7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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PROCESSOS DE ENGENHARIA QUMICA
E BIOLGICA
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQULIBRIO LQUIDO-VAPOR
e
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO/LQUIDO
Me!"#$% I&!e'"#$% e( E&'e&)#"*# B*%+,'*#
P"%. 0%1 A Le%"$% S#&!%
P"%.2 M#"*# $e 34!*(# C R%#
P"%.2 M#"*# C"*!* 3e"&$e
2013/2014
P-5 / A3R-565
A*" L*.! 3e"(e&!#!*%&
P-7 / DS-565
Ce&!"*.8'#!*%&
P-9 / DCDR-565
D%8:+e C%&e D";*&'
S-102
P-< / V-565
B+e&$*&' / S!%"#'e
S-103
S-101
S-104
S-105
S-106
S-108
S-109
S-107
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PROCESSOS DE ENGENHARIA QUMICA
E BIOLGICA
SLIDES DA MATRIA TERICA
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQULIBRIO LQUIDO-VAPOR
Mestr!" I#te$r!" e% E#$e#&r' B'"()$'*
Pr"+, "s. A, Le"#r!" S#t"s
Pr"+/ Mr' !e 01t'% C, R"s
Pr"+/ Mr' Cr'st'# 0er##!es
2013/2014
P-2 3 A0R-242
A'r L'+t 0er%e#tt'"#
P-5 3 DS-242
Ce#tr'+6$t'"#
P-7 3 DCDR-242
D"68(e C"#e Dr9'#$
S-102
P-: 3 V-242
B(e#!'#$ 3 St"r$e
S-103
S-101
S-104
S-105
S-106
S-108
S-109
S-107
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CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
Jos A. L. Santos PROCESSOS DE ENEN!ARIA QUMICA E BIOL"ICA M#st$a%o Int#&$a%o #' Enn(a$)a B)o*+&),a
OBJECTIVO
Balanos de massa evolvendo equilbrio lquido-vapor de solues reais, ideais e delquidos completamente imiscveis
5.1 Introduo ao equilbrio lquido-vapor
5.2 olues ideais
5.! olues no ideais
5." - #quidos imiscveis
SUBCAPTULOS
210
DIERENA ENTRE /S E VAPOR
VAPOR $luido a uma temperatura abai%o da t#'0#$at1$a ,$2t),a. & variao dapresso pode ori'inar a condensao do vapor em lquido, ou a vapori(ao do lquidoem vapor. ) vapor pode coe%istir com a sua $ase lquida.
/S $luido a uma temperatura superior * t#'0#$at1$a ,$2t),a. )s 'ases esto auma temperatura acima da qual no podem e%istir na $ase lquida, mesmo aumentandoa presso.
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EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
Jos A. L. Santos PROCESSOS DE ENEN!ARIA QUMICA E BIOL"ICA M#st$a%o Int#&$a%o #' Enn(a$)a B)o*+&),a
5.3 INTRODU4O AO EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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DIARAMA DE ASES
+ondies de presso e temperatura para as quais podem ocorrer mudana de $ases
Gas
NOTA )s *12%os s10#$,$2t),os tm propriedades intermedirias entre um 's e um lquido. lesdi$undem como 'ases e dissolvem outros materiais como lquidos.
E6#'0*o s,-CO7 - / um e%celente solvente alternativo 0barato, biocompatvel, pouco a'ressivo,etc, sendo utili(ado em e%traco de produtos naturais, encapsulamento de $rmacos, meioreaccional, etc.
212
onto &234+ ! mm 6'
onto +234+ 783 mm 6'
onto B234+ 17,5" mm 6'
onto 91334+ 783 mm 6'
onto 1!34+ 783 mm 6'
m que:
- ;apor
- #quido9ia'rama de $ases para o 'ua0no est * escala
&
B
+ 9luidoupercrtico
-5,3 3,313 23 133 1!3 !7",!
= 04+
185 ?3@021@,! atm
783
17,5"
",5@!
0mm 6'
As
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ara uma t#'0#$at1$a )n#$)o$ a 839C,0temperatura ambiente, por e%. o CO7 / um:a0o$ e no um 's, como abitualmente /considerado.
E6#'0*os %# &as#s - ar, metano, 's natural, mon
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Va$)a@=o %a 0$#ss=o %# :a0o$ ,o' a t#'0#$at1$a:
216
& 0$#ss=o %# :a0o$ 0pv / uma 'rande(a caracterstica de cada substEncia e que variacom a temperatura.
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0p' 1" das F=abelasG
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& variao da 0$#ss=o %# :a0o$ 0pv com a temperatura pode ser descrita pela equaode C*a1s)1s-C*a0#$on:
=0HB-&pln v = & e B so constantes 0B / a entalpia de vapori(ao
a obteno desta equao $oram consideradas vrias apro%imaes:
) vapor comporta-se idealmente
0;mliq JJJ 0;mvapor 0presses no muito elevadas & entalpia de vapori(ao no varia si'ni$icativamente com a temperatura
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& variao de pv com = no / linear.
< / linear a variao de *n 0:com 3T>?
*n 0:
3 T>?
;ariao da pv com =, para a 'ua
v 0a
=emperatura 0H
9eclive D -B)rdenada na ori'em D &
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=0HB-&pln v = Y D & B K
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+=
B-&plo' v13 +=
+ompostos >
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EEMPLO
9eterminar a presso de vapor * temperatura de
!34+ :
A? Ntili(ando a equao de C*a1s)1s-C*a0#$on
B? Ntili(ando a equao de Anto)n#
C? or interpolao linear
D? Ntili(ando a equao de pv D $ 0=0das p' "-? das F=abelasG
a tabela se'uinte esto indicados os valores da 0$#ss=o %# :a0o$ do ,*o$o+$')o
0triclorometano, +6!+l em $uno da temperatura.
=0H pv 0mm 6'-7,1
3,5
"3
13,"
25,?
"2,7
81,!
83
133
233
"33
783
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0p' 17 das F=abelasG
222
3
233
"33
833
@33
-13 3 13 23 !3 "3 53 83 73
=emperatura 04+
2ressode;apor0mm6'
A? Ut)*)Fan%o a #1a@=o %# C*a1s)1s-C*a0#$on
& variao de 0:com Tno / linear.
=0H
B
-&pln v=
0em que & e B so constantes
A #1a@=o %# C*a1s)1s-C*a0#$on
/ a equao de uma recta, pois ...
RESOLU4O
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13
133
1333
2,@ !,3 !,2 !," !,8 !,@ ",3
01O=0H % 13!
pv0mm6'1
>'1%an@a %# :a$)
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B? Ut)*)Fan%o a #1a@=o %# Anto)n#
"!,15-=1218-7,38plo'
0H0mm6'v13 =
= D !3!,1" H 0:H 735 '' !&
Ntili(ando a equao anterior:
0utili(ando o %cel 0solver
+=B-&plo' v13 +
=E1a@=o %# Anto)n#
nto:3
233
"33
833
@33
1333
283 2@3 !33 !23 !"3
T>C?
0:>''!&?
a1st# %a #1a@=o
0em que &, B e + so constantes
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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226
K-K
P-PK-K
P-P1
1
21
21=
K
P
K2K1
P1
P2
R
K-K
P-PK-K0PP21
2111
+=
C? Int#$0o*a@=o *)n#a$ >,o' '1%an@a %# :a$)
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=0H v 0mm 6'-7,1
3,5
"3
13,"
25,?
"2,7
81,!
83133
233
"33
783 M1%an@a %# :a$)
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quao de +lausius-+lapeTron
Interpolao linear0com mudana de var.
quao pv D $ 0=
quao de &ntoine
pv 0mm6'
2!7,"
2"2,"
2!?,3
2"1,5
Modo de clculo
Uesumo:
230
& equao $undamental de equilbrio lquido-vapor, para um qualquer componente i,/ dada pela se'uinte equao:
iTi D i %i $io
em que: i - coe$iciente de $u'acidade$io - $u'acidade do componente puroi - coe$iciente de actividade
Ti - $raco molar do componente i na mistura 'asosa
%i - $raco molar do componente i na mistura lquida - presso do sistema
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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ara a maioria dos processos qumicoObiolT?
0pivap D 0piliq pi presso parcial
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EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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ara so*1@#s )%#a)s 0solues $ormadas sem variao de entalpia e de volumetem-se que:
i 0coe$iciente de actividade D 1
E1a@=o 1n%a'#nta* %# #1)*2;$)o*21)%o-:a0o$ s)'0*)),a%a
Ti D %i 0:)>T?
>A? t#'0#$at1$a %# #;1*)@=o %o ,o'0on#nt# '#nos :o*B? t#'0#$at1$a %# #;1*)@=o %o ,o'0on#nt# 'a)s :o*A?
>B?
3
- lina do vapor- lina do lquido
6))
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
5.7 SOLUES IDEAIS
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L#) %# Rao1*t pi D %i 0:)>T?
ara uma mistura binria
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EEMPLO
+onsidere a mistura 'asosa arOvapor de 'ua saturada * presso atmos$/rica e *
temperatura de 254+. 9eterminar a composio desta mistura.
