Base, agentes e fatores dos Processos de Separação

Teoria Completa

Processos de Separação

Fala aí, galera!!

Primeiramente, para a gente começar a bater um papo sobre os detalhes dos processos de separação envolvendo transferência de massa, acho supeeeer importante a gente entender que processos são esses.

Vamos pensar numa refinaria de petróleo? Você concorda comigo que o petróleo que extraem não é exatamente igual ao diesel e gasolina que você encontra no posto? Isso ocorre, pois dentre muitos dos processos que ocorreram ali, aconteceram também processos de separação dessas faixas e aí os produtos foram obtidos.

Essas “faixas” possuem cada uma suas propriedades específicas. Então, um Processo de Separação é baseado nas diferenças das propriedades físico-químicas entre as espécies presentes em uma mistura. E todo processo de separação vai resultar em 2 ou mais produtos, partindo de uma mistura.

E eles são muitíssimo importantes, pois SEMPRE estão presentes em uma planta química, desde o pré-tratamento até o processamento.

Base dos Processos de Separação

Para que esse Processo de Separação seja eficaz, é preciso manipular as condições do processo de forma que uma espécie se comporte completamente diferente das outras e assim e ela vai se diferenciar. E aí fica bem mais fácil separar.

Como assim? Isso pode ser feito de diversas maneiras!! Podemos propor condições para que uma espécie boie e as demais afundem, aí fica mais fácil separar essa que boiou. Ou, então, no processo proposto podemos fazer uma espécie mudar de fase e as outras ficarem na fase inicial e por aí vai....

Com isso, podemos definir um conceito super importante que são os Agentes de Separação!

Agentes de Separação

Os Agentes de Separação são os responsáveis por mudar as condições da mistura e fazer com que uma espécie se comporte completamente diferente.

Quanto estamos separando água e acetona, por exemplo, a forma mais fácil de realizar essa separação é utilizando calor. Para isso, podemos escolher qualquer processo que utilize a diferença de volatilidade entre elas.

Mas, agora, se eu quiser separar algo utilizando a diferença de solubilidade, eu não preciso utilizar o calor. O que vai estar realizando a minha separação será a própria matéria ( substâncias envolvidas ali).

Então quais são os dois agentes de separação?

Os principais Agentes de Separação são Energia ( calor no caso da acetona e água – diferença de volatilidade) e Matéria ( no caso da diferença de solubilidade).

Processos de Destilação, Flash e Evaporação ocorrem por diferença de volatilidade, pressão de vapor. Então seus agentes são energia.

Já os Processos de Extração atuam com a diferença de solubilidade! Logo, o Agente é a Matéria.

Fator de Separação

E para a gente fechar esse tópico, vamos pensar o seguinte: Fui lá e projetei um processo para separar os produtos da minha planta química, como posso determinar se o processo separou bem? Para isso, utilizamos o Fator de Separação.

O Fator de Separação é o grau de separação de um processo. E pra ficar mais simples de entender como calculamos ele, vamos olhar esse desenho:

Se considerarmos que após a mistura passar pelo processo saem dois produtos ( 1 e 2), e i , j representam os componentes em cada um desses produtos, podemos montar uma tabela usando números como exemplos.

Assim como calcularíamos o fator de separação desse processo? Através do i , j .

i , j = x i , 1 x j , 1 x j , 2 x i , 2 =   0,3 0,7 0,1 0,9 = 3,86

Onde x é a fração molar de cada componente em seu respectivo produto.

Então, esse vai ser muito importante para definirmos qual processo vai ser usado em cada caso. Vamos supor, você é dono de uma empresa e precisa que seu não seja tão alto, e te oferecem dois processos. O primeiro é muito caro mas vai te dar um ótimo grau de separação, o outro é bem mais barato e o grau de separação é mais baixo que o primeiro, mas é suficiente para você. A melhor opção será o segundo processo!

E só para concluir: Quanto maior for o alfa, melhor é a sua separação.

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração Própria

Defina Processos de Separação.

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Passo 1

Processos de Separação são processos que devem ser adotados quando queremos separar produtos ou componentes em determinadas correntes numa planta química. Eles são baseados nas diferenças de propriedades físico-químicas entre as espécies presentes na mistura.

Resposta

Processos de Separação são processos que devem ser adotados quando queremos separar produtos ou componentes em determinadas correntes numa planta química. Eles são baseados nas diferenças de propriedades físico-químicas entre as espécies presentes na mistura.

Exercício Resolvido #2

Elaboração Própria

Na procura por um Agente de Separação para separar uma mistura com pressões de vapor muito próximas, foi descartada a opção de utilização de Energia. Explique qual outro agente poderia ser utilizado e qual o motivo da Energia ter sido desconsiderada.

