÉTRICA FRAGMENTAÇÃO DOS SÓLIDOS É a operação que tem por objetivo a redução do tamanho dos fragmentos de determinados materiais (matérias-primas ou produto final). das quais quatro são utilizadas industrialmente:  Compressão. Objetivos da redução de tamanho:  Aumentar as superfícies (reações químicas. a aresta de um cubo. satisfazendo uma dada especificação. A área é a somo das áreas das partículas. A estrutura pode ser homogênea ou heterogênea. Se aumentarmos a força de um impacto súbito num sólido. A área superficial é a do exterior da maior parte das partículas. uma área superficial. A dimensão linear pode ser o diâmetro de uma esfera. A razão de redução dos trituradores exprimem-se.  Trituradores: para graus médios de divisão. uma dureza e uma estrutura. aumenta o número de partículas finas. é a quantidade de produto que sai de um moinho determinado.Equipamentos:  Britadores: grande para médio. num intervalo unitário de tempo.  Formação de nova superfície.  Moinhos: reduzir a pó. ou uma media fictícia de um fragmento irregular. rupturas). A dureza é indicada pelo critério convencional do risco numa superfície e pode ser medida por indentações.  Concentração de esforço até o valor crítico (crescimento e ramificação das fissuras. tem dimensões lineares. como a razão entre as malhas na entrada e as malhas na saída. A distribuição dos tamanhos da partícula é a função que da a quantidade proporcional a cada tamanho individual na população inteira do material pulverulento. freqüentemente. O tamanho limite das partículas é o da maior ou da menor.  Tamanho das partículas maiores: tem relação com o processo utilizado nesta redução de tamanho. presente no pó. Eficiência da moagem A eficiência energética de uma operação de moagem é definida por comparação entre energia consumida e quantidade ideal de energia. Estas malhas determinam os diâmetros máximos da alimentação e do produto. mas. 13 . A moabilidade é uma medida da taxa de moagem do material num determinado moinho. Propriedade dos sólidos Uma partícula ou fragmento. Desintegração:  Aplicação do esforço ocasionando fissuras. A eficiência energética pratica é definida como a eficiência da moagem técnica comparada com a do ensaio de laboratório. e a área especifica é a área da unidade de peso e volume do material. não diminui o tamanho delas. Portanto:  Tamanho das partículas finas: está relacionado com a estrutura do material. embora algumas tenham superfícies correspondentes a poros internos. Consumo de energia Está relacionado com a estrutura interna do material e é composta de duas etapas:  Abertura de pequenas fissuras. Quando a presença de líquido não é prejudicial no produto final.5µ . Na moagem a úmido. com utilização menos eficiente da energia. com mandíbula pivotante no topo. o tamanholimite é cerca de 10 a 20µ . Outros fatores que influenciam a escolha entre os dois procedimentos são operação posterior das etapas classificatórias a seco ou a úmido. ou pelo enfraquecimento das partículas. da seguinte maneira:  Entre duas superfícies sólidas (esmagamento. eletrohidraúlica). Na moagem a úmido o fluido em que as partículas estão dispersas pode atuar como auxiliar de moagem. Na moagem seca. A água é um meio excelente.  A nenhuma superfície sólida. com classificadores de tamanho. cisalhamento). 14 . Diversos estudos experimentais levaram a conclusão de que a moagem a seco é limitada pelo recobrimento das bolas e que os aditivos funcionam pela redução da tendência a este recobrimento. Britadores de mandíbulas Modelos e operação Podem ser divididos em três grupos: o britador Blake. o custo da secagem e a possibilidade de. ou pelo impedimento da sua aglomeração. ou a alimentação do moinho é úmida ou molhada. dando maior movimento aos menores fragmentos. Agentes dispersantes e auxiliares de moagem Os agentes químicos que aumentam a taxa de moagem podem agir. a moagem em fase líquida é preterível a moagem seca. Com moinhos jato seco. com agentes surfactantes apropriados. Equipamentos para britar e para moer Classificação e seleção do equipamento É grande a variedade de equipamentos que se pode obter para a redução de tamanho.  A uma só superfície sólida (impacto). nos moinhos de bolas. ou por impedir o recobrimento das bolas. as forças superficiais provocam o amortecimento e recobrimento das bolas. o Dodge. graças a sua elevada polaridade. Na moagem a seco. mas pela ação do meio que envolve o sólido (moinho coloidal). graças a ação físico – química do líquido que impede a aglomeração das partículas finas. e o excêntrico articulado no topo. O tamanho limite que se pode atingir na moagem a úmido é em geral. é possível chegar até 0. fragmentação explosiva.  Pela introdução não mecânica de energia (choque térmico. atinge-se até 1µ . dando maior movimentos aos maiores fragmentos. menor que na moagem a seco. usar-se o produto úmido.Moagem seca contra moagem úmida Os moinhos de bola têm um grande campo de aplicação na moagem úmida em circuito fechado. As principais razões da inexistência duma padronização são a diversidade dos produtos sujeitos a moagem e da qualidade que se deseja obter no material moído. com a mandíbula móvel articulada no fundo. com moinhos de bolas ou rolo anelado. A classificação do equipamento pode ser efetuada mediante a forma de aplicação das forças. nas etapas posteriores. ou velocidades diferentes. Por isso. em rolamentos móveis. Os modelos menores são empregados como máquinas de estágio único.o pistilo ou pilão é constituído por uma camisa que gira livremente no seu eixo. Abaixo do rotor pode haver uma grade cilíndrica. Alguns modelos são simétricos. o almofariz. A calagem de um moinho de mandíbulas é a abertura estreita e larga. o moinho de rolo simples pode operar com material molhado e pequeno. entre as mandíbulas na boca de saída. Britadores giratórios Modelo e operação O britador giratório consiste em um pilão cônico que oscila no interior de uma cuba cônica maior. e se mantém no valor escolhido pela ação de molas concêntricas poderosas. freqüentemente. Desempenho A taxa de trituração depende da dureza do material e da fração da alimentação que tem as dimensões do produto final. Um dos eixos apóia-se em rolamentos fixos. ambas pesadas. É possível ajustar o tamanho destas dimensões. A distância entre os rolos é ajustável. inclusive com pedra misturada a quantidades de argila ou lama. Desempenho Graças a sua descarga positiva. com a mesma velocidade. Este é acionado por uma suspensão excêntrica inferior. o outro. os britadores giratórios são operados. para que haja distribuição uniforme do desgaste dos marteletes e dos batentes. Britador a martelos Num eixo horizontal estão montados martelos articulados. a ação de trituração ocorre pelo impacto entre eles e batentes fixos (bigornas). O movimento alternado da peça móvel faz com que a abertura varie do estreito ao largo. de modo que a direção de rotação pode ser invertida. e vice-versa. simultaneamente.Desempenho Os moinhos de mandíbulas são usados para o esmagamento primário de materiais duros e usualmente são secundados para outros tipos de moinhos. desde que o custo do peneiramento seja compensado pelo aumento da capacidade. Moinhos a impacto Os moinhos a impacto compreendem as britadeiras a martelos e as giratórias a impactos. na parte de cima e na parte de baixo da passagem. O movimento diferencial que provoca atrito só pode ocorrer quando um pedaço sólido é preso. Os ângulos dos cones fazem com que a largura do espaço entre as duas peças diminua para o fundo das faces de trabalho. graças a diferença de raios nestas duas regiões. Moinhos de rolos Modelos e operação Dois rolos de mesmo diâmetro giram um contra o outro. 