RESOLU4O
pv0254+ D 2!,758 mm 6' 0p' ! das F=abelasG
%'ua pv D T'ua quao de equilbrio lquido-vapor:
ara a 'ua 0que / o vapor o ar / o 's:
1 2!,758 783 mm 6'
838+omposio da mistura 0saturada:
A$ - KVa0o$ 838
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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234
3? Ponto %# ;o*(a 0ou de borbulamento de uma mistura lquida:
Co'0os)@=o
T#'0#$at1$a
L2.
Va0o$
L2.Va0o$
>A?
>B?
3
T#'0#$at1$a %# )n2,)o %# #;1*)@=o %a')st1$a *21)%a.
+omo calcular esta temperaturaR
abendo a presso do sistema e a composiodo lquido, ento:
Ti D %i 0:)>T?
D %i 0:)>T?
pois Ti D 1 Ti D %i 0:)>T? O
C
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7? Ponto %# o$:a*(o de uma mistura 'asosa:
Co'0os)@=o
T#'0#$at1$a
L2.
Va0o$
L2.Va0o$
>A?
>B?
3
T#'0#$at1$a %# )n2,)o %a ,on%#nsa@=o %a')st1$a &asosa.
+omo calcular esta temperaturaR
abendo a presso do sistema e a composiodo vapor, ento:
%i D 0 Ti O 0:)>T?
pois %i D 1 %i D Ti O 0:)>T?
C
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CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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o entanto, para uma mistura 'asosa que para al/m de :a0o$#s tamb/m tenam &as#s
temos a se'uinte equao:
D 0 %i 0:)>T?i vapores Q 0TS S 'ases
D 0T1 Q T2 Q Wi vapores Q 0T! Q T" Q WS 'ases9onde:
%emplo:+onsiderar a mistura 'asosa composta por @X de etanol, !X de 'ua e ar. abendo queesta mistura est saturada nestes vapores, calcular a presso, sabendo que atemperatura / de 28,34+.
D %etanol pv etanol0284+ Q %'ua pv 'ua0284+ Q Tar
D 3,3@ 6 83,3 Q 3,3! % 25,21 Q 3,@?
D 5,58 Q 3,@? D 5,58 O 01 - 3,@5 D 53,5 mm6'01- 3,@? D 5,58
238
%emplo:Mistura binria cicloe%anoOtolueno
C),*o(#6ano >3? To*1#no >7? D 885 mm6'- $ase lquida - $ase vapor
%1 T1
T >9C?
9o dia'rama de #; tiramos que
%1 D 3,"!7 %2 D 01 %1 D 3,58!
T1 D 3,888 T2 D 01 T1 D 3,!!"
abs D 885 mm 6' e = D ?34+ 33
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
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T1 D %1 0:1>K9C?T2 D %2 0:2>K9C?
&trav/s da relaes de equlibrio >,),*o(#6ano >3?to*1#no >7?? :
T1 D %1 0:1>K9C?01-T1 D 01-%1 0:2>K9C?
e D 885,3 mm 6'
222,?=123"-8,@"5plo' v13 +
=
21?,"=1!""-8,?5!plo' v13 +
=
+icloe%ano 01:
=olueno 02
resses de vapor de 0equao de &ntoine:
p:1>K9C? D ??!," mm 6'
p:2>K9C? D "38,5 mm 6'
0v em mm6' e = em 4+
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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240
T1 885,3 D %1 ??!,"
01-T1 885,3 D 01-%1 "38,5
T1 885,3 D %1 ??!,"
885,3 - T1 885,3 D "38,5 - %1 "38,5
885,3 - %1 ??!," D "38,5 - %1 "38,5
%1 D 3,""3
T1 D 3,882
%2 D 01 %1 D 3,583
T2 D 01 T1 D 3,!!@
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
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? Co'0os)@#s %as ,o$$#nt#s *21)%a # &asosa e as suas respectivas 1ant)%a%#s,quando uma mistura lquida / parcialmente vapori(ada 0$lasB, para uma determinadapresso e temperatura.
& t#'0#$at1$a de $uncionamento do destilador tem de estar situada entre o 0onto %#;o*(a e o 0onto %# o$:a*(o.
&limentaolquida
>ase vapor
>ase lquida
vapor
D#st)*a@=o >o1 :a0o$)Fa%o$? 5*as(.
9estilador contnuo de um Vnico andar deequilbrio utili(ado para separaes simples:separao de compostos com uma ra(oveldi$erena de volatilidade.
& corrente de alimentao $resca / previamentepr/-aquecida 0ver $i'ura do slide se'uinte, so$rendoem se'uida uma vapori(ao parcial 0so$re umadescompresso.
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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Va0o$)Fa@=o=,
;apor T1 , T2 , ... , Ti
;
#
#quido %1 , %2, ... , %i
&limentaolquida >(1 , (2, ... , (i
> Massa ou moles 0ou caudal de lquido a ser vapori(ado.0alimentao $resca
# Massa ou moles 0ou caudal de lquido a no equilbrio.; Massa ou moles 0ou caudal de vapor a no equilbrio.(i +omposio 0mssica ou molar da corrente de alimentao%i +omposio 0mssica ou molar do lquido a no equilbrio
Ti +omposio 0mssica ou molar do vapor a no equilbrio
ara a resoluo de problemas de vapori(ao rpida 0$lasB / necessrio combinar os;a*an@os %# 'assa com as $#*a@#s t#$'o%)n'),as %# #1)*2;$)o.
m que:
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
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Ti D %i 0:)>T?
T1 D %1 0:3>T?
T2 D %2 0:7>T?...
%i D 1
Ti D 1
E1a@#s %# #1)*2;$)oBa*an@os %# 'assa
(1 > D %1 # Q T1 ;
(2 > D %2 # Q T2 ;
(0i-1 > D % 0i-1 # Q T 0i-1 ;
> D # Q ;
...
or $im e$ectua-se a resoluo simultEnea 0ou no da vrias equaes dosistema obtido.
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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244
C),*o(#6ano >3? To*1#no >7? D 885 mm6'- $ase lquida - $ase vapor
%1 T1
T >9C?
%emplo:Mistura binria cicloe%anoOtolueno
Va0o$)Fa@=o= D ?34+
+icloe%ano - 53X=olueno - 53X1333 molesO
;apor T1 T2
#quido %1 %2
= D @34+ 33
A
B
C
# moles da $ase lquida; moles da $ase 'asosaMi moles iniciais
M
&+
B+# i= M
&+
&B; i=
9o dia'rama de #; tiramos que
%1D 3,"!7 %
2D 01 %
1 D 3,58!
T1 D 3,888 T2 D 01 T1 D 3,!!"
0ou atrav/s das 2 relaes de equilbrio 0slide 2"3
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EQUILBRIO LQUIDO-VAPOR
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At$a:s %os Ba*an@os %# Massa
(1 > D %1 # Q T1 ;
> D # Q ;
3,5 % 1333 D 3,"!7 # Q 3,888 ;
1333 D # Q ;
3,5 % 1333 D 3,"!7 01333 ; Q 3,888 ;
# D 725 moles
; D 275 moles
533 D "!7 3,"!7 ; Q 3,888 ;
moles72713333,"7,251
1,25M
&+
B+# i =
+
==moles27!13333,"7,251
3,"7M
&+
&B; i =
+
==
At$a:s %o %)a&$a'a %# ELV
comprimento 0cm dos se'mentos de recta
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#quido
>ase vapor
>ase lquida
vapor
Con%#nsa%o$
...#quido
&limentaolquida
>ase vapor
>ase lquida
vapor
Con%#nsa%o$
#' s$)# %#st)*a@=o ,ont2n1aVa0o$)Fa%o$ 5*as(
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D#st)*a@=o ,ont2n1a %# $a,,)ona'#nto
D#st)*a@=o $a,)ona%a / o processo deseparao onde se utili(a uma coluna contnuade $racionamento na qual / possvel reali(ara separao de di$erentes componentes, queapresentam di$erentes pontos de ebulio.
Nma coluna de destilao / equivalente avrios destiladores $lasB em s/rie.
Co*1na %#$#,t)),a@=o
Co*1na %#st$)00)n&
A*)'#nta@=o
$#s,a
Con%#nsa%o$
E;1*)%o$
R#*16o >L).?
Va0o$
L21)%o
Va0o$
Co'0on#nt#sM#nos :o*
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M)st1$a ,o' aF#+t$o0o '
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&limentao0L'ua Q tanol
tanol ?5XL'ua - 5X
tanol puroL'ua L'ua
0com vest'ios decicloe%ano
Co*1na %#%#st)*a@=o
Co*1na %#%#st)*a@=oaF#ot$+0),a
Co*1na %#st$)00)n&
D#,anta%o$
as# )n#$)o$
as# s10#$)o$
+icloe%ano Q L'ua+orrente recirculada+icloe%ano $resca
Fraco molar do Etanol
Temperatura(C
)
E6#'0*o M)st1$a ;)nT?) clculo das condies de equilbrio, a uma dadatemperatura, quando em presena de so*1@#s$#a)s, / e$ectuado utili(ando a equao se'uinte:
)s ,o#),)#nt#s %# a,t):)%a%# 0i sero di$erentes da unidade, sendo o seu clculobastante trabaloso 0i depende da temperatura e da concentrao das esp/cies.