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Passo 1

Sabemos que a Pressão de Vapor mede a tendência de um líquido ir para a fase vapor. Então se dois componentes tem pressão de Vapor muito próximas, quando eles forem submetidos ao Calor ( Energia), eles vão para a Fase Vapor quase juntos. E aí fica muito difícil de separá-los!

Nesses casos, precisamos pensar em outro Agente de Separação. Uma alternativa seria avaliar a diferença de solubilidade desses compostos. Portanto, o Agente de Separação seria a própria Matéria.

Resposta

Matéria.

Não se pode utilizar a Energia, pois as pressões de vapor são próximas.

Exercício Resolvido #3

Elaboração Própria

Ao optar por um Processo de Separação, quais parâmetros devem ser considerados na escolha?

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Passo 1

Em todo Processo de Separação, pode ser calculado o Fator de Separação. E, a partir dele, será avaliado se o Processo atingiu os requisitos do ponto de vista físico-químico. Para isso, é necessário comparar o Fator calculado com as condições exigidas para os produtos.

Já do ponto de vista empresarial, precisa ser avaliado o custo de cada Processo. Muitas vezes, o Processo com maior Fator de Separação não é empregado, visto que com Processos mais baratos e com Fatores menores, as especificações já são atingidas. 😊

Resposta

Fator de Separação, Especificações Desejadas e Custos.

Exercício Resolvido #4

Elaboração Própria

Um Engenheiro precisa definir um processo para sua empresa para atuar na separação de dois produtos. Ele possui as seguintes informações sobre as frações de cada componente em cada produto por processo.

Qual processo possui melhor grau de separação?

Observação: 1 e 2 simbolizam as correntes, então a soma da composição dos produtos ( i , j ) em cada corrente tem que somar 1.

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Passo 1

O grau ou fator de separação é calculado pela seguinte fórmula:

i , j = x i , 1 x j , 1 x j , 2 x i , 2

Então, precisamos calcular o fator de separação para cada um dos processos.

Passo 2

Substituindo no Processo 1:

i , j = x i , 1 x j , 1 x j , 2 x i , 2 = 0,7 0,3 0,4 0,6 = 1,56

Fazendo o mesmo procedimento para o Processo 2:

i , j = x i , 1 x j , 1 x j , 2 x i , 2 = 0,6 0,4 0,7 0,3 = 3,5

Logo, o Processo 2 possui melhor fator / grau de separação, pois seu i , j é maior.

Resposta

Processo 2

Exercício Resolvido #5

Elaboração Própria

O Diagrama abaixo mostra a Pressão de Vapor do Éter etílico, Álcool etílico e água em função da temperatura.

Caso o Agente de Separação considerado seja Energia, qual mistura seria mais fácil separar: Éter etílico e água ou Álcool etílico e água?

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Passo 1

Quando estamos avaliando processos de separação, queremos conseguir diferenciar os componentes da maneira mais fácil possível. Nesse caso, o Agente de Separação é a Energia, Calor. Isso significa que vamos utilizar algum processo que aqueça.

A partir daí, um dos componentes vai para fase vapor e outro para líquida. Então, quanto mais distantes forem as pressões de vapor, na temperatura considerada, mais fácil será essa separação!

Lembrando que a Pressão de Vapor mede a tendência de um líquido ir para a fase vapor!!!!!!!!! Então, os dados de Pressão de Vapor estão super relacionados com nosso problema de separação 😊

Passo 2

Avaliando então as curvas de Pressão de Vapor, vemos que Éter etílico e água estão mais distantes que água e álcool etílico.

Logo, é mais fácil separar Éter e água, pois possuem pressões de vapor e volatilidades bem distintas.

Resposta

Processo 2

Exercício Resolvido #6

Adaptado de UFRGS, 2016

A produção de café descafeinado consiste em retirar a cafeína sem alterar muito o sabor original do café. Existem diferentes processos para a descafeinação.

Abaixo são apresentadas 2 situações sobre um desses processos:

1 - O processo consiste em utilizar um banho de solvente, como por exemplo o acetato de etila, que dissolve bem a cafeína e dissolve muito pouco os outros componentes do café.2 - O solvente utilizado em 1 é retirado através de evaporação.

Identifique nas duas etapas qual é o agente de separação.

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Passo 1

Na primeira etapa, vemos que está sendo utilizado um novo solvente e com base na diferença de solubilidade, ocorre a remoção da cafeína. Nossas opções de agente de separação são energia e matéria. Nessa descrição da etapa um, nem foi falado sobre temperatura ou nada disso, apenas sobre o uso de solvente, portanto o agente de separação é a matéria.

Passo 2

Para a segunda etapa, temos um processo de evaporação. Na evaporação, aumentamos a temperatura, certo? Portanto, o agente de separação dessa segunda etapa é a energia.

Resposta

Na primeira etapa, o agente de separação é a Matéria e na segunda etapa, a energia.

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