15 . em paralelo com uma peneira grossa. Desempenho A galga é útil para triturar materiais semi-duros e moles. compacta e móvel. Britadeiras a impacto com duplo rotor Os dois rotores giram na mesma direção. onde fragmenta-se e cai. ou num circuito fechado. Os moinhos de bolas e seixos são fáceis de operar e tem aplicações versáteis. O efeito da operação baseia-se. A geometria da câmara de moagem promove uma ação em três estágios. O material da alimentação é lançado para cima. que rola num tabuleiro. Os golpes subseqüentes ocorrem nos rotores e chicanas internas. consegue-se uma unidade completa. provenientes de uma etapa anterior no processo de cominuição. numa câmara de expansão. pedra ou cerâmica ou barras de aço. descontinuamente ou em circuito aberto. de modo que a ação cominuidora ou pulverizadora se efetua pela colisão das bolas. contém uma carga de bolas de aço ou de seixos. relativamente ao seu diâmetro. ou dos seixos. Eficiência dos moinhos Os fatores que controlam a eficiência moagem são os seguintes: 16 . com o material que fica entre elas. Uma carcaça de aço cilíndrica. O moinho de seixos é um moinho tubular com seixos de pedra ou cerâmica como elemento de moagem e um revestimento interno de cerâmica ou outro material não – metálico. para operar em qualquer localização. O moinho de pedras é um moinho autógeno em que o elemento de moagem são fragmentos grandes. As mós são feitas de ligas duras. são carregados pelos elementos de moagem: bolas de aço. São características das galgas a elevada razão de redução com baixa potência e manutenção barata. o moinho de barras fornece material mais uniforme e granulado que os demais rotativos. com classificadores. este pode ser estacionário enquanto as mós giram. A variação do tamanho do produto é conseguida pelas modificações na velocidade do rotor e na posição das chicanas. Produtos mais finos podem ser obtidos com a galga trabalhando em circuito fechado com uma peneira vibratória. de grande capacidade e eficiência. O moinho tubular é em geral comprido. que pode ser revestida de aço ou material pétreo. Galgas Modelos e operação A galga é constituída por uma ou mais de uma mó. o conjunto gira em torno de um eixo horizontal. portanto. de seixos. colocados em posições apropriadas dirigem o material para baixo das mós. O moinho de bolas distingue-se do tubular por ter pequeno comprimento. Os moinhos podem operar a seco e a úmido. Moinhos com tambor rotativo Os moinhos de bolas. Adaptando-se uma peneira a uma montagem portável. tubulares e em seções tem uma carcaça ou tambor cilíndrico que gira num eixo horizontal. raspadores e pescadores em ferro. ou estas podem rolar arrastadas pelo movimento girante do tabuleiro. A ação cominuidora pode ocorrer no impacto com esta barra ou na colisão com as paredes da máquina. de barras.Rotores britadores O rotor é um cilindro a que está fixa uma barra rígida de aço. na quebra pelo impacto e não depende da ação de esmagamento ou de moagem por atrito entre martelos giratórios e batentes fixos. Os moinhos com agitação utilizam elementos cominuidores de ¼ de polegada ou menos. tem um lento movimento de rotação. o rotor no todo ou em parte. agita o meio de moagem a velocidade de 100 a 150rpm. mas os com agitação limitam-se a moagem a úmido. Uma peneira ou grade cilíndrica envolve.  As cargas circulantes mais elevadas tendem a aumentar a produção e a diminuir a quantidade de material fino não desejado. GRANULOMETRIA Um pré – requisito essencial para uma análise granulométrica correta é a realização de uma amostragem conveniente do material. O eixo rotor pode ser vertical ou horizontal. O eixo suporta os martelos que podem ser em forma de T.  O máximo de capacidade se consegue com uma carga de bolas igual a 50% do volume do moinho. A granulação do produto pode ser alterada. ou uma armadura rotora. Os métodos de amostragem são. e que servem para desagregar as partículas. No segundo. assim como o desgaste do revestimento interno e das bolas. isto é. A velocidade do moinho afeta a capacidade. Moinhos de rolos e anel Os moinhos de rolos e anel são equipados com roletes que operam em conjunção com uma anel de moagem. O rotor gira numa armação que contém as placas de moagem ou batentes. é comunicado a uma armadura ou a uma carcaça. ou da taxa de alimentação.  A descarga em nível baixo. da grade e do meio de moagem. Os moinhos vibratórios podem operar a seco. estribos. A folga entre os batentes e o rotor é importante para a granulometria do produto. em geral. ou da folga entre os martelos e os batentes. geralmente tendo a última posição. a freqüência até 1800rpm. numa razão de proporcionalidade direta até 85% da velocidade crítica. ou por intermédio de grades. comumente. Moinhos de dispersão e coloidais Os moinhos coloidais são empregados para dispersão ou para emulsificação e classificam-se em quatro grupos principais: o de martelo ou turbina. muitas 17 . o de disco áspero e o de válvula e orifícios. mas eleva o desgaste do revestimento. os vibratórios empregam elementos maiores. Moinhos de bolas não – rotatórios Incluem os tipos com agitação e vibratórios. seja pela modificação da velocidade do rotor. os discos fixos ao eixo. A ação cominuidora ocorre entre as superfícies dos elementos ativos. O princípio da ação está na criação de uma corrente fluida a elevada velocidade mediante esforços de deformação muito grandes da massa líquida. uma roda de palhetas. para uma mesma dissipação de potência. o de disco liso. o anel e os roletes. O meio de moagem oscila em um ou mais planos e. No primeiro. seja pela modificação do número e do tipo de martelos e do diâmetro da boca de saída.  A máxima eficiência é a das bolas com tamanho mínimo capaz de moer a alimentação grossa. barras ou anéis fixos ou articulados. um movimento excêntrico. Moinhos de martelos Os moinhos de martelos para pulverizar e desintegrar são operados em velocidades altas. aumenta a capacidade de moagem em relação a descarga central ou de transbordamento.  Métodos de sedimentação.  Redução do aglomeração das partículas.  Métodos de centrifugação. AGITAÇÃO E MISTURA Agitação: refere-se ao movimento induzido de um material em forma determinada.  Métodos de fotossedimentação.  Métodos baseados na balança de sedimentação. densidade.  Dispersar um gás num líquido (aeração). Equipamentos para mistura Os sistemas de mistura apresentam em comum:  Líquido a se misturado (agitado). Objetivos:  Misturar líquidos imiscíveis.  Promoção de transferência de calor. Existem diversos métodos de analise granulométrica entre eles podemos citar:  Métodos microscópicos.  Promoção de transferência de massa. dentro de um recipiente. miscibilidade.  Métodos de escoamento  Determinação das áreas superficiais por adsorção de gás.  Acelerar reações químicas.  Do sólido: tamanho. 