Pa$a '1)tas so*1@#s a1osas >%# sa)s ;as#s
#
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E6#'0*o
vaporador
62) ?3Xa2+)! 13X
62) @3Xa2+)! 23X
62) 0vapor
retende-se concentrar uma soluo de carbonato de sraco molar do carbonato em :1,3 3,?83 !55,1 mm 6' 0p' ! das F=abelasG
D !"3,? mm 6'
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A? E1)*2;$)o n=o )%#a*
T2 D %! 0: 9C? H 0)
D 0) D !25 mm 6'
+omo T2 D 1
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0p' "! das F=abelasG
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E'1*s=o / a mistura entre dois lquidos imiscveis em que um deles 0a $ase dispersa encontra-se na
$orma de $inos 'l
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E6#'0*o
retende-se destilar descontinuamente, * temperatura =, uma mistura lquida binriaconstituida por & 83X e B - "3X 0X molar. abendo que & e B so completamenteimsciveis, escrever as equaes que permitem determinar a presso de equilbrio ea composio da $ase 'asosa.
P$#ss=o %# #1)*2;$)o
Co'0os)@=o %a as# &asosa
0=0=0=0= vBv&vBv& ppp%p% B$aseB&$ase& YZYZ +=+=
R#so*1@=o
T& D pv&0=O
TB D pvB0=O com T& Q TB D 1,3
D#st# 'o%o a t#'0#$at1$a %# #;1*)@=o %a ')st1$a )n#$)o$ W t#'0#$at1$a %##;1*)@=o %o ,o'0on#nt# 01$o 'a)s :o*
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+omo a temperatura de ebulio da mistura / in$erior a temperatura de ebulio docomponente puro mais voltil, este processo / Vtil na 01$)),a@=o %# ,o'0ostos 1#0ossa' so$#$ %#&$a%a@=o t$'),a, e%emplo dos +*#os #ss#n,)a)s.
9estilao descontnua
S-101
S-102
S-103
L'ua[leoImpure(as
L'ua[leo
L'uaImpure(as
L2D1)%o
L2D1)%o
Va0o$
&s destilaes so e$ectuadas em presena deum *21)%o %# ;a)6o 0onto %# #;1*)@=o 0pore%. 'ua )')s,2:#* ,o' o 0$o%1to a 01$)),a$.
& t#'0#$at1$a %# #;1*)@=o s#$< ,onstant#enquanto e%istirem as duas $ases.
) composto de bai%o ponto de ebulio deverestar em #6,#sso no incio do processo.
O ,o'0osto a 01$)),a$ %#:#$< s#$ o 0$)'#)$o a #s&ota$ no *21)%o.
este momento a temperatura de ebulio comea a subir at/ atin'ir a temperatura deebulio do lquido remanescente.
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D#st)*a@=o 0o$ a$$asta'#nto %# :a0o$ 0destilao de lquidos imiscveis
\ uma destilao semi-contnuo, onde a mistura a processar / introdu(ida inicialmenteno destilador enquanto que o vapor de 'ua sobreaquecido / inSectado continuamentenesta unidade, vapori(ando e arrastando os componentes a puri$icar.
)s +*#os #ss#n,)a)s so substEncias volteis e%tradas de plantas aromticas, constituindo mat/rias--primas de 'rande importEncia para as indVstrias cosm/tica, $armacutica e alimentar.
& destilao a vapor / o mais comum m/todo de e%trao de +*#os #ss#n,)a)s.
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D#st)*a@=o 0o$ a$$asta'#nto %# :a0o$ permite:
- diminuir o ponto de ebulio da mistura, podendo evitar a decomposio t/rmica desta.
- evitar a o%idao dos componentes destilados 0pois o ar / substitudo por vapor.
ste processo / aplicvel a lcoois 'ordos,
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PROCESSOS DE ENGENHARIA QUMICA
E BIOLGICA
PROBLEMAS RESOLVIDOS E PROPOSTOS
CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQULIBRIO LQUIDO-VAPOR
Mestra! I"te#ra! e$ E"#e"%ar&a B&!'(#&)a
Pr!*+ ,!s A+ Le!"ar! Sa"t!s
Pr!*. Mar&a e /0t&$a C+ R!sa
Pr!*. Mar&a Cr&st&"a /er"a"es
2013/2014
P-1 2 A/R-131
A&r L&*t /er$e"tat&!"
P-4 2 DS-131
Ce"tr&*5#at&!"
P-6 2 DCDR-131
D!57'e C!"e Dr8&"#
S-102
P-9 2 V-131
B'e"&"# 2 St!ra#e
S-103
S-101
S-104
S-105
S-106
S-108
S-109
S-107
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
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CAPTULO 5 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS ENVOLVENDO
EQULIBRIO LQUIDO-VAPOR
E:EMPLOS RESOLVIDOS
E:EMPLO 5+1
Considere um recipiente !echado contendo uma mistura" inicialmente l#uida" de n$pentano %0&
molar' e de iso$pentano" ( temperatura de 120)C e a uma press*o muito ele+ada, -e a press*o !or
gradualmente redu.ida" a temperatura constante" determinar a press*o %em atm' para a #ual se
!ormam os primeiros +apores" em como a composi*o destes +apores,
Da!s;Considere #ue a mistura l#uida se comporta como ideal,
aria*o da press*o de +apor com a temperatura
n$pentano41"1$%'
105$5"62%mm7g'+log p10 =
iso$pentano40"0$%'
1020$5"890%mm7g'+log p10 =
Res!'
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
121
=1p1< 1P
=2p2< 2P
em #ue 1 e 2 s*o as !rac?es molares do n$pentano e do iso$pentano" respecti+amente" na !ase
gasosa,
:tra+;s da 1D e#ua*o de e#uilrio %=1p1< 1P' tiramos #ue
1< 0" = 5825"0 / 8343"5 < 0"49
: !rac*o do iso$pentano %componente 2'pode ser otido atra+;s da e#ua*o =2p2< 2P " ou tendo
em considera*o #ue i< 1, @este modo
2 < 1 $ 0"46 < 0"42
E:EMPLO 5+4
Para uma corrente gasosa de ar e metanol %10"0&'" a 40)C e ( press*o asoluta de 1"0 atm"
determinar
A> ponto de or+alho desta mistura gasosa,
B> : percentagem de metanol #ue condensa #uando a mistura gasosa inicial ; arre!ecida,isoaricamente" at; 6)C,
Da!; aria*o da press*o de +apor do metanol com a temperatura
44"08$%'1484$8"696%mm7g'+log p10 =
Res!'Feste e=emplo estamos em presena de uma corrente gasosa contendo ar e 10"0& de metanol
%percentagem molar" uma +e. #ue a corrente ; gasosa', Pretende$se determinar o ponto de or+alho
desta mistura gasosa, Festa mistura o ar ; o gs e o metanol ; o +apor,
NOTA;#0s; uma sustGncia #ue se encontra em uma temperatura superior ( sua temperatura crtica e #ue
n*o pode ser li#ue!eita por compress*o isot;rmicaH ?a@!r; uma sustGncia #ue se encontra a uma temperatura
aai=o de sua temperatura crtica e #ue pode ser li#ue!eita por compress*o isot;rmica,
ponto de or+alho %P' ; a temperatura ( #ual se inicia a condensa*o do +apor, -aendo a press*o
asoluta" P" e a composi*o do metanol" i" podemos determinar o P pela seguinte e#ua*o
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
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1 < P
%'i
i
p+
em #ue p+i%'; a press*o de +apor" !un*o da temperatura,
:plicando a e#ua*o anterior ao e=emplo %s temos um componente #ue pode so!rer condensa*o'"
temos #ue
p+%P'< P < 0"10 = %1" = 850' < 114"0 mm7g
:tra+;s da e#ua*o da +aria*o da press*o de +apor com a temperatura %dada no enunciado do
e=emplo' tiramos #ue" para a press*o de +apor de 114"0 mm7g" a temperatura %P' ; de 23"3)C,
B>Pretendemos condensar parte do metanol atra+;s do arre!ecimento da mistura gasosa at; 6)C" (
press*o constante de 1"0 atm %+er !igura seguinte', Esta condensa*o ; iniciada #uando a
temperatura de 23"3)C ; atingida,
Fo processo de condensa*o as correntes e +*o estar em e#uilrio %e#uilrio l#uido$+apor',
@este modo podemos escre+er a seguinte e#ua*o de e#uilrio
=ip+%'< iP
em #ue =i; a !rac*o molar do componente i no l#uido e i; a !rac*o molar do componente i no
+apor, Fo presente e=emplo temos o metanol em e#uilrio entre as duas correntes" donde
p+%6)C'< P 48"94 < = 1140 < 0"042
: corrente gasosa apresenta" deste modo" 4"2& de metanol e 9"6& de ar,
:rre!ecimento
6)C:r 90"0&Ietanol 10"0&
:rIetanol
Ietanolc, l#uida
