Tipos de extração solido liquido

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CENTRO UNIVERSITÁRIO RITTER DOS REIS - UNIRITTER

FACULDADE DE ENGENHARIA

Operações Unitárias Processos de Separação

TIPOS DE EXTRAÇÃO SÓLIDO-LIQUÍDO

Francisca Rocha da Cunha

Giovanna Pinheiro Oliveira

Porto Alegre - RS

11/2024

Sumário 1        EXTRAÇÃO EM ESTADO NÃO ESTACIONÁRIO        3 1.1        Como ocorre a extração em estado não estacionário.        3 1.2        Tipos de extração em estado não estacionário        3 1.2.1        Extração in loco        3 1.2.2        Extração em pilha        4 1.2.3        Extração em taques de percolação        5 1.2.4        Extração em filtro prensa        5 1.2.5        Extração em vasos agitados        6 2        EXTRAÇÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO        7 2.1        Como ocorre a extração em estado estacionário        7 2.2        Tipos de extração em estado estacionário        7 2.2.1        Extração em vasos agitados        7 2.2.2        Extração em sementes de vegetais        7 3. REFERÊNCIAS        8 EXTRAÇÃO EM ESTADO NÃO ESTACIONÁRIO Como ocorre a extração em estado não estacionário. A extração sólido-líquido não estacionária consiste em transferir um soluto de uma fase sólida para uma fase líquida, com a concentração do soluto oscilando ao longo do tempo nas duas fases. No início, a taxa de extração é elevada devido à acentuada diferença de concentração entre as fases, porém, à medida que o sistema se aproxima de um estado de equilíbrio, a taxa de extração diminui. O procedimento pode ser representado por equações diferenciais que ilustram a velocidade de transferência de massa em ambas as etapas. A taxa de extração é influenciada por fatores como o tamanho das partículas, temperatura e agitação do líquido. Em um processo não estacionário, a velocidade de extração não se mantém constante ao longo do tempo, uma vez que as condições (como a concentração de soluto) nas fases líquida e sólida mudam conforme o processo progride. Na extração não estacionária, os fatores mais relevantes a serem levados em conta são: Transferência de massa: O processo de transferência de massa envolve a difusão do soluto da fase sólida para a fase líquida e vice-versa, quando a solução alcança um estado de equilíbrio. Fatores que influenciam a velocidade de extração: No começo do processo, quando a diferença de concentração entre as etapas é elevada, a velocidade de extração é mais acelerada. Conforme a concentração do soluto na fase líquida cresce, a velocidade de extração decresce.  Tipos de extração em estado não estacionário Extração in loco A extração in loco envolve o contato direto entre o material sólido (que contém o soluto) e um solvente ou fluido extrator, que dissolve as substâncias desejadas. Durante a extração, as concentrações de soluto nas duas fases (sólida e líquida) variam ao longo do tempo, o que caracteriza o estado não estacionário. Este tipo de extração é utilizado em processos como: Extração de substâncias de solos ou rochas, como em processos de remediação ambiental. Extração de compostos bioativos de plantas ou biomassa. Extração em mineração, onde solventes são usados para dissolver metais ou minerais de minérios diretamente no local. Vantagens: Custos operacionais reduzidos: A extração in loco pode ser mais econômica, pois elimina a necessidade de transporte de material sólido. Eficiência em locais de difícil acesso: Esta técnica é útil quando o acesso ou transporte do material sólido é complicado ou inviável. Menor impacto ambiental: A extração no local de origem pode reduzir o impacto ambiental, especialmente em processos de remediação. Desvantagens: Controle limitado: O controle das condições operacionais (como temperatura, pressão, agitação) pode ser mais difícil, o que pode resultar em menor eficiência. Processos mais lentos: A extração in loco tende a ser mais lenta do que em processos controlados em um ambiente industrial ou de laboratório. Limitações nos tipos de solutos e materiais: Nem todos os solutos ou materiais podem ser extraídos de forma eficiente in loco, principalmente quando o solvente não consegue penetrar bem na matriz sólida ou a transferência de massa é limitada. Extração em pilha A extração em pilha é um método de extração sólido-líquido no qual o material sólido é empilhado em camadas, e um solvente é aplicado na parte superior da pilha para dissolver o soluto. O solvente desce pela pilha, dissolvendo o soluto do material sólido, que é então coletado na base da pilha. Vantagens É uma técnica de baixo custo, pois exige menos equipamentos e energia em comparação com outros métodos de extração. Ideal para processar grandes volumes de material, sendo muito comum na indústria de mineração. A extração no local pode reduzir o impacto ambiental, pois evita o transporte do material. A técnica é relativamente simples, sem necessidade de sistemas complexos de agitação ou controle de temperatura. Funciona bem para materiais com baixas concentrações de soluto, onde outras técnicas seriam mais caras ou menos eficientes. Desvantagens O processo pode ser mais demorado, já que a percolação do solvente pela pilha é mais lenta. A distribuição do solvente pode ser difícil