18 . rugosidade e molhabilidade. Os dois maiores problemas nos métodos microscópicos de analise são a obtenção de um número suficiente de dados para assegurar a precisão adequada nos parâmetros calculados e a eliminação de variáveis devidas ao operador e que influenciam os resultados.  Equipamento mecânico que gera a turbulência.  Dispersão de líquidos imiscíveis.  Aquecimento e resfriamento das soluções. Propriedades que influenciam na mistura  Do fluido: viscosidade. geralmente.  Técnicas de permeabilidade.vezes.  Vaso que contém o líquido.  Método da pipeta. ineficientes diante da falta de conhecimento sobre a operação e sobre os dispositivos de amostragem.  Método areométrico.  Analise granulométrica por peneiramento em diferente malhas. forma.  Difratometria de raios X. Mistura: movimento aleatório de duas ou mais fases inicialmente separadas.  Obter materiais com propriedades diferentes daquelas do material originário. densidade. Exemplos: hélices.  Componente tangencial: atua na direção tangente a haste. Dos dificultores. a) Batelada  Usados para materiais viscosos. Exemplos: turbina. sólidos. Este fluxo é perpendicular a parede do tanque. Classificação dos impulsores  Escoamento axial São aqueles cujas pás fazem um ângulo menor que 90o com plano de rotação do impulsor. Das características do fluido. Responsável pela formação do vórtice. grade. A velocidade do fluido num tanque agitado apresenta três componentes:  Componente radial: atua na direção perpendicular ao eixo da haste. Do impulsor utilizado.  Ponto de amostragem.  Componente longitudinal: atua na direção paralela ao eixo. São pontos  19 . Deve ser evitada. Escoamento radial Tem suas pás paralelas ao eixo de rotação.  Dificultores (opcional).  Redutor de velocidade.  Motor. b) contínuos  Para gases. âncora. líquidos de baixa viscosidade e suspensões. turbinas de pás inclinadas.  Facilidade e rapidez de descarga e limpeza.  Tempo para obtenção do resultado desejado. Os componentes para a agitação de líquidos são:  Vaso: fundo arredondado (evita ponto sem mistura). plásticos e importantes.Mistura de líquidos Líquido é qualquer solução ou suspensão bombeável. pás.  Haste ou impulsor.  Consumo de energia.  Termômetro (opcional). Escoamento de fluido      O tipo de escoamento depende: Do tipo de lâmina utilizada. Do tamanho do tanque.  Geralmente ocorre para líquidos de baixa viscosidade (com agitação central).  Pressão: pelo movimento das paredes que retém o sólido. frutas e grãos já esgotados. com a retenção do sólido na superfície de compressão.  Finalidade: separar o líquido retido em sólidos não bombeáveis (comparado com filtração). EXTRAÇÃO PRENSAGEM  Separação de líquido em sistema de duas fases.  A natureza e a preparação do produto tem influência sobre o equipamento utilizado. Efeito da velocidade e rendimento de extração Preparação da matéria-prima: Operações de preparação.  Prensa de discos contínua: para a remoção mecânica de polpas vegetais. separação da fibra da cana-de-açúcar. mecânicas ou térmicas: moagem de sementes oleaginosas. a) Dois rolos: extração sem maceração b) Três rolos: extração com maceração.  Afastados da parede para líquidos de viscosidade moderada. sólida e líquida. com adição de água nos estágios finais: lixiviação (extração sólido-líquido). Dificultores  Próximos a parede para líquidos de baixa viscosidade.  Geralmente são usados quatro dificultores com largura 1/10 – 1/12 do diâmetro do tanque para soluções de baixa viscosidade.  Inclinar o agitador em 15o em relação ao centro do tanque. devido a componente tangencial da velocidade do fluido. trituração da polpa de maçã. Exemplo: extração de caldo de cana-de-açúcar: de quatro a sete moendas. permitindo o escape de líquido. Dois discos rotatórios não paralelos que exercem pressão até 180 lbf/in2.  Colocar o agitador na horizontal. 20 .  Afastados da parede e inclinados para líquidos de alta viscosidade. etc.Formação do vórtice  Produzido pela ação da força centrifuga que age no líquido em rotação. lisos ou com ranhuras. Maneiras de evitar o vórtice:  Descentralizar o agitador.  Usar dificultores. por compressão. Extração:  Prensa de cilindros (moinho de rolos): o produto passa entre cilindros metálicos. c) Separação de líquido de materiais lodosos (indústria química). lixo. Tipos de prensas  Descontínuas: a) Prensas de pratos: equipamento simples que consiste de duas placas paralelas horizontais entre as quais se acondiciona o produto a tratar.: formadas por uma carcaça cilíndrica de malha perfurada ou barras metálicas. EXTRAÇÃO LÍQUIDO – LÍQUIDO (ELL) 21 . Pressão e tempo  Rendimento máximo (y∞) aumenta com o aumento da pressão: y∞ = k Pn Onde k e n são constantes que dependem da natureza do material e das condições de prensagem.  Espessura: O tempo de operação é proporcional ao quadrado da espessura da camada de sólidos. A rotação do equipamento permite a evacuação dos sólidos. b) Desidratação de materiais como polpa de papel. b) Prensagem da azeitona. b) Prensas de membranas.Objetivo: redução do tamanho das partículas e facilitar a extração da fase líquida com a alteração dos tecidos e paredes celulares. Assim. os fatores importantes das operações preparatórias são. etc. Emprego das prensas contínuas a) Óleos vegetais e animais. O produto é introduzido no centro da prensa e o aumento progressivo da pressão proporciona bons rendimentos de extração e a obtenção de produtos de qualidade. estrume. borracha sintética. c) A pressão máxima pode ser ajustada variando-se as dimensões dos orifícios de saída do sólido prensado. plástico. coco e frutos semelhantes.  Contínuas: a) Prensa de rosca contínua: uma ou duas roscas cônicas prensam o produto contras as paredes do equipamento (malha perfurada). de bolsas. o tamanho das partículas obtidas e o grau de alteração dos tecidos. b) A pressão aumenta progressivamente no sentido do avanço do sólido. Emprego das prensas descontínuas (prensa cilíndrica a pistão) a) Indústria de chocolate: moagem da polpa de cacau – câmaras de prensagem com pressão de aproximadamente 600 lbf/in2. 22 . ELL: emprego  ELL: empregada para separar materiais com pontos de ebulição similares.  Inverso: branqueamento de batatas com objetivo de reduzir parcialmente os açúcares de modo a limitar as reações de Maillard. Contato entre sólido e líquido: transferência de massa por difusão. EXTRAÇÃO SÓLIDO – LÍQUIDO (ESL)  Extração com solvente: operação de transferência de massa destinada a separar os componentes solúveis de um substrato sólido.  Fase insolúvel: resíduo. lixiviação ou lavagem.  Recuperação do solvente ou soluto: solvente e soluto (natureza tal que possam ser separados por destilação ou outro processo de separação).  Sólido finamente dividido.  Exemplos: ácidos graxos (alto peso molecular).  Seleção entre operações depende dos custos do processo.  Separação da mistura entre a fase líquida solução (refinado ou rafinado) e a fase líquida solvente (extrato). ELL – equipamentos Classes de equipamentos (ELL): batelada ou contínua:  Vasos com agitação mecânica. separados por óleos vegetais como propano líquido (solvente).  Alternativa a separação por destilação ou evaporação. ESL – objetivos  Fase nobre: extrato. providos de misturadores. separação de penicilina de misturas de formação (altamente complexas).  