c, gasosac, gasosa40)C H 1" atm
:rre!ecimento
6)C:r 90"0&Ietanol 10"0&
:rIetanol
Ietanolc, l#uida
c, gasosac, gasosa40)C H 1" atm
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
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Para calcularmos a percentagem de metanol #ue so!reu condensa*o ; necessrio e!ectuar um
alano de massa, @e!inindo como ase de clculo 100 moles de mistura gasosa inicial %corrente '
podemos calcular as moles #ue e=istem na corrente gasosa otida da condensa*o %corrente'
%ar' < %ar'< 90 moles 9"6&%metanol'< = moles 4"2& donde %metanol'< 3"9 moles
%metanol'< 10 $ 3"9 < 5"1 moles
@este modo & Jemo*o 0"500 = 290" < 486"3 mm 7g
B>
Balanos de massa ao processo para resol+ermos estes alanos ; necessrio conhecer as
composi?es das correntes pretendidas, :ssim" tal como na alnea anterior" +amos estaelecer as
das e#ua?es de e#uilrio no condensador
=BpB< BP =B850"0 < B0"56 = 850"0 %Pas< %1"0 0"32' = 850"0'=p< P %1 =B' 290" < %1 $ B' 0"56 = 850"0
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
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donde
=B< 0"56 B B 0"860 H < 0"222
%1 $ 0"56 B' < 1"889 %1 $ B' =B 0"30 H =< 0"480
:gora A podemos escre+er e resol+er os alanos de massas, amos iniciar este clculo pelo
+apori.ador" utili.ando como ase de clculo 1000 mol/min na corrente
1000 < Nm> Nm Balano de massas total ao +apori.ador
00 < 0"400 Nm> 0"53 Nm Balano de massas ao en.eno no +apori.ador
donde Nm< 84" mol/min e Nm< 42" mol/min
Para o condensador o alano de massas ser
42" < Nm> Nm Nm< 245"6 mol/min
42" = 0"53 < 0"30 Nm> 0"860 Nm Nm< 186"8 mol/min
s con!irma*o dos alanos de massa %alano gloal'
Nm< Nm> Nm> Nm< 84" > 245"6 > 186"8 < 1000 mol/min
E:EMPLO 5+6
Pretende$se concentrar uma solu*o a#uosa de Fa7 de & para 29&" utili.ando um e+aporador #ue
!unciona ( temperatura de 100)C, @eterminar a press*o de !uncionamento do e+aporador"
considerando #ue
A>: solu*o ; ideal,
B>: solu*o ; real,
Res!'@urante o processo de e+apora*o" a gua +ai +apori.ar estando em e#uilrio entre o l#uido e o
+apor %o Fa7 n*o +apori.a pois a sua press*o de +apor ; nula', Este e#uilrio" como A !oi +isto
anteriormente para solu?es ideais" ; descrito pela e#ua*o
=ip+%'< iP
: composi*o da solu*o indicada no enunciado ; mssica" pelo #ue ; necessrio calcular acomposi*o molar
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
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=Fa7 =4p+3%'> ,,, !ase 2
em #ue =1 e =2 s*o as !rac?es dos componentes 1 e 2 " ,,, na !ase 1 e =3 e =4 as !rac?es dos
componentes 3 e 4 " ,,, na !ase 2,
Fo presente e=emplo temos duas !ases" ha+endo um Rnico componente em cada !ase, Ent*o
P < p+1%92)C' > p+2%92)C' < 15"5 > 55"99 < 63"54 mm7g < 0"856 atm
%o componente 1 re!ere$se ao leo e o 2 ( gua'
:nalisando a e#ua*o anterior" podemos concluir #ue as condi?es de e#uilrio %press*o e
temperatura' n*o dependem da propor*o relati+a das duas !ases l#uidas presentes,
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
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Para a press*o otida %63"54 mm7g' as temperaturas de euli*o do leo de cGn!ora e da gua s*o
de 198"3 e 92"6)C" respecti+amente, @este modo" podemos concluir #ue uma mistura i!sica %ou
multi!sica' entra em euli*o a uma temperatura &"*er&!r ( temperatura de euli*o do
componente mais +oltil,
B> : composi*o do +apor otido ; dada pela e#ua*o de e#uilrio l#uido$+apor, emos dois
compostos em e#uilrio" logo podemos escre+er duas e#ua?es independentes
=1p+1%'< 1P 15"52 < 1= 63"51 1< 0"029
=2p+2%'< 2P 55"99 < 263"51 2< 0"981
pois" =1 Snicialmente temos
CGn!ora 32 g < 0"210 mol %componente 1' %massa molecular < 12"3'
Tgua 20 g < 13"669 mol %componente 2'
amos agora e!ectuar o alano de massa ( destila*o descontnua" tendo em considera*o #ue esta
opera*o ; concluda #uando a cGn!ora se esgotar no l#uido %a #uantidade de gua a utili.ar nesteprocesso ter de ser tal de modo #ue a gua nunca seAa o primeiro componente a ser esgotado'
F1< 1 0"210 < 0"029 < 8"241 mol
F2< =2O > 2 13"669 < O > 0"981 O !inal da destila*o ; detectado pela +aria*o da temperatura, @urante o processo de
destila*o a temperatura mant;m$se constante e igual a 92"0)C, Fo !inal desta" como o l#uido passa
a conter s gua" a temperatura soe de 92"0)C para 92"6)C %temperatura de euli*o da gua (
press*o de 63"51 mm7g',
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
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PROBLEMAS PROPOSTOS
PROBLEMA 5+1Kma mistura gasosa %contendo ar' e uma mistura l#uida %composto por gua e metanol %20& molar''
est*o em e#uilrio dentro de um recipiente !echado ( temperatura de 0)C e press*o asoluta de
840 mm7g, Calcular a composi*o molar da mistura gasosa,
PROBLEMA 5+4
Us natural" com a seguinte composi*o metano 86&H etano 9&H propano 6& e utano &" ;
mantido a 200 psia,A>@eterminar a temperatura acima da #ual de+e ser mantido para e+itar a sua condensa*o,
B>-e o gs natural !or mantido ( temperatura de condensa*o" #ual ; a composi*o das primeiras
gotas de l#uido !ormadasV
@ados Press?es de +apor dadas pela e#ua*o de :ntoine
ln p+%atm'< : $ B /%%'$ C'
alidade %' : B CButano 240$30 6"64 2030 42"61
Etano 220$320 6"359 1184 48"03
Ietano 10$300 6"088 802"8 25"8
Propano 230$330 6"44 192 44"88
PROBLEMA 5+9A> Kma mistura l#uida composta por etanol %1& molar' e gua ; mantida em e#uilrio (
temperatura de 0)C num e+aporador !echado, @eterminar
1+: press*o total do sistema,
4+: composi*o do +apor em e#uilrio com o l#uido,
B>-e a mesma mistura l#uida !or a#uecida ( press*o de 150 mm7g" determinar
1+: temperatura de incio de euli*o,
4+: composi*o dos primeiros +apores liertados,
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
130
C>Considere #ue a mistura l#uida anterior +ai ser rapidamente +apori.ada ( temperatura de 90)C e
( press*o de 150 mm7g, Calcular os caudais das correntes l#uidas e gasosa" em como as suas
composi?es" #uando se processam 1000 moles/min da mistura inicial,
@ado para o etanol
0"0$%'389$16"2%mm7g'+ln p = 280W %' W380
N!ta; Considere #ue" na gama de composi?es utili.adas" a mistura l#uida se comporta como uma
mistura ideal,
PROBLEMA 5+6
Calcular o ponto de or+alho e a composi*o do l#uido em e#uilrio com a mistura gasosa composta
por 20& de en.eno" 10& de tolueno e 80& de a.oto ( press*o asoluta de 1 atm,
@ados Press?es de +apor dadas pela e#ua*o de :ntoine
ln p+%mm7g'< : $ B /%%'$ C'
alidade %' : B C
Ben.eno 260 $ 30 1"43 248 53"9
olueno 300 $ 400 1"2 2615 55"92
PROBLEMA 5+5
Kma corrente de ar hRmido ( temperatura de 100)C e ( press*o asoluta de 26 mm7g cont;m
10& de +apor de gua, @eterminar
A> ponto de or+alho do ar e o grau de sorea#uecimento do +apor de gua,
B> : percentagem de +apor #ue condensa" e a composi*o !inal da !ase gasosa" se o gs !or
arre!ecido at; 60)C" a press*o constante,
C> : percentagem de +apor #ue condensa" e a composi*o !inal da !ase gasosa" se o gs !or
comprimido isotermicamente at; 600 mm7g %press*o asoluta',
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
131
PROBLEMA 5+
