Na produção de um óleo a partir de uma semente oleaginosa, sementes contendo 10 \% em peso de óleo e 90 \% de sólidos são trituradas e alimentadas a um tanque agitado, onde elas são suspensas em n-hexano (hexana) líquido. A razão de alimentação é de 3 kg de hexano/kg de sementes. Considere que todo o óleo das sementes seja extraído pelo hexano. A mistura eflluente do misturador passa para um filtro. A torta do filtro contém 75 \% de sólidos e o balanço (restante para completar a mistura) é óleo vegetal e hexana, sendo que essa última mistura está na mesma proporção na qual sai do misturador. A torta do filtro é descartada, e o filtrado líquido é alimentado a um evaporador a vácuo, no qual o hexano é vaporizado e separado do óleo. O vapor de hexano é a seguir condensado e reciclado ao tanque agitado.
a) Esquematize o fluxograma do processo.
b) Calcule o rendimento de produto óleo vegetal ( kg de óleo/kg de sementes alimentadas), a alimentação fresca (nova) de hexana requerida (kg hexana/kg de sementes), a razão de reciclo em relação à alimentação fresca (kg hexana reciclado/kg de alimentação fresca) e as composições (frações mássicas dos componentes) das borras deixando o extrator e do filtrado.
c) Sugira possíveis mudanças nas condições do processo ou etapas adicionais que podem melhorar o processo ou a economia do mesmo.

Passo 1

O enunciado trata de um processo de extração de óleo de sementes usando n-hexano. As sementes contêm 10\% de óleo e 90\% de sólidos. Elas são misturadas a uma alimentação total de hexano de 3 kg por kg de sementes num tanque agitado, de onde sai uma mistura que vai a um filtro. A torta do filtro (com 75\% de sólidos) é descartada, e o filtrado líquido segue a um evaporador que separa o óleo do hexano, este sendo condensado e reciclado.
Conteúdo: balanço de massa em processos químicos (misturador, filtração, evaporação) e cálculo de rendimento, alimentação fresca e razão de reciclo.

Passo 2

Esquematização simplificada do fluxograma:
Sementes trituradas + Hexano (alimentação total) → Tanque agitado (extrator) → Filtro
 – Torta do filtro (75 % sólidos) → descarte
 – Filtrado líquido → Evaporador a vácuo \to\bullet Óleo vegetal retirado como produto
  • Vapor de hexano → Condensador → retorna ao tanque como hexano reciclado

Passo 3

Balanço na alimentação ao extrator (por kg de sementes):
Sementes: 1 kg → 0,10 kg óleo + 0,90 kg sólidos
Hexano (total): 3 kg → todo como hexano
Mix de saída do extrator: massa total 1 + 3 = 4 kg, com
\begin{cases} \text{óleo: }0{,}10\text{ kg},\\\ \text{sólidos: }0{,}90\text{ kg},\\\ \text{hexano: }3{,}00\text{ kg}. \end{cases}óó

Passo 4

No filtro a torta contém 75\% de sólidos. Como todos os 0{,}90 kg de sólidos vão para a torta, sua massa é
C = \frac{0{,}90}{0{,}75} = 1{,}20\text{ kg}.
A fração líquida na torta é 1{,}20 - 0{,}90 = 0{,}30 kg, composta de óleo e hexano na mesma proporção do mix de 4 kg:
\text{fração óleo no líquido} = \frac{0{,}10}{4} \Big/ \Bigl(\frac{0{,}10}{4} + \frac{3}{4}\Bigr) = \frac{0{,}025}{0{,}775} = 0{,}03226,çãóí
\text{fração hexano no líquido} = 1 - 0{,}03226 = 0{,}96774.çãí
Logo, na torta líquida: óleo 0{,}30\times0{,}03226=0{,}00968 kg e hexano 0{,}30\times0{,}96774=0{,}29032 kg.
O filtrado sai com massa 4 - 1{,}20 = 2{,}80 kg, dos quais óleo 0{,}10 - 0{,}00968 = 0{,}09032 kg e hexano 3 - 0{,}29032 = 2{,}70968 kg.

Passo 5

No evaporador todo o hexano do filtrado ( 2{,}70968 kg) é recuperado e reciclado; o óleo ( 0{,}09032 kg) sai como produto.
Rendimento de óleo por kg de sementes:
\frac{0{,}09032}{1} = 0{,}09032\;\bigl(\text{kg óleo/kg sementes}\bigr).ó
A alimentação fresca de hexano é igual à perda no descarte (hexano na torta):
H_{\text{fresca}} = 0{,}29032\;\text{kg hexano/kg sementes}.
A razão de reciclo é
\frac{H_{\text{reciclado}}}{H_{\text{fresca}}} =\frac{2{,}70968}{0{,}29032}=9{,}33.

Passo 6

Composições (frações mássicas):
Torta do filtro (massa 1{,}20\) kg): \[\begin{cases} \text{sólidos: }0{,}90/1{,}20=0{,}7500,\\\ \text{óleo: }0{,}00968/1{,}20=0{,}00807,\\\ \text{hexano: }0{,}29032/1{,}20=0{,}2419. \end{cases}
Filtrado (massa (2{,}80] kg):
\begin{cases} \text{óleo: }0{,}09032/2{,}80=0{,}03226,\\\ \text{hexano: }2{,}70968/2{,}80=0{,}96774. \end{cases}ó

Passo 7

Possíveis melhorias no processo:
  • Usar extração contracorrente em dois ou mais estágios para aumentar o rendimento sem aumentar muito a circulação de solvente.
  • Incorporar lavagem da torta (spray de hexano) para recuperar o óleo retido na torta antes do descarte.
  • Operar a temperatura e a relação de fase sólida/solvente otimizadas para melhorar a solubilidade do óleo.
  • Substituir o filtro por centrífuga de alta vazão para reduzir perdas de óleo e solvente no sólido.
  • Usar trocador de calor eficiente e bomba a vácuo de baixo consumo para reduzir custos energéticos no evaporador.

Resposta

a) Fluxograma:
Sementes trituradas + hexano (alimentação total) → tanque agitado → filtro
 – torta do filtro (descartada)
 – filtrado → evaporador → óleo (produto) + vapor de hexano → condensador → hexano reciclado.
b)
– Rendimento de óleo: 0{,}09032 kg óleo/kg sementes.
– Alimentação fresca de hexano: 0{,}29032 kg hexano/kg sementes.
– Razão de reciclo: 9{,}33 (kg reciclado/kg fresco).
– Composição da torta: sólidos 0{,}7500, óleo 0{,}00807, hexano 0{,}2419.
– Composição do filtrado: óleo 0{,}03226, hexano 0{,}96774.
c) Sugestões de melhorias: extração contracorrente, lavagem de torta, otimização de temperatura e razão S/L, uso de centrífuga e aprimoramento energético no evaporador.

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