Vasos com mistura devido ao escoamento das correntes de fluido.  Eliminação de componentes indesejáveis: lipoproteínas amargas da soja ou da cafeína do chá ou café.  Soluto recuperado da solução (processo adicional de separação: destilação).  ELL: separação: certos componentes são mais rapidamente dissolvidos no solvente do que outros (baseada nas diferenças de estrutura química soluto – solvente). ou misturas com componentes sensíveis à temperatura. que tem custo elevado. ou por destilação em alto vácuo. ELL – etapas de extração  Mistura ou contato íntimo do solvente com a solução a ser tratada: a) Transferência do soluto da solução para a fase solvente.  Percolação. ELL: operação de transferência de massa na qual uma solução líquida de alimentação entra em contato com uma corrente de solvente imiscível que extrai um componente desejável na alimentação. mediante sua difusão em um solvente.  Dissolução seletiva de partes solúveis do sólido (solventes apropriados).  Separação de misturas líquidas: destilação (diferenças de volatilidade) ou ELL.  Natureza do sólido (exemplo: células de plantas ou matriz insolúvel). ESL – mecanismos Variam com a natureza do produto tratado.  Período de difusão. b) Extração de um componente (açúcar) ou fração (extrato de proteínas).Exemplo: extração de óleo de sementes. de acordo com a natureza do produto). a) Interna: no interior da fase sólida. do numero de 23 . C’ = concentração de soluto na fase líquida. obtém-se volume do extrato. a concentração do componente no extrato e extrato seco total. café).  Seletividade: teor de compostos específicos em relação ao extrato seco total: a) Extração de componentes indesejáveis (exemplos: cervejarias.  Do tamanho da partícula.  Lavagem: parte do soluto (células danificadas) é extraída diretamente (de 10 a 20%. A = área superficial (de troca) da fase sólida. ESL – preparação do sólido Materiais orgânicos e inorgânicos depende de:  Teor de componentes solúveis. A (C – C’) Onde: m = fluxo mássico.  Fase inicial. a) Correntes de dissolução: passagem de soluto através dos poros.  Sorção do solvente: penetração do solvente na fase sólida (força osmótica. C2 = na saída e ∆ Cm = diferença média logarítmica das concentrações entre extrato e fase sólida.  Dissolução: solubilização de componentes solúveis.  Transporte da mistura soluto – solvente. k = coeficiente global de transferência de massa.k .  Concentração de extrato: os custos de secagem são tanto mais elevados quanto maior for a diluição do extrato antes da secagem. conteúdo no componente desejado e extrato seco solúvel. b) Externa: através da camada limite que envolve as partículas sólidas.  Sua distribuição no sólido original. Soluto abandona a superfície externa da camada limite por convecção: m = dm/dt = . de capilaridade e de solvatação dos íons das células). ESL – variáveis  Vazão: massa de extrato por unidade de tempo a) Extração contínua: quantificar a facilidade de extração através unidades de transferência (NUT): NUT = (C1 – C2) / ∆ Cm Onde C1 = concentração de soluto na fase sólida na entrada.  Rendimento (massa de extrato seco em relação a massa de sólido inicial) a) Determinar rendimento: com massa de material tratado. C = concentração de soluto na fase sólida. especialmente no processamento de produtos naturais como alimentos. b) Relações de balanço de massa.  Estágio de equilíbrio: líquido (sólido) mesma composição do extrato. c) Soluto dissolve no solvente. b) Contracorrente.Materiais animais e vegetais: normalmente o material solúvel se encontra no interior das células e a taxa de extração e comparativamente reduzida. tricloetileno: bons rendimentos e baixa seletividade). pois. b) Limite de granulometria: redução da permeabilidade ao solvente. c) Concentração de soluto na fase solvente é igual à concentração de soluto no solvente que fica aderido ao sólido. c) Estágios ou contato contínuo. b) Tempo de contato é suficiente: equilíbrio obtido no primeiro estágio. b) Aumento do pH melhora o rendimento. inflamável. as paredes celulares produzem resistência a difusão. 24 . b) Solvente penetra ou difundi no interior do sólido. ESL – tipos de extratores  Batelada ou semi-batelada (estado não estacionário)  Contínuo (estado estacionário): a) Correntes paralelas: estágios ou contato contínuo.  Técnicas: pulverização do líquido no sólido e completa imersão do sólido. ESL – efeito das variáveis de processo  Natureza do solvente: a) Solvente mais adequado e mais empregado (alimentos): água.  pH do meio (interfere na dissolução de solúveis): a) Proteínas (polaridade): solubilizam (pH longe do ponto isoelétrico 4 – 5). reduzindo a extração em fluido estagnado. e) A mistura é transferida para o seio do fluido. ESL – procedimento de cálculo  Processos de ESL em estágio simples e contracorrente: a) Equação de linha de operação. aumentando a transferência de massa.  Tamanho e forma das partículas: a) Sólidos finamente divididos: aumento da área superficial e maior área de contato entre as fases.  Etapas de extração: a) Solvente é transferido do seio da solução para a superfície do sólido. aumentando assim as taxas de extração. d) A mistura difunde para a superfície da partícula. c) Relações de equilíbrio entre as duas fases correntes. dificuldades e custos em manuseá-lo. b) Substâncias graxas: insolúveis em água.  Temperatura: a) Altas temperaturas: aumento da solubilidade. com correntes preferenciais.  Relações de equilíbrio: a) Sólido (livre de soluto): insolúvel no solvente (é suficiente).  Seleção do equipamento: forma sólido. c) Indústrias de óleos: solventes orgânicos (hexano: baixo custo. b) Efeito da temperatura é complexo. baixa viscosidade e alta difusividade. Energia  Transferência de energia: produz o trabalho de separação. ou seja.  Pequenos volumes e/ou plantas multipropósito.DESTILAÇÃO Definição Processo no qual uma mistura líquida ou vapor. Operação:  Vaporização: líquido puro ou mistura.  Destilação separa substâncias químicas pela diferença de volatilidade.  Tipos clássicos de destilação (modo de processo): a) Contínua e batelada.  Categorias: fracionamento (destilação). sem o retorno deste líquido ao refervedor.  Retorno de parte do condensado à coluna de destilação (refervedor). absorção. c) Redução: sem condensador (corrente externa: separar líquido) d) Contato: sem refervedor e sem condensador (contracorrente: condições geradas fora da coluna). com a posterior condensação do vapor. para novamente entrar em contato com o vapor descendente (emprego de refluxo).  Imediata condensação do vapor produzido  Contato entre as fases líquida e vapor. Destilação em batelada  Quantidades de entrada e saída não são as mesmas todo o tempo. exemplo: fabricação de aguardente. b) Absorção: sem condensador (separação: corrente externa para absorver material do vapor). de dois ou mais componentes é separada em frações de seus componentes.  Grandes volumes. através da aplicação ou remoção de calor.  Fluxo de calor: ajuste das condições da fonte de calor e retirada de calor. sem utilização do condensado na continuidade do processo. b) Multicomponente (separação de misturas: refino do petróleo).  Estado estacionário: as quantidades e produto devem ser iguais e constantes.  