Teoria

Agora que já sabemos o que são estágios, vamos estudar como organizamos eles uns em relação aos outros. Ou seja, vamos estudar os arranjos de estágios.

Bora começar com um exemplo.

A desidratação catalítica do etileno glicol, que gera para-dioxano e água, é muito utilizada industrialmente. Seus dois produtos são miscíveis entre si e geram, portanto, uma mistura homogênea. Então, a próxima etapa industrial é a separação desses dois produtos.

A primeira coisa que geralmente se pensa é a separação por temperatura. No entanto, a temperatura de ebulição da água é 100   ° C e do para-dioxano é 101,1   ° C . Então, separar por aquecimento vai ser muiiito complicado.

A outra possibilidade que vimos é avaliar a solubilidade. Benzeno e para-dioxano são totalmente solúveis, enquanto benzeno e água são totalmente insolúveis. Então, utilizar benzeno como solvente em um processo de extração pode ser viável.

A próxima etapa, caso estivéssemos pensando nesse processo, seria definir o arranjo que esses estágios vão ficar nessa extração.

Um estágio único

Caso a gente queira avaliar um estágio único para a extração, teremos apenas duas correntes entrando e outras duas correntes saindo.

As correntes entrando serão uma constituída da mistura água e para-dioxano (corrente W 0 e composição x w 0 ) e a outra constituída do benzeno (corrente B 0 e composição x B 0 ). E aí, a partir do contato entre as correntes, o para-dioxano “abandona” a água pra se misturar com o benzeno.

As saídas serão uma corrente aquosa com o restante de para-dioxano não removido (corrente W 1 e composição x w 1 ) e a corrente de benzeno com o material extraído (corrente B 1 e composição x B 1 ).

E aí, para verificar se a extração foi boa ou não, é só avaliar o K d , lembra? Caso não tenha sido, podemos estudar a possibilidade de trabalhar com outros arranjos de estágios.

Mais de um estágio com correntes em contra-corrente

Um arranjo de estágios muito comum é utilizar mais de um estágio em contra-corrente, a eficiência da extração é muito maior que em um estágio único.

Mais de um estágio com correntes em co-corrente

Nesse caso, a extração também é melhor do que no arranjo com um único estágio.

Esse arranjo se difere do de contra-corrente, porque as entradas e saídas percorrem os estágios na mesma ordem. Saca só:

A limitação desse arranjo é que a partir do momento que o equilíbrio é atingido, não ocorre mais nada nos estágios seguintes. É como se a partir do estágio de equilíbrio, os demais estágios fossem apenas um só.

Mais de um estágio com correntes cruzadas

Nesse arranjo, a vazão de solvente puro que está entrando, ou seja, o benzeno, é dividido entre os estágios. Dessa forma, os estágios sempre estão realizando a extração com solvente puro.

Esse processo é muiito eficiente, principalmente caso a vazão antes da divisão da corrente seja o dobro da vazão de solvente utilizada nos outros arranjos que estamos comparando. Pois, dessa forma, após a divisão da corrente entre os estágios, será a mesma vazão passando por estágio quando comparado aos outros arranjos, mas aqui, sempre com o solvente puro. E aí veríamos que é beem eficiente.

Mas, mesmo sem aumentar a quantidade de benzeno utilizada, a eficiência chega bem próxima da do arranjo em contra-corrente. Olha só esse gráfico que compara a eficiência entre os arranjos:

Observação importante:

Repara que como falamos de extração (fases líquidas), não utilizamos a notação de líquido e vapor ( x e y ). Maaas pode ser que mesmo assim seu professor use essa notação para líquidos e aí o x vai ser a fase mais pesada e o y , a fase mais leve. Beleza?

Outra observação importante é que a regrinha para dar o nome das correntes continua valendo, tá? Tudo que sai de um estágio, recebe um índice com o número desse estágio!!

Um estágio único

Mais de um estágio com correntes em contra-corrente

Mais de um estágio com correntes em co-corrente

Mais de um estágio com correntes cruzadas