:cetona e utanol podem ser produ.idos anaeroicamente por microrganismos da esp;cie
Clostridium" utili.ando amido como !onte de carono, Em determinado ponto deste processo uma
mistura l#uida composta por utanol %8"4&' e acetona ; alimentada a um e+aporador a 2)C e com
um caudal de 1000 moles/h" de acordo com a !igura da pgina seguinte,
-aendo #ue este e+aporador !unciona ( temperatura de 90)C e #ue o a#uecimento da mistura
l#uida ; reali.ado com +apor de gua #ue circula numa serpentina imersa" determinar
A>: press*o de !uncionamento do e+aporador,
B> caudal e a composi*o da corrente gasosa,
PROBLEMA 5+
Kma corrente e!luente de um reactor ; suAeita a uma !iltra*o so +cuo para remo*o do
caronato de clcio precipitado %!actor de espessamento de 0"4', : corrente de !iltrado %isente de
caronato' ; suAeita a uma e+apora*o para remo*o de 90"8& da gua presente, @eterminar apress*o de !uncionamento do e+aporador" saendo #ue a temperatura de e+apora*o ; de 100)C,
@ado
Composi*o da corrente e!luente do reactor CaC3 2"0&H Fa7 1"6&H 72 95"2& %m/m'
< 90)CP < V
Butanol $ 6"5&:cetona 14"4&
Butanol $ 8"4&:cetona 24"5&
Butanol:cetona
c, gasosa
c, l#uida
< 90)CP < V
Butanol $ 6"5&:cetona 14"4&
Butanol $ 8"4&:cetona 24"5&
Butanol:cetona
c, gasosa
c, l#uida
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
132
PROBLEMA 5+
Kma corrente gasosa" a ele+ada temperatura" contendo ar" gua e cido ntrico %2"56& molar' ;
suAeita a um arre!ecimento para remo*o de grande parte do cido" de acordo com a !igura seguinte
-aendo #ue se pretende processar 1000 Xg/h de mistura l#uida" determinar
A>: press*o de !uncionamento do condensador e a composi*o da corrente gasosa ( sada desta
opera*o unitria,
B> caudal molar da corrente gasosa de alimenta*o ao condensador,
PROBLEMA 5+
Pretende$se puri!icar um leo essencial %I
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
133
PROBLEMA 5+13
Pretende$se remo+er impure.as n*o +olteis presentes numa mistura constituda por dois leos de
eucalipto leo : %I: press*o de !uncionamento do destilador e a composi*o do +apor otido,
B>: massa de +apor otida no !inal da destila*o,
@ados
Considere #ue o e#uilrio l#uido$+apor n*o ; alterado pela presena do material inerte" e #ue a
propor*o molar dos dois leos no l#uido permanece constante durante todo o processo,
: press*o de +apor do geraniol" para a temperatura de 90)C" ; de 49"40 mm 7gFo !inal da destila*o ot;m$se a seguinte rela*o mssica %gua l#uida/+apor'< "0
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
134
PROBLEMA 5+14
Kma mistura l#uida de etanol" ;ter dietlico" gua %25"21& m/m' e cido sul!Rrico ; suAeita a uma
e+apora*o num Rnico andar de e#uilrio" ( temperatura de 50)C, : corrente l#uida ( sada do
e+aporador ; i!sica e cont;m 1"0& de etanol"4"0& de ;ter dietlico" 6"0& de cido sul!Rrico e
83& de gua %& m/m', Esta corrente ; sumetida a decanta*o ( temperatura de traalho do
e+aporador, : !ase orgGnica otida cont;m ;ter e etanol en#uanto #ue a !ase inorgGnica" com um
caudal de 100"0Xg/h" ; !ormada por gua e cido sul!Rrico e algum etanol arrastado %10 g etanol/100
g de gua',
@eterminar
A> : Press*o de !uncionamento do e+aporador,
B> : composi*o da corrente gasosa #ue sai do e+aporador,
C> caudal e a composi*o da alimenta*o,
@ado Iassas molares %g/mol' Etanol < 45H Yter dietlico < 84H 72-4< 96
E+aporador5)C
Iistural#uida
@ecantador5)C
c, l#uida
apor
Nase orgGnica
Nase inorgGnicacom etanol
Etanol
Yter dietlicoTgua
E+aporador5)C
Iistural#uida
@ecantador5)C
c, l#uida
apor
Nase orgGnica
Nase inorgGnicacom etanol
Etanol
Yter dietlicoTgua
Etanol
Yter dietlicoTgua
50)C
50)C
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
13
PROBLEMA 5+19
Fo processo de produ*o de !enol a partir de en.eno" 1000 moles/h de uma mistura reaccional"
contendo en.eno" o=ig;nio" a.oto" cido ac;tico" !enol e gua" ; introdu.ida num condensador %#ue
opera ( press*o atmos!;rica' donde saem trZs correntes uma corrente gasosa %o=ig;nio" a.oto"
saturada em gua %e#uilrio n*o ideal' e en.eno'" uma corrente l#uida orgGnica e uma corrente
l#uida a#uosa, Como simpli!ica*o considera$se #ue a corrente gasosa est isenta de !enol e de
cido ac;tico, : corrente orgGnica segue para um e+aporador de modo a se oter uma corrente
l#uida mais rica em !enol,
endo em considera*o os dados indicados no diagrama de locos anterior" calcular
A>: composi*o da corrente gasosa ( sada do condensador,
B> : press*o de !uncionamento do e+aporador e a composi*o da corrente l#uida,
C>s caudais molares das duas correntes #ue aandonam o e+aporador,
CondensadorPatmH 2)C
E+aporador60)CBen.eno $ 1"6&
=ig;nio $ 5"4&:.oto $ 4"&Tc, :c;ticoNenolTgua
Corr, gasosa
Corr, O#uidaa#uosa
Tc, :c;tico 0"0&Tgua
%& mssicas'
2F2Corr, saturada
Ben.eno 8"0&Nenol
%& molares'
Corr, gasosa
Corr, l#uida
Ben.eno 86"0&Nenol $ 22"0&
%& molares'
Ben.enoNenol
1000 moles/h
50"5)C
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
135
SOLUES DOS PROBLEMAS
PROBLEMA 5+1
metnol< 0"113 H gua< 0"100 H ar< 0"868
PROBLEMA 5+4
A> 0)C
B> =metano< 0"06 H =etano< 0"02 H =propano< 0"226 < =utano< 0"552
PROBLEMA 5+9
A> 1+P < 111"5 mm7g H 4+gua< 0"803 H etanol < 0"298B> 1+ < 69"0)C H 4+gua< 0"815 H etanol < 0"264
C>N+apor< 335 mol/min H Nl#uido< 554 mol/min
gua< 0"888 H etanol < 0"223
=gua< 0"668 H =etanol < 0"113
PROBLEMA 5+6
P < 6"2)C H =en.eno< 0"413 H =tolueno < 0"68
PROBLEMA 5+5
A>
P < 90)C H Urau sorea#, < 10)C
B>
%Tgua'cond< 34"9&
C> %Tgua'cond< 11"5&
PROBLEMA 5+
A> P < 526 mm7gB> Nm< 29 mol/h
PROBLEMA 5+
P < 521 mm7g
PROBLEMA 5+
A>P < 936 mm7g H :r 93"9& Tgua "98& Tcido 0"06&
B>Nm< 243 Xmol/h
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
138
PROBLEMA 5+
A> < 91"4)C
B> gua< 0"63 H leo < 0"15
C> Oi#/ap < 2"4 %m/m'
PROBLEMA 5+13
P < 82 mm7g
PROBLEMA 5+11
A>
P < 8 mm7g H apor 72 $ 91"4& H Ueraniol 5"4& e Oinalool 2"2&
B>
< 350 g
PROBLEMA 5+14
A> P < 639 mm7g
B> Yter 0"4& H Tgua 15"3& H Etanol 33"3&
C>
NI< 81 Xg/h
Yter 26"16& H Tgua 25"21& H Etanol 44"21& H Tcido sul!, 1"40&
PROBLEMA 5+19
A>
2 10"1&H F2 65"2&H 72 2"6& H C575 0"9&
B> P 0 23"9 mm7g
Ben.eno 4"8&H olueno 9"3&
C> %Nm'%'< " mol/h H %Nm'%5'< 183"1 mol/h
N!ta;
:lguns dos e=emplos resol+idos e dos prolemas propostos !oram adaptados das seguintes re!erZncias
J, I, Nelder e J, [, Jousseau %2000'LElementar Principles o! Chemical ProcessesM" 3D edi*o" \ohn [ile" Fe] ^orX
P, I, @oran %2013' LBioprocess Engineering PrinciplesM" 2D edi*o " :cademic Press" Fe] ^orX
@, I, 7immellau %1995' LBasic Principles and Calculations in Chemical EngineeringM" 5D edi*o" Prentice 7all PJ" Fe] \erse
, C, @ucan e \, : Jeimer" %1996' LChemical Engineering @esign and :nalsis :n SntroductionM" Camridge Kni+ersit Press
UeanXopolis" C, \, %1993'" Lransport Processes and Knit perationsM" 3D Edi*o" Prenctice$7all Snternational" Snc, Fe]
\erse
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PROCESSOS DE ENGENHARIA QUMICA
E BIOLGICA
SLIDES DA MATRIA TERICA
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO/LQUIDO
Mest!"# I$te%!"# e& E$%e$'!(! B(#)*%(+!
P#,- .#s A- Le#$!"# S!$t#s
P#,0 M!(! "e 12t(&! C- R#s!