Composição do sistema: a) Destilação binária (água e álcool). com a pureza desejada.  Transferência de massa entre as fases: condensado: mais voláteis e resíduo: menos voláteis. Métodos fundamentais A destilação realizada na prática segundo dois métodos fundamentais:  Produção de vapor mediante a ebulição da mistura líquida que se deseja separar. Destilação contínua  Processo com alimentação e retirada de produto ao mesmo tempo. redução e contato: a) Fracionamento: com refervedor e condensador. 25 .  Refluxador: recicla o vapor condensado (líquido) de volta a coluna. podemos escolher o solvente para melhorar a separação.  Indústria de petróleo: refino de petróleo (óleo cru): gasolina.  Internos da coluna (pratos/bandeja ou recheio): aumentar o contato.  Destilação é aplicável quando todos os componentes estão presentes em ambas as fases. c) Alimentação extra: auxiliar de separação: destilação extrativa: aparece no produto de fundo e destilação azeotrópica: aparece no produto de topo.  Fase líquida: ocorre por vaporização (líquido no ponto bolha). com a finalidade de transferir energia ou enriquecer a transferência de massa.  Indústrias químicas (exemplo: propileno e metanol). como água e álcool. para efetivar a separação. Emprego  Separação de líquidos miscíveis: a) Destilação binária: somente sois compostos. Desvantagens  Na absorção (ou similar).  Fase vapor: ocorre por condensação (vapor no ponto de orvalho) Tipos de coluna de destilação  Batelada: alimentação e operação em batelada. d) Tipos de internos: coluna de pratos e coluna de recheio. Tipos de colunas contínuas: a) Natureza da alimentação: binária e multicomponente.  Contínua: corrente de alimentação contínua (mais comum). Equipamentos básicos Colunas de destilação são formadas por vários componentes (equipamentos).  Refervedor: resfria e condensa o vapor do topo da coluna. Na destilação não existe esta opção.  Variação da composição entre fases não é grande (componentes quimicamente semelhantes: torna inviável).Vantagens  Não é necessária a adição de qualquer substância a mistura original.  Combinação de operações: separação de soluto – solvente (exemplo: óleo comestível/hexano). asfalto. b) Destilação multicomponente: separação de misturas (petróleo). Transferência de massa  Separação de componentes de uma mistura (solução): depende da distribuição das substâncias entre as fases líquida e gasosa. b) Numero de produtos: mais de uma corrente de produto. óleos lubrificantes. Principais componentes:  Coluna vertical: onde ocorre a separação dos componentes. 26 .  Maior contato entre líquido e vapor – maior separação e eficiência: a) Menos bandejas são necessárias para mesmo grau de separação.Desing de bandeja  Bandeja (mini coluna): com um estagio de equilíbrio e contribuindo para a separação. b) Menor gasto energético.  Boas características de molhabilidade. b) Distribuição de vapor na bandeja. Tipos de recheio     Pratos Contato efetivo entre as fases (repetida mistura e separação) Podem operar com maiores cargas de líquido Limpeza mais fácil Colunas de contato em estágios       Recheio Formação de canais de retromisturação Menor perda de carga (mais importante para vácuo) Menor retenção de líquido Mais econômicas para líquidos corrosivos (recheio resistente) Pequeno diâmetro e mais baratas do que as de pratos de mesma dimensão Colunas de contato contínuo Princípios da destilação  Separação de componentes de uma mistura líquida (destilação) depende das diferenças nos pontos de ebulição dos componentes individuais.  Dependendo da concentração dos componentes presentes.  Pequena densidade (peso da coluna: sustentação).  Resistente a corrosão.  Grande volume de vazios (permitir o escoamento das fases e evitar perda de carga excessiva). c) Menor custo de construção. cuja eficiência depende do desing da mesma  Desing: devem ser considerados os seguintes fatores: a) Distribuição de líquido na bandeja. a mistura líquida vai apresentar diferentes pontos de ebulição característicos. Colunas empacotadas: recheio Muitos materiais são empregados como recheio.  Baixo custo. servem para aumentar a área interfacial de contato entre vapor e líquido.  Destilação depende da pressão de vapor característica da mistura. Características  Grande área molhada superficial (contato entre fases). 27 .  Número de bandejas: quanto maior o número maior o grau de separação. Métodos de destilação  Convencional a) Destilação simples: sem refluxo (processo em batelada). que emprega gases pressurizados como solventes e vem sendo utilizada com muito sucesso para a obtenção de produtos de grande interesse para os setores alimentícios. químicos e farmacêuticos. Fatores que afetam as condições de operação  Condições de alimentação: a) Estado da alimentação. f) Destilação extrativa: misturas difíceis de separar (altera a volatilidade relativa) g) Sublimação: vaporização direta de sólido (sem passar para fase líquida).  Condições de escoamento: a) Formação de espuma (expansão do líquido pela passagem do gás) b) Vazamento. Diferença nas composições do líquido e vapor é a base para a destilação. Os processos de extração com fluidos supercríticos se destacam em relação aos processos convencionais de extração como extração com solventes orgânicos e arraste de vapor. d) Diâmetro da coluna: velocidade de escoamento do vapor. A facilidade de ebulição depende da volatilidade. Diagrama (P = cte): variação da composição do líquido com a temperatura. Ponto de bolha: é a temperatura na qual o líquido começa a ebulir. d) Destilação a vapor: misturas de alto Tb de impurezas não voláteis. b) Condensação parcial da alimentação vapor.  Condições ambientes. Ponto de orvalho: temperatura na qual o vapor saturado condensa. como 28 . b) Composição da alimentação. b) Destilação fracionada ou retificação: com refluxo. baixo consumo de solvente podendo o mesmo ser recuperado e reutilizado no processo. Alta volatilidade (pressão de vapor): ebulição em baixas temperaturas. e) Destilação azeotrópica: solvente líquido para alterar composição do azeotrópo.  Estado dos pratos (recheio). Volatilidade relativa: media da diferença de volatilidade de dois componentes (pontos de ebulição). EXTRAÇÃO SUPERCRÍTICA A extração supercrítica (ESC) é uma técnica de extração moderna. empregar como solvente substâncias não-teóricas. Tipos especiais de destilação a) Destilação flash: vaporização parcial do líquido (alimentação). c) Destilação a vácuo: mistura de alto ponto de ebulição que decompõe abaixo Tb. principalmente por apresentar características importantes como: ser uma tecnologia limpa que não deixa resíduo ao soluto. c) Inundação (escoamento de vapor excessivo: retenção do líquido). É uma tecnologia que se destaca pela rapidez do seu processo de extração. c) Elementos em traços: afetam a extração líquido – vapor da mistura.  Batelada: correntes de produto destilado e refluxo  Contínua: correntes de destilado e refluxo no topo e fundo.        Pressão de vapor está relacionada com ponto de ebulição do líquido.  