2^{\underline{\text { a }}} ) Concurso Petrobras Químico (a) de Petróleo Junior (2010)
Os ácidos naftênicos estão presentes em petróleos de diferentes origens, inclusive no petróleo nacional. O principal inconveniente causado pela presença desses ácidos é o ataque aos equipamentos. Uma das alternativas para a remoção desses ácidos é a extração por solventes. Sobre essa operação unitária, foram feitas as considerações a seguir.
I- A utilização de modificadores capazes de alterar a relação solvente-diluente aumenta as perdas de solvente de extração por solubilidade no diluente.
II- A distribuição do soluto entre as fases pode ser governada pela equação x_{n}=x_{o} n k, onde x_{n} é o peso do soluto que permanece na fase extraída, x_{o} é a massa do soluto inicial, n é o numero de extrações e k é uma constante que envolve o coeficiente de distribuição.
III- Em misturadores-decantadores,quanto maior for a agitação, maior a transferência de massa; contudo, também será maior o risco de formação de emulsões.
IV- Para realizar extrações com dois líquidos de massas específicas muito próximas, pode-se lançar mão de uma centrífuga para acelerar o processo de separação das fases.
Estão corretas as considerações
(A) I e II, apenas.
(B) III e IV, apenas.
(C) I, II e III, apenas.
(D) II, III e IV, apenas
(E) I, II, III e IV.
Passo 1
O enunciado apresenta quatro afirmativas sobre extração por solventes e pede que se identifique quais são corretas. As afirmativas são:
I- A utilização de modificadores capazes de alterar a relação solvente-diluente aumenta as perdas de solvente de extração por solubilidade no diluente.
II- A distribuição do soluto entre as fases pode ser governada pela equação \,x_{n}=x_{o} n k\,, onde \,x_{n} é o peso do soluto que permanece na fase extraída, \,x_{o} é a massa do soluto inicial, \,n é o número de extrações e \,k é uma constante que envolve o coeficiente de distribuição.
III- Em misturadores-decantadores, quanto maior for a agitação, maior a transferência de massa; contudo, também será maior o risco de formação de emulsões.
IV- Para realizar extrações com dois líquidos de massas específicas muito próximas, pode-se lançar mão de uma centrífuga para acelerar o processo de separação das fases.
A pergunta final é: quais dessas considerações estão corretas? (Alternativas A–E)
Passo 2
Analisando a afirmativa I (modificadores e perdas de solvente).
Primeiro, o que é um modificador? É uma substância adicionada ao sistema que muda propriedades como polaridade relativa ou solubilidade mútua entre solvente e diluente. Se um modificador aumenta a solubilidade do solvente no diluente (ou vice‑versa), então haverá maior quantidade de solvente dissolvida na fase oposta e, portanto, maiores perdas de solvente por solubilização/arraste com a outra fase. Em outras palavras: maior solubilidade mútua ⇒ mais solvente “perdido” dissolvido na fase indesejada. Logo, a consequência afirmada (aumento das perdas de solvente por alteração da relação solvente‑diluente) é plausível e correta na prática. Conclusão: I é verdadeira.
Passo 3
Analisando a afirmativa II (fórmula linear \,x_{n}=x_{o} n k\,).
Vamos revisar corretamente a teoria básica de partição e extração para não deixar dúvidas.
Definição do coeficiente de distribuição (partição): seja \,K\, o coeficiente de distribuição do soluto entre a fase solvente e a fase alimentada (raffinate). Por definição
K=\frac{C_s}{C_a},
onde C_s é a concentração do soluto na fase solvente em equilíbrio e C_a é a concentração na fase alimentada (raffinate) em equilíbrio.
Considere uma extração simples com volumes constantes: volume da fase alimentada \,V_a\, e volume de solvente fresco por extração \,V_s\,. A massa inicial de soluto é \,x_0. Pelo balanço de massa no equilíbrio de uma etapa:
x_0 = C_a V_a + C_s V_s = C_a(V_a + K V_s).
Dessa expressão isolamos a concentração remanescente em raffinate:
C_a = \frac{x_0}{V_a + K V_s}.
A massa de soluto que permanece na fase alimentada após essa etapa é
Para n extrações sucessivas idênticas usando sempre volume V_s de solvente fresco, a massa remanescente após n extrações é uma potência:
x_n = x_0 \left(\frac{V_a}{V_a + K V_s}\right)^n.
Observe que isso é uma diminuição exponencial (ou geométrica) com n, não uma relação linear em n. Portanto a equação proposta no enunciado \,x_{n}=x_{o} n k\, (com dependência linear em n) está errada: a evolução depende de uma razão elevada a n, não de um termo proporcional a n. Conclusão: II é falsa.
Passo 4
Para fixar a ideia com um exemplo rápido (pequeno e sem calculadora pesada): suponha \,V_a=1, \,V_s=1 e \,K=1. Então
Depois de 1 extração resta metade; depois de 2 resta um quarto; depois de 3 resta um oitavo. Isso ilustra claramente o comportamento exponencial/geometrico — longe de ser linear em n. Isso reforça que a fórmula da afirmativa II está incorreta.
Passo 5
Analisando a afirmativa III (agitação em misturadores‑decantadores).
O papel da agitação é aumentar a área de contato entre as fases e reduzir resistências de filme, o que eleva a taxa de transferência de massa — exatamente o que se busca para uma boa cinética de extração. Porém, agitação excessiva produz gotas muito finas e estabilidade de emulsões, o que dificulta a separação gravimétrica na decantação e pode aumentar tempos de residência na etapa de separação. Então há um trade‑off: mais agitação → melhor transferência de massa, mas maior risco de emulsão. Conclusão: III é verdadeira.
Passo 6
Analisando a afirmativa IV (uso de centrífuga quando as densidades são muito próximas).
Quando as densidades das duas fases são próximas, a sedimentação por gravidade fica muito lenta porque a força de flutuação é pequena. Uma centrífuga aumenta a aceleração efetiva (substitui g por um g_{\text{efetivo}} muito maior), amplificando a força de separação e, portanto, acelerando muito a coalescência e a separação. Por isso centrífugas são empregadas em extrações quando a diferença de densidade é pequena ou quando se quer uma separação muito rápida. Conclusão: IV é verdadeira.
Passo 7
Resumo das conclusões:
I: verdadeira.
II: falsa (fórmula está incorreta; a forma correta para extrações sucessivas é geométrica/exponencial).
III: verdadeira.
IV: verdadeira.
Portanto as afirmativas corretas são III e IV apenas, que corresponde à alternativa (B).