P#,0 M!(! C(st($! 1e$!$"es
2013/2014
P34 / A1R3454
A( L(,t 1e&e$t!t(#$
P36 / DS3454
Ce$t(,7%!t(#$
P38 / DCDR3454
D#79)e C#$e D:($%
S-102
P3; /
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262
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
OBJECTIO
Balanos de massa a processos com lquidos completamente imiscveis e parcialmentemiscveis
6.1 Introduo extraco lquido/lquido
6.2 Extraco com lquidos completamente imiscveis
6. Extraco com lquidos parcialmente miscveis
SUBCAPTULOS
263
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
6.0 INTRODUO 1 EXTRACO LQUIDO/LQUIDO
! $2%a-34o +57*&o8+57*&o 9ELL: " um processo de separao de equil#rio #aseadona di$erena de solu#ilidade do soluto entre duas $ases lquidas.
%esta operao ocorre a trans$er&ncia de uma su#st'ncia (so+7o) dissolvida numa $ase
lquida (;as$ %$;*na&o) para outra $ase lquida (;as$ $2%a-o) com a qual o soluto temmaior a$inidade.
* usual considerar que as duas $ases lquidas so completamente imiscveis. %o entanto+em muitos dos casos os solventes so parcialmente miscveis. !ssim+ as $ases emequil#rio apresentam o respectivo solvente+ o soluto e apreci,veis quantidades do outrosolvente.
Este processo de separao s- dever, ser utiliado quando outros processos de separao
se revelarem insu$icientes ou inadequados pois o
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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264
EXEMPLO
A+*($na34o
ua 3 45cido !c"t 3 22
Co+7na &$E2%a-34oL57*&o8+57*&o
Co+7na &$&$s*+a34o
Co+7na &$D$s*+a34o
D$-ana&o%
>as$ *n;$%*o%
>as$ s7as$ E2%a-o
!cet. Etilo 3 5ua 3 7cido !c"t. 3 5
So+=$n$ %$;*na&o 8 ua
So+=$n$ E2%a-o !cetato de etilo
So+7o 8 cido !c"tico
>as$ R$;*na&o
!cet. Etilo 3 4ua 3 7cido !c"t. 8
?-*&o A-*-o
9@@:
9orrente rica em !cetato de etilo
9orrente rica em!cetato de etilo
!cetato de etilo
>as$ E2%a-oR$-*-+a&a!cet. Etilo 3 76ua 3 :
E;=
E;=
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
265
%a s$+$-34o &o so+=$n$ $2%a-o devemos ter em considerao os seuintes aspectos
S$+$-*=*&a&$ somente o soluto de interesse dever, ser extractado (" necess,rioelevada selectividade).
A;*n*&a&$ -o( o so+7o a a$inidade do solvente com o soluto dever, ser superior a$inidade entre o soluto e o solvente re$inado.
Esta a$inidade pode ser quanti$icada atrav"s do -o$;*-*$n$ &$
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266
Co%%os4o uma elevada corroso implica um aumento nos custos do material deconstruo do equipamento de separao.
P%$ss4o &$ =a
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268
>endo em considerao que a extraco lquido3lquido " uma operao de trans$er&nciade massa (operao de equil#rio) ela compreende v,rias etapas
0F Ea
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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270
TIPOS DE PROCESSOS
Cara se o#ter uma elevada trans$er&ncia do soluto de uma $ase para a outra+ o
equipamento utiliado na extraco dever, apresentar Kma elevada ,rea de trans$er&ncia de massa. Isto " conseuido atrav"s da
utiliao de pequenas otas de $ase dispersa no seio da $ase contnua.
Kma r,pida e completa separao das $ases.
Fe acordo com a naturea da operao de extraco+ estes equipamentos podem serclassi$icados em $2%a-o%$s &$ an&a%$s &*s-%$os ou em $2%a-o%$s &$ -ona-o
&*;$%$n-*a+ 9=$%*-a*s o7 )o%*ona*s:.
Estes extractores podem ser divididos em extractores '%a=*a-*ona*s ou -$n%5;7'os.
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
271
M*s7%a&o%8&$-ana&o%M*s7%a&o%
D$-ana&o%
INTER>ACE
>as$ ($nos &$nsa >as$ (a*s &$nsa
>as$ (a*s &$nsa
Cratos de coalesc&ncia!itador
Fe$lector
"lice
>as$ ($nos &$nsa
8 ase menosdensa
ase maisdensa
ase menosdensa
ase maisdensa
Fecantador
Disturador
EXTRACTORES DE ANDARES DISCRETOS
;istemas que requerem tanquescom elevados volumes+ e elevados
consumos de solventes.
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
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272
Moo% &$ =$+o-*&a&$=a%*=$+
Sa5&a &aE(7+s4o
A+*($na34o9>as$ %$;*na&a So+=$n$ $2%a-o:
T7%*na
Eas$ ($nos&$nsa
>as$ (a*s
&$nsa
Sa5&a &$*(as$ (a*s&$nsa
>as$ ($nos&$nsa
>as$ ($nos&$nsa >as$ (a*s
&$nsa
T7%*na
A'*a&o%
A+*($a34o9ERENCIAL
(puri$icao de -leos alimentares)
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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274
EXTRACTORES DE CONTACTO DI>ERENCIAL
>as$ (a*s&$nsa
>as$ (a*s&$nsa
>as$ (a*s&$nsa
>as$ (a*s&$nsa
>as$ ($nos&$nsa >as$ ($nos
&$nsa
>as$ ($nos&$nsa
>as$ ($nos&$nsa
Co+7nas &$ sas$ ($nos &$nsa &*sas$ (a*s &$nsa &*s
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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276
EXTRACTOR DE PODBIELNIA9$2%a-o% -$n%5;7'o:
LLI $ LLO $n%a&a $ sa5&a &a ;as$s ($nos &$nsa
"LI $ "LO $n%a&a $ sa5&a &a ;as$s (a*s &$nsa
Ideal para sistemas em que a di$erena de densidade entre as duas $ases " reduida.
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
277
CENTR>U!A EXTRACTORA9&o*s an&a%$s $( -on%a-o%%$n$:
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
7/25/2019 Parte III (Captulos 5 e 6)
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278
E2%a-34o +57*&o8+57*&o -o( a&*34o ;%$s-a &$ so+=$n$
>endo em considerao o movimento relativo das $ases+ a extraco pode ser e$ectuadapor a&*34o ;%$s-a &$ so+=$n$+ em -o8-o%%$n$ ou em -on%a8-o%%$n$.
...1 2 %asere$inado
;olvente extracto
ase extracto
An&a%$s &*s-%$os
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
279
E2%a-34o +57*&o8+57*&o$( -o8-o%%$n$
E2%a-34o +57*&o8+57*&o $( -on%a8-o%%$n$>as$ (a*s
&$nsa
>as$ (a*s&$nsa
>as$ ($nos&$nsa
>as$ ($nos&$nsa
Co+7na &$ s
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280
MTODOS DE C?LCULO EM PROCESSOS COM ELL
=s m"todos de c,lculo que sero desenvolvidos sero aplicados somente ao caso simplesde andares discretos.
Gamos admitir que em cada andar as $ases re$inado e extracto resultantes se encontramem equil#rio (andar te-rico ou ideal).
Iremos a#ordar separadamente duas situaUes em que os solventes so
A: D7as ;as$s 9a7osa/o%'n*-a: -o(
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282
a%*=$*s $n=o+=*&as no as$ $2%a-o>as$ %$;*na&o
R massa da $ase re$inado
E massa da $ase extracto
quantidade de solvente re$inado (massa ou volume)
- quantidade de solvente extracto (massa ou volume)
X conc. do soluto na $ase re$inado (moles ou massa de soluto por massa ou volume de solvente) conc. do soluto na $ase extracto (moles ou massa de soluto por massa ou volume de solvente)
9ada uma destas vari,veis apresenta como ndice o nJmero do tanque que a#andonam. %ocaso de correntes $rescas (correntes que alimentam o processo) o ndice " .
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
283
Co$;*-*$n$ &$
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284
Mo&$+o (a$(*-o as$ $2%a-o>as$ %$;*na&o
Ba+an3o aos so+=$n$s
Ba+an3o ao so+7o
Co$;*-*$n$s &$ +V
Q? ii
ii
f==
#8 X ... X #i31 X #i X ... X #
c8 X ... X ciW1 X ci X ... X cpois os dois solventesso imiscveis
# Vi31 W c Qi31 X # Vi W c Qi
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
285
Caso &$ &o*s an&a%$s -o( a&*34o ;%$s-a &$ so+=$n$
E1cQ1
A8#V8
>as$ $2%a-o
>as$ %$;*na&o !ndar 2!ndar 1
E8cQ
8
EY8cYQY
8
E2cYQ2
A1#V1
A2#V2
!ndar (ou tanque) 1
!ndar (ou tanque) 2
Os as condiUes do solventeextracto entrado de cadatanque podero ser di$erentes.