Complexos: vários componentes absorvidos pela fase líquida e que parte do absorvente (fase líquida) se vaporiza. a existência de compostos termolábeis influencia nas condições de extração. d) Os efeitos térmicos na absorção são devidos ao calor de solução do gás absorvido (destilação = calores de vaporização e de condensação). Aliado ao emprego de baixas temperaturas esta operação ocorre mais rápida e mais seletiva devido as propriedades de transporte favoráveis destes fluidos.  Em paralelo. Considerações gerais  Equipamentos de absorção: a) Absorvente líquido: abaixo de seu ponto de bolha. A extração de compostos solúveis da matéria-prima ocorre na seguinte seqüência:  A matriz sólida absorve o solvente supercrítico. os compostos extraíveis são dissolvidos pelo solvente. c) Mais simples: envolvem duas fases e dois componentes. e) Efeitos térmicos muito pequenos (operações isotérmicas) 29 . b) Resfriamento e recuperação de água (de processos industriais). c) A fase líquida e gasosa não contém os mesmos componentes.  Esses compostos passam então para a superfície externa. b) Fase gasosa: muito acima de seu ponto de orvalho.dióxido de carbono. que controlam a densidade do solvente.  Os compostos dissolvidos são transferidos por difusão para a superfície do sólido. podendo ocorrer neste local mudança de fase. produzindo uma solução destes. Além disso. Tipos de operação:  Umidificação: fases líquidas (água pura) e fase gasosa (ar puro): a) Controle de umidade de ambientes.  Simples: absorvente líquido não se vaporiza e o gás contém somente em constituinte solúvel. A seletividade pode ser determinada através de variáveis de temperatura e pressão. e) Câmara de nebulização: líquido disperso sobre corrente de gás. quando se trata de produtos naturais. ABSORÇÃO:  Mistura gasosa em contato com líquido com a finalidade de dissolver um ou mais componentes do gás. dilatando a estrutura da célula.  Remoção ou recuperação de soluto: a separação de solutos entre si requer operações de fracionamento como a destilação fracionada.  Os compostos são transportados pelo solvente supercrítico e em seguida removida do extrator. d) Emprego de ar com baixa umidade.  Ocorre a transferência de massa dos componentes da fase gasosa para a fase líquida (líquido não volátil). o que promove uma diminuição na resistência à transferência de massa. e a não alteração das propriedades das matérias-primas durante a extração.  Liquido separado (alta temperatura e pressão): contato com um agente de separação mássico (ASM) chamado vapor de esgotamento.  Fases envolvidas: um fluido (gás ou líquido) e um sólido. confinadas à superfície dos microporos que permeiam a estrutura sólida.  Gás solúvel é transferido do liquido para a fase gasosa (a concentração no líquido é maior do que a concentração de equilíbrio com o gás). a) Adsorção: moléculas estão regularmente distribuídas. c) Incógnitas: quantidade de líquido absorvente e sua concentração na saída. b) Absorção: moléculas misturadas uniformemente. maior tempo de contato entre as fases e maior altura da torre = maior custo. onde o soluto presente no fluido fica retido em conseqüência de interações microscópicas com as partículas do sólido.  Operação inversa da absorção. e) Custos de absorção: empregar a maior quantidade de líquido: implica em uma maior concentração de saída.  Adsorção # absorção: homogeneidade da fase (moléculas transferidas). Exemplo: extração de amônia de uma solução líquida através do borbulhamento de um gás na solução. com a transferência de massa ocorrendo da fase líquida para a gasosa. mas. fermentação aeróbica de lodos de esgotos (absorção de ar). b) Composição do líquido na entrada da torre.  Os constituintes se distribuem diferentemente em cada fase. como conseqüência teremos uma maior dificuldade de absorção. d) Viscosidade: solventes com baixa viscosidade = altas taxas de absorção.Exemplos de absorção: produção de ácido clorídrico (absorção em água).  Separação: depende de fatores como: a) Solubilidade do gás: deve ser alta. Seleção do solvente para absorção:  Produção: solvente depende da natureza do produto. reduzem a perda de carga na coluna e conferem boas características de transferência de calor. DESSORÇÃO: Separação de um gás absorvido em um líquido por meio de outro gás (não solúvel no líquido). b) Solventes com natureza química similar ao soluto = boa solubilidade. altas taxas de absorção e baixa quantidade de solvente.  ASM elimina a necessidade de vaporizar o líquido na base da coluna (importante = líquidos termicamente instáveis). ADSORÇÃO  Processo de separação que implica na existência de duas fases. 30 . c) Volatilidade: o solvente deve ter baixa pressão de vapor para facilitar a separação da mistura soluto – solvente. carbonatação de bebidas (absorção de CO2).  Cálculos (conhecido): a) Quantidade de gás a tratar e composição do gás na entrada e saída. c) Tamanho dos poros: uma a quatro ordens de grandeza maiores do que as moléculas = adsorção não é homogênea.  Processo reversível: modificação de pressão ou temperatura pode provocar a remoção do soluto adsorvido no sólido.  Carvão ativado: adsorvente (tratamento de efluentes): origem – carvão betuminoso e lenhite (granular). oxidação química. Adsorção física  As forças de Van der Waals são fracas e têm alta reversibilidade. tratamento ácido ou alcalino. b) Volume dos poros  Estrutura do poro: limita as dimensões das molecular adsorvidas.  Capacidade de adsorção: eficiência do carvão na remoção de contaminantes.  Adsorção: baixa a moderada energia de impacto entre moléculas: a) Alto impacto: pode transferir a partícula para o interior do sólido. Principais diferenças entre adsorção física e química Parâmetros Adsorvente Adsorvido Adsorção física Todos os sólidos Todos os gases abaixo da Adsorção química Alguns sólidos Todos os gases 31 . Empregos  Remoção de compostos orgânicos presentes em muitos efluentes industriais.  A temperatura auxilia o processo – alta energia de ativação.  Área superficial: limita a quantidade de material que pode ser adsorvido. as moléculas adsorvidas (sobre a superfície) são mantidas por forças que provem da superfície: a) Forças físicas. Fenômeno de adsorção  Na direção à superfície sólida.  Quanto menor a temperatura maior a quantidade adsorvida.  O calor liberado é da ordem de 0 a 5 kcal/gmol (condensação). b) Forças químicas.Operações de adsorção  Fenômeno físico (depende): a) Área superficial do sólido. extração supercrítica.  Propriedades do carvão: influenciam na escolha para determinada operação. Regeneração do carvão ativado  Objetivo: remoção do material adsorvido nos poros do carvão.  Limitado o número de moléculas (adsorvidas: uma camada). Adsorção química  Ocorre por forças que conduzem as ligações eletrostáticas ou que envolvam partilha de elétrons.  Tratamento de efluentes com metais pesados (eficiente).  As moléculas são atraídas para todos os pontos da superfície. extração com solvente.  O calor liberado é da ordem de 5 a 100 kcal/gmol (reação).  Métodos: via térmica (vapor).  Equilíbrio entre a superfície sólida e moléculas do gás: rapidamente alcançado. desde que os poros apresentem dimensão conveniente para a adsorção. Obs.  Equipamentos industriais: grandes áreas filtrantes em pouco espaço.  