de controlar, o que pode afetar a eficiência do processo, resultando em extração desigual. Em alguns casos, a extração pode não ser totalmente eficiente, e nem todo o soluto pode ser removido. O uso de certos solventes, como cianeto na mineração, pode causar riscos ambientais, como contaminação de águas subterrâneas. Requer grandes espaços para formar as pilhas, o que pode ser uma limitação em locais com áreas restritas. Extração em taques de percolação É um processo de extração em que o material sólido contendo o soluto é colocado em um tanque, e o solvente é passado através do material para extrair o soluto. O solvente circula por dentro do tanque, dissolvendo as substâncias desejadas no sólido, que são então separadas do material sólido após a extração. Vantagens O processo é mais controlado em comparação com a extração em pilha, permitindo ajustes mais precisos nas condições operacionais (como temperatura, tempo de contato e fluxo do solvente). A eficiência de extração pode ser superior à da extração em pilha, pois o solvente tem um contato mais eficiente com o material sólido. Pode ser utilizado para uma ampla variedade de materiais e tipos de solvente, sendo aplicável a indústrias como mineração, farmacêutica e alimentos. O processo pode ser escalado para operações de maior volume, sendo fácil de adaptar para diferentes capacidades de produção. Desvantagens O uso de tanques pode ser mais caro, devido ao custo dos equipamentos, necessidade de controle mais sofisticado e maior consumo de energia. O processo requer monitoramento constante para garantir que as condições de extração, como a concentração do solvente e o tempo de contato, estejam adequadas para maximizar a eficiência. Os tanques de percolação exigem mais espaço e infraestrutura comparados às pilhas, e podem envolver operações mais complexas, especialmente quando se trata de fluxos contínuos ou intermitentes. Apesar da eficiência, pode haver perdas do soluto durante o processo, especialmente se o tempo de contato ou as condições operacionais não forem otimizadas corretamente. Extração em filtro prensa É um processo no qual um material sólido é submetido a pressão em um filtro prensa para separar os componentes sólidos dos líquidos. Nesse processo, o material sólido é colocado em compartimentos filtrantes e um líquido (geralmente um solvente) é forçado a passar por esse material sob pressão, extraindo o soluto desejado e permitindo a separação do sólido. É uma técnica eficiente e rápida para separar sólidos e líquidos em processos de extração, sendo amplamente usada em indústrias como mineração, farmacêutica, alimentícia e de tratamento de resíduos. Vantagens O filtro prensa permite uma boa separação entre os sólidos e os líquidos, o que melhora a pureza do percolado e a eficiência do processo de extração. A aplicação de pressão acelera o processo de extração, reduzindo o tempo necessário para a separação dos componentes sólidos e líquidos. Comparado com outros métodos de extração, como a extração em tanques ou colunas, a extração por filtro prensa tende a ser mais econômica em termos de consumo de energia e materiais. A aplicação de pressão controlada permite ajustar as condições operacionais e otimizar a eficiência da extração, o que facilita a adaptação a diferentes tipos de material e solvente. O filtro prensa pode ser dimensionado para processar grandes volumes de material de forma contínua, tornando-o adequado para processos industriais em grande escala. Desvantagens O filtro prensa requer manutenção constante, principalmente para evitar obstruções nas camadas filtrantes ou desgaste dos componentes da prensa. Se o material sólido for muito compacto ou difícil de ser penetrado pelo solvente, a eficiência do processo pode ser reduzida, já que a pressão aplicada pode não ser suficiente para garantir uma boa extração. : O material sólido após a filtragem pode ser um resíduo que precisa ser tratado ou descartado adequadamente, o que pode aumentar o custo e o impacto ambiental do processo. O uso de filtro prensa requer uma infraestrutura dedicada e espaço para instalação e operação do equipamento, o que pode ser uma limitação em algumas plantas de processamento. Dependendo da natureza do processo, pode ser necessário usar grandes volumes de solventes, o que implica em custos adicionais e pode aumentar o risco de impactos ambientais se não for feita uma recuperação eficiente do solvente. Extração em vasos agitados É um processo de extração em que o material sólido é colocado em um vaso ou recipiente e agitado para melhorar o contato entre o solvente e o material sólido, facilitando a extração do soluto. É eficiente para a extração de solutos de materiais sólidos, proporcionando uma alta taxa de extração e permitindo um bom controle das condições operacionais. Esse método é comumente utilizado para separar substâncias de materiais como minérios, biomassa, alimentos e compostos bioativos. Vantagens A agitação contínua melhora o contato entre o sólido e o solvente, aumentando a taxa de extração, especialmente quando comparado a processos mais estáticos, como a extração em pilha. O processo permite o controle das condições de agitação (velocidade e tempo), temperatura e concentração de