# V8 W c Q8 X # V1 W c Q1
V
Q?1
11 =
# V1 W cY QY8 X # V2 W cY Q2
V
Q?2
22 =
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
Jos A. L. Sanos PROCESSOS DE EN!EN"ARIA QUMICA E BIOL#!ICA M$s%a&o In$'%a&o $( En'$n)a%*a B*o+,'*-a
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67/126
286
;e o solvente extracto $or puro (no contiver soluto) ento
Q8 X QY
8 X 8 e E8 X cEY8 X cY
R$n&*($no &a $2%a-34o
!ndar (ou tanque) 1 ( )
VVV
V#V3V#
V#Qc
8
18
88
31811Z> === para Q8 X 8
!ndar (ou tanque) 2V
VV
V#
Qc1
213
1
2Y
2Z> == para QY8 X 8
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Base de c,lculo 188 ? de $ase re$inado ($ase aquosa)
E1cQ1
!ndar 1A1#V1
ase aquosa
ua 78 ?;oluto ! 18 ?
;olvente or'nico X 68 ?
!ssim
# X 78 ?Dassa de solvente re$inado
c X 68 ?Dassa de solvente extracto
9oncentrao de soluto na $ase re$inado inicial ,uade!/?de?8+1117818V8 ==
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
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78 x 8+111 X 78 V1 W 68 Q1
+5V
Q?1
11
== Q1 X +5 V1
>emos duas equaUes eduas inc-nitas
78 x 8+111 X 78 V1 W 68 x +5 x V1
41+4188x8+111
8+81:38+111188x
VVV8
183
===R$n&*($no &a $2%a-34o
!ndar 1 # V8 W c Q8 X # V1 W c Q1
V
Q?1
11 =
com Q8 X 8
V1 X 8+81: ? de !/? de ,uaQ1 X 8+117 ? de !/? de solvente or'nico
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LQUIDO / LQUIDO
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6.H 8 EXTRACO COM LQUIDOS PARCIALMENTE MISCEIS
! situao mais $requente em extraco lquido3lquido corresponde utiliao desolventes parcialmente miscveis.
Esta situao condu a que cada uma das $ases o#tidas apresente %s -o(as$ %$;*na&o $ase mais rica em solvente re$inado3 $ase onde est, inicialmente o soluto a recuperar/puri$icar
>as$ $2%a-o $ase mais rica em solvente extracto3 $ase para onde o soluto vai ser extrado
>emos assim SISTEMAS TERN?RIOS
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LQUIDO / LQUIDO
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A+'7ns $2$(
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DIA!RAMAS TERN?RIOS
Cara um determinada temperatura+ os dados de equil#rio de sistemas tern,rios
(-o(
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
;oluto
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
;olvente
Ae$inado;olvente
Extracto
&$ so+=$n$ %$;*na&o
0 &$ so+=$n$ %$;*na&o 9so+=$n$
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
;oluto
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
;olvente
Ae$inado;olvente
Extracto
&$ so+7o
0 &$ so+7o9so+7o
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
;oluto
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
;olvente
Ae$inado;olventeExtracto
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
;oluto
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
;olvente
Ae$inado
;olvente
Extracto
%os diaramas trianulares o solvente re$inado puro (188) pode situar3se no v"rticeesquerdo ou no v"rtice direito da #ase do tri'nulo. = mesmo ocorre com o solventeextracto.
ou
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;oluto
;olventeAe$inado
;olventeExtracto
aseExtracto
aseAe$inado
T*
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300
;oluto
;olventeAe$inado
;olventeExtracto
aseExtracto
ase
Ae$inado
C7%=a *no&a+ &$ so+7*+*&a&$o7 &$ sa7%a34o
R$'*4o &$M*s-**+*&a&$
Pa%-*a+
R$'*4o &$M*s-**+*&a&$
%os diaramas tipo I s- um par de componentes " parcialmente miscvel.
=s pares so+=$n$ %$;*na&o/so+7o e so+=$n$ $2%a-o/so+7o 3 so completamente miscveis.
= par so+=$n$ %$;*na&o/so+=$n$ $2%a-o 3 so parcialmente miscveis.
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;oluto
;olventeAe$inado
;olventeExtracto
aseExtracto
aseAe$inado
C7%=a *no&a+ &$ so+7*+*&a&$o7 &$ sa7%a34o
R$'*4o &$M*s-**+*&a&$
Pa%-*a+
R$'*4o &$M*s-**+*&a&$
DE
A
Kma mistura D (situada na ona de imisci#ilidade) separa3se em duas $ases em equil#rio($ases con^uadas) $ase extracto+ E+ e $ase re$inado+ A.
= semento de recta que une as duas $ases desina3se por *$8+*n$(ou +*n)a &$
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;oluto
;olventeAe$inado
;olventeExtracto
aseExtracto
aseAe$inado
C7%=a *no&a+ &$ so+7*+*&a&$o7 &$ sa7%a34o
R$'*4o &$M*s-**+*&a&$
Pa%-*a+
R$'*4o &$M*s-**+*&a&$
DE
A
!s *$8+*n$s desaparecem no
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D*a'%a(as *
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D*a'%a(as *
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R$
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;oluto
;olventeAe$inado
;olventeExtracto
aseExtracto
aseAe$inado
D
E
A
C+-7+o &a (assa &as ;as$s -on7'a&as
! rao das massas das duas $ases con^uadas pode ser calculada aplicando a %$'%a &a
a+a=an-a tie3lineque une as duas $ases.
Feste modo
DAED
estracto$aseDassare$inado$aseDassa=
ou
EAED
totalDassare$inado$aseDassa =
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Mo&$+o (a$(*-o
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R$so+734o '%;*-a &o a+an3o &$ (assa '+oa+
A8 W E8 X A1 W E1 X D ;oluto
;olventeAe$inado ;olventeExtracto
aseExtracto
aseAe$inado
DE1
A1E8
A8
!plicao da %$'%a &a a+a=an-a
EA
DA
>otalDassaEdeDassa
88
88 =
EA
DE
>otalDassaAdeDassa
88
88 =
Dassa >otal X Dassa (A8 W E8)X Dassa (A1 W E1)
onde
E1Q1
A8
V8
>as$ $2%a-o
>as$ %$;*na&o!ndar 1
E8
Q8 X 8
A1
V1
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EXEMPLO 6.H
! composio molar das $ases em equil#rio ($ases con^uadas) para a mistura '7a/-*&o a-*-o/so+=$n$ E (extracto) est, indicada na ta#ela seuinte+ para a temperaturade 2[Z9 e para a presso de 1 atm.
>as$ E2%a-o >as$ R$;*na&o
So+=$n$ E ?-*&oA-*-o
?'7a So+=$n$ E ?-*&oA-*-o
?'7a
75+4 8+88 1+ 8+4 8+88 77+
74+1 1+:1 1+:7 8+4 8+4 75+7
71+4 6+:2 1+55 8+74 1+7 74+1
5:+: 1+ 2+8 1+55 :+52 7+
41+1 2[+[ +:8 +78 11+: 5:+4
[5+7 6+4 :+:8 6+88 15+2 4[+5
:[+1 :[+ 7+68 18+8 27+1 68+7
4+1 :6+: 16+[ 1[+1 6+2 :5+4
25+7 :[+8 26+1 25+7 :[+8 26+1
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
A: 9onstrua+ num diarama trianular equil,tero+ o diarama de $ases para esta mistura+indicando a +*n)a *no&a+ &$ sa7%a34o e a +*n)a -on7'a&a.
Fiarama trianular equil,teroSo+7o
So+=$n$s %$;*na&o $ $2%a-o
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Darcao de um ponto
ua 68+7c. !c"tico 27+1;olvente E 3 18+8
L*n)a *no&a+ &$ sa7%a34o
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Darcao de um ponto
ua 68+7c. !c"tico 27+1;olvente E 3 18+8
L*n)a *no&a+ &$ sa7%a34o
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Darcao do restantes ponto
Pono -%5*-o(ouplait3point)
E2$(
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
C7%=a *no&a+ &$ so+7*+*&a&$o7 &$ sa7%a34o
R$'*4o &$M*s-**+*&a&$
R$'*4o &$M*s-**+*&a&$
Pa%-*a+
L*n)a *no&a+ &$ sa7%a34o
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
L*n)as &$
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
L*n)a -on7'a&a 3 lina auxiliar no traado de qualquer tie3line
! di$iculdade em traar uma tie3linedeve3se ao $acto delas no serem paralelas.
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
L*n)a -on7'a&a S$+$--*ona(os &o*s +a&os &o &*a'%a(aCelos extremos de cada tie3line$aer passar semi3rectas paralelas a cada um dos ladosseleccionados+ o#tendo3se um ponto de intercepo das linas traadas (ponto da linacon^uada)
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LQUIDO / LQUIDO
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
L*n)a -on7'a&a S$+$--*ona(os &o*s +a&os &o &*a'%a(aCelos extremos de cada tie3line$aer passar semi3rectas paralelas a cada um dos ladosseleccionados+ o#tendo3se um ponto de intercepo das linas traadas (ponto da lina
con^uada)
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Aepetimos o procedimento para todas as tie3linesL*n)a -on7'a&a
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LQUIDO / LQUIDO
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Aepetimos o procedimento para todas as tie3lies e marcamos os pontos de interaco.L*n)a -on7'a&a
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Knimos todos os pontos de interaco+ $aendo passas a curva pelo ponto crtico.L*n)a -on7'a&a
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
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>emos a lina con^uada traada.L*n)a -on7'a&a
So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Fevemos indicar quais oslados do diarama trianularescolidos para traar alina con^uada.