Dimensão e forma da partícula sólida (distribuição granulométrica. densa.Temperatura Calor de adsorção Taxa de adsorção Cobertura Reversibilidade Importância FILTRAÇÃO temperatura crítica Baixa temperatura Baixo Muito rápida Varias camadas Alta Determinação da área de superfície e tamanho do poro Alta temperatura Alto Não ativado – pequena Ativado – grande Monocamada Baixa Determinação da área de centro ativo  Considerando somente separação somente sólido-líquido de uma suspensão  Partículas sólidas são separadas ou fracionadas: a) em função do seu tamanho. do capital e da energia. densidade e reatividade química do fluido).  A classificação total (até branqueamento) de produtos líquidos contendo poucos sólidos. 32 .  Quantidade de material a ser filtrado.  Custos relativos da mão-de-obra. b) diminuir a resistência ao escoamento.  Concentração das partículas na alimentação. Filtros de profundidade Desvantagens:  Poros fibrosos. prensagem e campo especifico da filtração. centrifugação.: a filtração compete com a decantação.  Microorganismos capturados numa matriz de filtro crescem e contaminam o filtro. floculação e deformação).  Partículas maiores que o tamanho dos poros são retidos (superfície e interior)  Filtração industrial: diferente da filtração em laboratório : a) volume de material filtrado.  A eliminação total do liquido de uma lama ou de uma suspensão altamente viscosa.  Grau de separação que se deseja obter.  Separação de sólidos relativamente puros de suspensões diluídas. b) em função da forma da partícula. para aumentar o fluxo permeável. Seleção do equipamento  Conhecer uma mistura (viscosidade. b) necessidade de baixo custo.  Para alta produção o uso de filtros de dimensões moderadas a) aumentar a queda de pressão.  Não-contínua. pressão. Desvantagens:  Pouca capacidade de carga de partículas. 33 .  Poros do filtro tortuosos e irregulares (diâmetro pode ser maior do que as partículas). não podendo penetrar no filtro. com tamanho dos poros controlado durante a fabricação. Combinando filtros de profundidade e superfície  Purificar um fluido: combinar ambos os fluidos. Cristais: precipitado gelatinoso. Tipos de filtros Fatores para especificar um filtro:  Associados com a suspensão a filtrar: vazão. granulometria. gesso. granulometria. etc. etc.  Filtros de profundidade: pré-filtros para remover a maioria das partículas e microorganismos e para prolongar a vida do filtro de membrana. Características dos filtros  Suporte do meio filtrante: força propulsora: peso. carvão. clarificação). resistência ao escoamento (da torta): depende da compressibilidade do material.  Retenção de partículas limitada a superfície do filtro.  Auxiliar de filtração: terra. uniforme e contínua. Filtros de superfície Retém as partículas na superfície (como peneiras). etc. compressibilidade.  Pré-revestimento: cobertura do filtro com material inerte para reter sólidos contaminantes. de material polimérico. Umidade e nutrientes: geração de microorganismos na matriz até passarem ao fluxo.  Filtro de membrana: filtro final (filtração de partículas acima do tamanho de poros calculados).  Tamanho dos poros definido: limita a passagem de partículas maiores. Vantagens:  Sem migração de meios: estrutura do material do filtro.  Torta (bolo de filtração): características dependendo da natureza do sólido. suspensão. areia fina. vácuo. temperatura. tipo de concentração. Possuem estrutura rígida. propriedades físicoquímicas. é um fenômeno de superfície.  Características da torta: quantidade.  Crescimento de microorganismos não é problema: os organismos são maiores que os poros. heterogeneidade e forma das partículas. polpa de celulose. pureza desejada. retém pouco liquido e ideais para retenção quantitativa de partículas (esterilização de fluidos.  Obstrui rapidamente em situações de grandes quantidades de partículas. Filtros de membranas Extremamente finos. o que requer uma grande superfície filtrante. concentração de leite.  Alta qualidade do produto final. Pressão osmótica depende da massa molecular (quanto maior a molécula menor será a pressão osmótica) e da concentração. Filtros de membranas: mercado mundial para processo com membranas:  Osmose inversa: pressão de trabalho alta (bom fluxo). soro. Aplicação industrial:  Osmose inversa: purificação de água.  Nanofiltração: feitos em nylon.  Tubulares. pressão de vapor e grau de clarificação desejado. retém cerca de 95% de cloreto de sódio da água do mar.  Separação de gases.: retém tudo. As membranas de pervaporação são usadas para a separação e sucos aromáticos e nas cervejarias (álcool).  Diálise: concentração. Tipos de filtros:  Filtros prensa.  Microfiltração: polietileno sob pressão.  Eletrodiálise: diferença de potencial para metais e sais. viscosidade.  Tempo longo para limpeza e sanitização da unidade. São os mais usados para concentração ou clarificação de soluções. menos água.  Ultrafiltração: sob pressão similar ao filtro prensa.  Redução do numero de etapas nos processos (uma operação). Principais vantagens dos processos de separação por membranas:  Redução significativa do consumo de energia. temperatura.  Industriais.  Filtros mais indicados: satisfaz requisitos de operação e de economicidade. 34 .  Retenção de macromoléculas.  Maior eficiência na separação. Obs.  Possibilidade de automação completa da planta industrial. Grau de eficiência: MF < UF < NF < OI Desvantagens:  O fluxo de permeado ainda é reduzido.  Pervaporação: pressão e diferença de concentração. Associados com o filtrado: fluxo. sob pressão. dessalinização da água do mar. sucos.  Mão-de-obra especializada.  As partículas devem ser inferiores a 500 e superior a 20 micras. gráfica. Após tratamento com reagentes. clarificação de sucos e bebidas. transportando-as até a superfície. através da adsorção a sua superfície. Com a ligação das partículas sólidas nas bolhas. tinturaria.  Mais importante e versátil técnica de processamento mineral – exploração de minérios de baixos teores e jazidas de composições complexas. açucareira. papel. FLOTAÇÃO      É um processo de separação de misturas heterogêneas.  Objetivo: extrair e purificar produtos de interesse econômico. c) Iônicas.  Eletrodiálise: indústria nuclear e separação de metais pesados. Processo  Recomendados para separação de uma grande variedade: a) De espécies. as bolhas de ar terão que ter capacidade para atacar as espécies de interesse. 35 . Explora as diferenças nas características de superfície em um sistema aquoso. laticínios.  Nanofiltração: indústria têxtil. b) Fórmulas moleculares.  Águas residuais de indústrias (têxtil. couro.  Sucesso de flotação: tensoativo ou coletor tem que ser tal que se concentre na interface água – ar e ao mesmo tempo tornar (de forma seletiva) as superfície inativas hidrofóbicas.  Tratamento de resíduo de óleo: separação óleo – água do sistema anterior ao refino de óleo – aumentando a recuperação do processo. Características  O processo deve ser aplicado quando as partículas de interesse estão livres ou liberadas na suspensão. carnes). d) Finas partículas minerais. Ultrafiltração: concentração de proteínas.  A aeração da polpa é a parte mecânica do processo e o meio de transporte das partículas minerais hidrofóbicas da espuma.  Microfiltração: clarificação e estabilização biológica de sucos e bebidas.  Águas de lavanderias.  Drenagem de minas ácidas.  A flotação de minérios é o principal processo aplicado industrialmente em grande escala. Aplicações  Tratamento primário e secundário de efluentes de água e esgoto doméstico.  