solvente, otimizando a eficiência da extração. Pode ser usado para uma ampla variedade de materiais e solventes, adaptando-se a diferentes tipos de extração, como extração de compostos farmacêuticos, óleos essenciais de plantas, ou substâncias de alimentos. A extração em vasos agitados pode ser dimensionada para diferentes capacidades, desde pequenas operações laboratoriais até processos industriais em larga escala. Desvantagens A agitação contínua requer o consumo de energia, o que pode aumentar os custos operacionais, especialmente em processos em larga escala. Em grandes volumes de material, o processo pode se tornar menos eficiente devido à dificuldade de manter o controle homogêneo em grandes tanques de agitação, o que pode resultar em extração desigual. Grandes volumes de solvente podem ser necessários, o que pode gerar custos elevados e preocupação ambiental caso o solvente não seja devidamente reciclado ou tratado. EXTRAÇÃO EM ESTADO ESTACIONÁRIO Como ocorre a extração em estado estacionário A extração em estado estacionário sólido-líquido é um método utilizado na purificação e separação dos componentes de uma mistura. A partir deste método é possível isolar um componente puro a partir de uma mistura, através da separação deste componente dos outros constituintes. Além deste método, vários outros podem ser usados para esta finalidade, baseados nas diferenças de propriedades físico-químicas dos componentes da mistura, por exemplo, sublimação, filtração, decantação, evaporação, vários tipos de destilação para a purificação de compostos líquidos, recristalização. No processo de extração contínua, transfere-se o material a ser estudado de um sistema sólido (por exemplo, uma planta) para uma fase líquida. A Figura 1 mostra um esquema de um equipamento para a extração contínua usando um aparelho de Soxhlet. O solvente é aquecido no balão até entrar em ebulição. O vapor formado sobe pelo tubo lateral até o condensador, onde sofre condensação, gotejando no extrator e cobrindo o cartucho. Quando o nível do solvente atingir o sifão, o solvente é sifonado pelo braço lateral, levando consigo as substâncias solúveis. O processo se repete enquanto o sistema ficar em aquecimento (algumas horas), com o objetivo de enriquecer o solvente no componente que se deseja separar. Após resfriamento, o solvente pode ser evaporado por destilação e reciclado. Vários solventes podem ser usados sucessivamente, aumentando a polaridade, para a extração de uma mesma amostra. Cada fração contendo substâncias de polaridades diferentes poderá ser analisada posteriormente (atividade biológica, purificação por cromatografia, etc). O processo é usado quando se quer evitar o uso de grandes quantidades de solvente para extrair pequenas quantidades de material. Usando o Soxhlet, uma quantidade mínima de solvente é suficiente para uma extração eficiente. Uma pequena desvantagem é que a temperatura do líquido no extrator é diferente do seu ponto de ebulição. Portanto, a extração com um líquido em temperatura menor é um pouco mais demorada [pic 2] Figura 1. Esquema de um sistema para extração utilizando Soxhlet. Tipos de extração em estado estacionário Extração em vasos agitados A extração em vasos agitados é um processo comum de extração em que o material de origem (geralmente sólido) é agitado em um líquido (solvente), promovendo a troca de compostos entre as fases. Esse processo é eficiente para a extração de compostos solúveis que estão na fase sólida. A agitação do vaso aumenta a área de contato entre o sólido e o líquido, acelerando o processo de extração. A etapa pode ser feita em batelada ou de forma contínua, dependendo da aplicação. Vantagens: Boa eficiência na extração de compostos solúveis. Possibilidade de controlar a temperatura e a agitação para otimizar a extração. Desvantagens: Consumo de energia devido à agitação. A necessidade de controlar a temperatura e o tempo de extração. Extração em sementes de vegetais Este tipo de extração é utilizado para extrair óleos essenciais, lipídios ou outros compostos bioativos de sementes vegetais. As sementes, que contêm substâncias lipossolúveis, são submetidas a processos como prensagem (mecânica) ou extração por solvente. O solvente utilizado dissolve os compostos desejados das sementes, que podem então ser separados e purificados. Esse tipo de extração é muito comum na indústria de óleos vegetais, essências e na produção de biocombustíveis. Vantagens: Eficiência na extração de compostos lipofílicos. Pode ser feito com solventes naturais ou com processos de prensagem a frio. Desvantagens: A extração por solvente pode deixar resíduos de solvente no produto final. Em alguns casos, pode ser necessária uma pré-tratamento das sementes, como a secagem ou moagem, para aumentar a eficiências 3. REFERÊNCIAS https://www2.ufjf.br/quimica/files/2018/03/Aula-6-Extra%c3%a7%c3%a3o-Cont%c3%adnua-S%c3%b3lido-L%c3%adquido-4‌ http://livresaber.sead.ufscar.br:8080/jspui/bitstream/123456789/2760/1/TS_Badino_BalancoMassaEnergia Levenspiel, O. (1999). Engineering Chemical Kinetics. 3rd edition. John Wiley & Sons. FOUST, Alan S. Princípios das operações unitárias. 2. e d. Rio de Jane iro, RJ: LTC, 1982. ‌

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