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
B: _ual " a ama de concentraUes em que o ,cido ac"tico da $ase re$inada poder serextrado com o solvente extracto E puro`
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
E
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C: Indique a composio das $ases con^uadas resultantes das seuintes misturas tern,rias0. ua 3 [8 0 ,cido ac"tico 3 :8 0 solvente E 3 18 ( molares)G. ua 3 [8 0 ,cido ac"tico 3 28 0 solvente E 3 8
So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
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40
50
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100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
90:
9G:
= ponto (2) est, na ona de misci#ilidadeparcial
R, se $ormam $ases con^uadas
>raar a tie3lineque passa peloponto (2).
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
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?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
C: Indique a composio das $ases con^uadas resultantes das seuintes misturas tern,rias0. ua 3 [8 0 ,cido ac"tico 3 :8 0 solvente E 3 18 ( molares)G. ua 3 [8 0 ,cido ac"tico 3 28 0 solvente E 3 8
9G:
>ie3lineque passa pelo ponto (2).
= s$'($no &$ %$-a 7$
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
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20
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50
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70
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100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
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C: Indique a composio das $ases con^uadas resultantes das seuintes misturas tern,rias0. ua 3 [8 0 ,cido ac"tico 3 :8 0 solvente E 3 18 ( molares)G. ua 3 [8 0 ,cido ac"tico 3 28 0 solvente E 3 8
9G:
>ie3lineque passa pelo ponto (2).
= s$'($no &$ %$-a 7$
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C: Indique a composio das $ases con^uadas resultantes das seuintes misturas tern,rias0. ua 3 [8 0 ,cido ac"tico 3 :8 0 solvente E 3 18 ( molares)G. ua 3 [8 0 ,cido ac"tico 3 28 0 solvente E 3 8
E
R
9G:
Co(
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So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
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30
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50
60
70
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?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
R
E
D: 9onsidere uma $ase aquosa contendo :8 molar de ,cido ac"tico.0. _uais as quantidades m,xima e mnima de solvente E puro que permitem a
extraco do ,cido ac"tico.
%o intervalo entre E8max (correspondenteao ponto Dmax) e E8min (correspondenteao ponto Dmin) $orma3se duas $ases emequil#rio.
M(*(
M(a2
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D: 9onsidere uma $ase aquosa contendo :8 molar de ,cido ac"tico.0. _uais as quantidades m,xima e mnima de solvente E puro que permitem a
extraco do ,cido ac"tico.
C+-7+o &$ E(a2
Noa todas as medidas indicadas t&m como #ase os diaramas oriinais+ e no os diaramas destes slides.
C+-7+o &$ E(*n
DE
DA
AdeDolesEdeDoles
max8
max8
8
8max =
DE
DA
AdeDoles
EdeDoles
min8
min8
8
8min =
R$'%a &a a+a=an-a
R$'%a &a a+a=an-a
cm8+:cm18+6
188EdeDoles
8max =
cm7+6
cm1+:188
EdeDoles8min =
E(a2 G6V (o+$s
E(*n 0W6 (o+$s
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D: 9onsidere uma $ase aquosa contendo :8 molar de ,cido ac"tico.G. ;e adicionarmos :[ moles de solvente E a 188 moles de mistura aquosa+
qual " a composio e as massas das $ases con^uadas o#tidas` _ual orendimento da extraco e$ectuada`
E1
Q1
A8 188 moles
V8 X 8+:8
>as$ $2%a-o
>as$ %$;*na&o!ndar 1
E8 X :[ moles
Q8 X 8
A1
V1
Fa mistura das $ases extracto inicial e do solvente extracto inicial vamos o#ter uma
mistura com a seuinte composio (ponto D)
ua 3 8+68 x 188 moles 3 :1+:c ac"tico 3 8+:8 x 188 moles 24+6;olvente E :[ moles 3 1+8
Conto DCodemos marcar o ponto Dno diarama tern,rio.
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D: 9onsidere uma $ase aquosa contendo :8 molar de ,cido ac"tico.G. ;e adicionarmos :[ moles de solvente E a 188 moles de mistura aquosa+
qual " a composio e as massas das $ases con^uadas o#tidas` _ual orendimento da extraco e$ectuada`
podemos e$ectuar a resoluo r,$ica do #alano de massa para marcarmos oponto D no diarama
A8 W E8 X A1 W E1 X D 188 W :[ X A1 W E1 X D
=u ...
Ba+an3o &$ (assa
R$'%a &a a+a=an-a
DE
DAAdeDoles
EdeDoles8
8
8 = EA
DA)E(AdeDoles
EdeDoles8
88
8 =+ou
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D: 9onsidere uma $ase aquosa contendo :8 molar de ,cido ac"tico.G. ;e adicionarmos :[ moles de solvente E a 188 moles de mistura aquosa+
qual " a composio e as massas das $ases con^uadas o#tidas` _ual orendimento da extraco e$ectuada`
So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
M
R
E
cm+:DA =
cm11+8DA
moles1:[
moles:[ 8=ua 3 :1+:c ac"tico 3 24+6;olvente E 1+8
Conto D
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D: 9onsidere uma $ase aquosa contendo :8 molar de ,cido ac"tico.G. ;e adicionarmos :[ moles de solvente E a 188 moles de mistura aquosa+
qual " a composio e as massas das $ases con^uadas o#tidas` _ual orendimento da extraco e$ectuada`
So+=$n$E2%a-o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
?-*&o A-*-o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
?'7a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
M
R
E
R0
E0
E1
Q1
A8 188 moles
V8 X 8+:8
>as$ $2%a-o
>as$ %$;*na&o!ndar 1
E8 X :[ moles
Q8 X 8
A1
V1
Co(
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D: 9onsidere uma $ase aquosa contendo :8 molar de ,cido ac"tico.G. ;e adicionarmos :[ moles de solvente E a 188 moles de mistura aquosa+
qual " a composio e as massas das $ases con^uadas o#tidas` _ual orendimento da extraco e$ectuada`
Co(as$ $2%a-o
>as$ %$;*na&o!ndar 1
E8 X :[ moles
Q8 X 8
A1
V1
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D: 9onsidere uma $ase aquosa contendo :8 molar de ,cido ac"tico.G. ;e adicionarmos :[ moles de solvente E a 188 moles de mistura aquosa+
qual " a composio e as massas das $ases con^uadas o#tidas` _ual orendimento da extraco e$ectuada`
R$n&*($no &a $2%a-34o
6[+5188x8+:8x188
8+152x4[+238+:8x188188x
VAVA3VA
88
1188 ===
E1
Q1
A8 188 moles
V8 X 8+:8
>as$ $2%a-o
>as$ %$;*na&o!ndar 1
E8 X :[ moles
Q8 X 8
A1
V1
ou
6:+1188x8+:8x188
8+64x67+5188xVA
QE
8811
===
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM EXTRACO
LQUIDO / LQUIDO
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PROCESSOS DE ENGENHARIA QUMICA
E BIOLGICA
PROBLEMAS RESOLVIDOS E PROPOSTOS
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM OPERAES DE
EXTRACO LQUIDO/LQUIDO
Mes!"#$ I%e&!"#$ e' E%&e%("!)" B)$*+&),"
P!$-. $s0 A. Le$%"!#$ S"%$s
P!$-1 M"!)" #e 23)'" C. R$s"
P!$-1 M"!)" C!)s)%" 2e!%"%#es
2013/2014
P45 / A2R4565
A)! L)- 2e!'e%")$%
P47 / DS4565
Ce%!)-8&")$%
P49 / DCDR4565
D$8:*e C$%e D!;)%&
S-102
P4< / V4565
B*e%#)%& / S$!"&e
S-103
S-101
S-104
S-105
S-106
S-108
S-109
S-107
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
13!
CAPTULO 6 BALANOS DE MASSA A PROCESSOS COM OPERAES DE
EXTRACO LQUIDO/LQUIDO
EXEMPLOS RESOLVIDOS
EXEMPLO 6.5
Pretende"se recuperar um soluto # e$istente numa solu%&o a'uosa (10) (m/m* de #* por e$trac%&o
l'uido"l'uido+ Para tal utili,a"se um sol-ente org.nico num nico andar de e'uilrio+ Calcular o
rendimento da e$trac%&o+
D"#$s= Coeiciente de parti%&o 3 com 5 e 6 em 7g de soluto/7g de sol-ente+
8assa de sol-ente org.nico 0 7g/7g de ase a'uosa+
Considere os dois sol-entes completamente imisc-eis+
Res$*8>?$
Base de c9lculo: 100 7g de ase reinado (solu%&o a'uosa*+
8assa de sol-ente reinado: !0 7g
8assa de sol-ente e$tracto: c 00 $ 100 0 7g
Concentra%&o do soluto na ase reinado inicial: 5o 10/!0 0111 7g de #/7g de 9gua
Balan%o ao soluto: 50; c 60 51; c 61
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Processos de Engenharia Qumica e Biolgica Captulo
140
>ustituindo os -alores conhecidos nas e'ua%?es anteriores temos:
!0 $ 0111 !0 51; 0 61 pois 60 0
61 3 51
Ent&