Utilizada em tratamento de águas residuais. laticínios e farináceos. tratamento de efluentes na indústria têxtil.  Caso precise – associar a moagem como etapa anterior ao processo de flotação. papel. Processo baseado na geração de bolhas de ar (ou gás).  Mistura ar – líquido é liberada a pressão atmosférica na unidade de flotação.  Separação de misturas líquido – líquido.  De partículas de grãos de soja no processo de lixiviação. 36 . SEDIMENTAÇÃO  Gravitacionais ou centrífugas.  De alimentos líquidos.  As partículas dispersas em um fluido são classificadas segundo sua densidade e tamanho. c) Papel de concentração: quando o interesse é a fase minoritária – exemplo: obtenção de proteínas.  Na sedimentação gravitacional.  Na filtração.  A mistura ar – sólidos sobe à superfície.  Sedimentação de cristais de soluções.  A diferença de densidade entre sólidos e a suspensão líquida é o requisito básico para esta operação. os sólidos suspensos e as partículas aderem as bolhas de ar. forma-se pequenas bolhas de ar que são libertadas da solução. provenientes da extração de solvente. Sedimentação gravitacional  Também chamada de decantação.  São operações de transporte de quantidade de movimento. as partículas sólidas são removidas da solução através de um meio filtrante. ou parte dele. Remoção de lamas  Os flocos. Processo de agitação: propiciando maior adsorção das partículas aos reagentes a as bolhas de ar. é pressurizado na presença de ar suficiente para se aproximar da saturação.  Estas operações separam as dispersões (suspensões ou emulsões) em duas fases.  Nesta fase uma nova porção de efluente pode ser repressurizada e reintroduzida na unidade.  A sedimentação pode exercer: a) Papel de separação – exemplo: desnate do leite.  Com a sedimentação obtém-se uma corrente de líquido substancialmente clarificado.  A alimentação apresenta alta concentração de sólidos.  Sedimentação de partículas de alimentos sólidos. Formação de bolhas de ar  O efluente. bloqueia a passagem das partículas sólidas.  O efluente limpo é removido pelo fundo da unidade. Aplicações  Remoção de sólidos de águas residuais – esgoto. que se agregam e tornam-se parte das partículas. onde é removida. as partículas são separadas pela força gravitacional atuando sobre as partículas. b) Papel de clarificação: quando se despreza a fase minoritária e se recupera a majoritária – exemplo: clarificação de suco de frutas. Teoria da sedimentação gravitacional  Para avaliar o processo – conhecimento de aspectos teóricos.  A solução a decantar é deixada em repouso.  Ponto de sedimentação crítico: a) Ocorre quando existir somente uma interface entre o líquido e os sólidos sedimentados.  Curvas de velocidade de sedimentação. Classificação dos decantadores A finalidade da operação:  Clarificação: obter líquido clarificado. c) A compactação dos sólidos ocorre com a expulsão do líquido retido entre os sólidos que migra para a zona límpida. observa-se que as partículas decantam com velocidade proporcional ao seu tamanho. b) Zona de distribuição variável – tamanho e concentração.  2o objetivo: quando a finalidade é a obtenção das partículas removidas. Tipos de decantação  Decantação livre: se as partículas estão distantes da parede do sedimentador e das outras partículas. 37 . de uma solução diluída. Exemplo: recuperação da fase dispersa na ELL. b) Deste ponto em diante o processo continua com baixas velocidades de sedimentação.  Preparação: concentração uniforme em toda a solução e as partículas sólidas são praticamente uniformes. d) Esta fase final é um caso extremo de sedimentação. tornando esta corrente livre das partículas contaminantes. d) Zona de líquido clarificado.  3o objetivo: separar partículas presentes no fluido em diferentes frações de acordo com o tamanho ou densidade.  Estabelecimento das zonas de concentração diferentes: a) Zona de sólidos sedimentados – partículas mais pesadas com maior velocidade. Ensaio  Zona de sedimentação – proveta. As partículas podem ser sólidas ou gotas de líquidos e o fluido pode ser líquido ou gás.  Sedimentação: se o fluido for mais clarificado e a solução estiver muito concentrada.  Inicio: todas as partículas começam a sedimentar e aproximam-se rapidamente de suas velocidades terminais. Finalidade das operações  1o objetivo: remoção das partículas de uma corrente fluida.  Pode ser observada através de ensaios de sólidos de uma suspensão em uma proveta.  Decantação por arraste: se as partículas estiveram aglomeradas a decantação ocorre com baixa velocidade. c) Zona de concentração uniforme. nas instalações industriais. Utilização de coadjuvantes:  Sedimentação natural: sem emprego de floculantes.  Polieletrólitos: polímeros de cadeias longas com grande número de pontos ativos nos quais as partículas sólidas se fixam. Tipos de operação  Em batelada – opera como o exemplo da sedimentação em proveta: a) Tanques cilíndricos com aberturas para a alimentação da suspensão e a retirada do produto. Referências bibliográficas 38 . das pressões necessárias para dar a saturação a 400 ºF. no fundo onde são retirados. aumentar velocidade de sedimentação.  Agentes tensoativos e materiais como amido. Não existe outro material tão adaptável a dupla função de gerar energia elétrica e efetuar aquecimento em processos. o calor latente de vaporização desaparece a 703oF. elevada capacidade de transporte de calor e segurança. sendo uma substancia atóxica. ou seja.  Contínua a) Tanques rasos de grande diâmetro operam com grades que giram lentamente e removem a lama. O processo tipos de operação:  Sedimentação em batelada. baixo custo. SISTEMAS A VAPOR Desempenho O sistema é largamente usado no transporte de calor por fluidos. pressão de vapor elevada e ponto critico baixo. a lama é a fase de interesse (solução concentrada). Tipos de floculadores  Coagulantes: formam flocos gelatinosos que arrastam as partículas menores durante o percurso pelo sedimentação. b) A suspensão é injetada no centro do tanque. Freqüentemente não se dispõem.  Sedimentação forçada: floculantes. Espessamento: obter fase sólida com menor quantidade de líquido possível. c) Depois de período estabelecido – o liquido límpido é retirado e a lama é retirada em aberturas no fundo do tanque. estabilidade. cola e gelatina – arrastam consigo as partículas finas de difícil sedimentação. O vapor de água supera todos os outros fluidos quanto a disponibilidade.  Sedimentação continua. c) Nas bordas existem vertedores – retiram o líquido límpido. É o fluido operante ideal quando a temperatura está na faixa de 200 até 500oF. seus únicos riscos provem das suas limitações básicas. b) O tanque é preenchido com a suspensão e mantido em repouso. Por outro lado. d) As grades raspam o sólido para o centro. Edgard Blucher Ltda. Armando J. volume 2. 2a ed. Técnicas e operações unitárias em química industrial. et al. Munson. Alan. Pombeiro. 1997. Princípios das operações unitárias. Ed. Bruce R.Editora do Professor Gaúcho Ltda. 2a ed. Lisboa. São Paulo. 39 . Darci. Porto Alegre.Fundação Calouste Gulbenkian. Guanabara Dois. Acilio & Luzzatto.. Fundamentos da mecânica dos fluidos. Ed. 1992. Foust.Chemello. L. Mecânica dos fluidos. O. Rio de Janeiro.