As Características dos Processos de Separação

Introdução

Características dos Processos de Separação

2ªLei da Termodinâmica: Os processos que aumentam a entropia (ou desordem) do Universo ocorrem espontaneamente (Ex: caixa de moedas, água e sal…).

Trabalho termodinâmico: Processo de separação de uma mistura/solução de espécies em produtos de composição diferente.

Separação de água e de cloreto de sódio?

- Ebulição da água, separação, condensação…
- Congelação da água, separação, fusão…
- Bombagem a pressão elevada, filtração…

Importância dos Processos de Separação

Diagrama esquemático de um processo químico:

[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

[pic 12]

[pic 13][pic 14][pic 15]

Separação: diferença numa propriedade física ou química entre os componentes de uma mistura/solução[pic 16][pic 17][pic 18]

[pic 19]

Fluxo do componente A = Coeficiente de Transferência de Massa  x  Força Motriz

Variedade

Processo de Separação	Força Motriz	Agente de Separação
Destilação	Pressão de vapor	Calor
Extração liq-liq	Partição entre fases	Líquido imiscível
Filtração	Forma e tamanho particulares	Membrana
Separação gasosa	Difusividade; partição de fases	Membrana
Eletrodiálise	Carga elétrica; mobilidade iónica	Membrana com carga; campo elétrico
Absorção	Solubilidade de um gás líquido	Líquido não-volátil

Fase α  Fase β[pic 20][pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25]

                [pic 26][pic 27][pic 28][pic 29][pic 30][pic 31][pic 32][pic 33]

Interface

[pic 34][pic 35]

→ Reformer: Ciclização a alta temperatura, alta pressão, 6 leitos fixos, 74 L.s-1
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3[pic 36]

→ Separação vapor-líquido (recuperação de H2): a formação de vapor pode necessitar de aquecimento (evaporação) ou redução de pressão (expansão).

→ Destilação (debutanizador, regenerador, separador tolueno-xilenos, recuperador): baseada em diferenças dos pontos de ebulição, consiste em processos de vaporização-condensação consecutivos (40000 torres nos EUA, 7% da energia total consumida)

→ Extração: baseado em diferentes distribuições por fases com recurso a um solvente;

→ Cristalização: seguida de centrifugação ou filtração, baseia-se na formação de fases sólidas distintas.

Importância dos PS

Exemplos da importância da separação:

→ Reações químicas: produto desejado/produtos secundários/reagente não convertido/catalisador
→ Indústria petrolífera e petroquímica: processos de separação representam 50 % a 90 % do capital investido
→ Energia nuclear: separação do U235 do U238 por difusão gasosa
→ Ambiente: Poluição atmosférica, poluição da água
→ Farmacêutica: …

Importância económica dos PS

Preço de mercado = k (concentração inicial)-1

Termodinâmica: o trabalho isotérmico mínimo para a separação de uma espécie pura é proporcional a -ln(ai) sendo ai a atividade da espécie na mistura original.
→ Compressão dos processos de separação
→ Escolha do tipo de operação
→ Projeto e simulação do equipamento

Fatores de separação[pic 37][pic 38]

1. Fases imiscíveis: a composição de equilíbrio da espécie nas duas (ou mais) fases é diferente - processo de separação de equilíbrio, reversível ou de partição. [pic 39][pic 40][pic 41][pic 42][pic 43][pic 44][pic 45][pic 46][pic 47]

2. Fases iguais ou miscíveis: a composição dos produtos depende da velocidade com que a espécie se distribui nos mesmos – processo de separação cinético, irreversível ou de não-partição.

Fator de separação: medida da separação conseguida[pic 48][pic 49]

                                                                  αsij= (xi1/xj1)/(xi2/xj2)


[pic 50][pic 51][pic 52][pic 53]

αsij =1, não houve separação
αsij >1, i concentrou em 1 e j concentrou em 2
αsij <1, i concentrou em 2 e j concentrou em 1 [pic 54]