Classificação dos Processos de Separação

Produzido por Marcelo Alves
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Teoria

Motivação

Até agora, vimos que existe mais de um agente de separação, diferentes bases e etc. Mas que processos são esses utilizados pra separar compostos de uma mistura?

Agora chegou a hora de conhecer alguns processos de separação que ocorrem por transferência de massa. Mais especificamente ainda, aqueles que ocorrem por equilíbrio de fases. Mas não se assusta! Vamos explicar cada um desses processos com calma e você vai entender tudinho sobre eles, beleza?

Processos de Separação por Equilíbrio de Fases

Aqui vamos dar uma olhada nos seguintes processos de separação: evaporação, flash térmico, flash mecânico, destilação, absorção, esgotamento e extração. Primeiro vamos ver o que é cada um deles e, no final, rola um resumão com as infos mais importantes, beleza?

Evaporação

O processo mais simples de todos é o de Evaporação. Esse aí é aquele que acontece quando colocamos a roupa no varal. A roupa recebe energia e aí boa parte do líquido que está nela (a água) vira vapor e a roupa seca!

Flash Térmico

O flash térmico é representado da seguinte forma:

Repara que a carga entre no processo de separação e é separada em duas correntes: uma de vapor e uma de líquido.

E, dependendo da carga, pode ocorrer a entrada ou remoção de calor pra promover a separação.

Ele utiliza como princípio de separação a diferença de volatilidade. Esse processo é muito parecido com o de evaporação. A principal diferença é que a carga da evaporação só pode ser líquida e no flash térmico ela pode ser líquida ou vapor.

E repara que no flash térmico tem um dispositivo no fundo que tem justamente essa função de adicionar ou remover o calor!

Flash Mecânico

Além do flash térmico, existe o flash mecânico, que também utiliza a diferença de volatilidade, mas, ao invés de variar a temperatura, varia a pressão através de uma válvula antes do tanque de flash. E, assim como no flash térmico, as saídas são líquido e vapor.

Vamos ver agora outros processos um pouquinho mais robustos que o flash e a evaporação. Mas não me abandona, pois eles vão ser super importante na hora da prova!

Coluna de destilção

Esse equipamento é o CORAÇÃO das operações por transferência de massa.

Ele é tão especial que precisa de pedacinhos para gerar as fases.

Em relação aos processos que vimos até agora, aqui a gente vai adicionar um condensador no topo do equipamento, que transforma o vapor (igual o que saia no flash) em líquido. E, no fundo, é adicionado um refervedor para transformar o líquido em vapor. E, além disso, ao longo da coluna usamos dispositivos de contato, que são os pratos!

O vapor que é gerado no refervedor vai subindo a coluna e o líquido gerado no condensador vai descendo. Vapor e líquido vão interagindo um com o outro a medida que se deslocam na coluna, em cada um dos pratos. Com isso, vão promovendo a nossa separação.

Na verdade, existem vários tipos de pratos, que influenciam o quanto de contato vai ocorrer entre as fases vapor e líquido. Então, eles afetam a transferência de massa.

Existem também colunas que não são compostas por pratos. Ao invés disso elas são preenchidas de um material que chamamos de recheio. Usar pratos ou recheios influencia a nossa transferência de massa. E e ssa vai ser a principal diferença de colunas recheadas e de pratos: as contas de transferência de massa.

Uma observação muito importante: as correntes que entram e saem do condensador e refervedor podem ter propriedades diferentes! No nosso esqueminha ali de cima, representamos condensadores e refervedores totais, mas, quando a gente for avaliar as colunas de destilação, vamos mostrar todos os casos e explicar cada um deles com mais detalhes e com muito carinho. Não se preocupa com isso agora.

Até aqui, todos os processos que vimos precisavam de energia, certo? Mas, e quando o agente de separação não é o calor?

Coluna de Absorção

Na Coluna de Absorção, por exemplo, a gente utiliza a matéria como agente de separação. Portanto, nesse caso não existem condensadores (totais ou parciais) e nem refervedores, pois vamos considerar que a temperatura é constante ao longo de toda a coluna. Não estamos mais preocupados com o agente de separação energia, sacou?

A carga (entrada) desse processo deve ser sempre fase gasosa entrando por baixo! E o solvente (líquido) utilizado deve solubilizar um ou mais componentes da carga.

Então, o que ocorre é o seguinte: a carga gasosa entra em contato com um solvente líquido que é capaz de solubilizar componentes dessa carga. Com isso, o produto gasoso sai isento dessas espécies (ou com um pouquinho delas, se a absorção não foi completa) e o produto líquido sai enriquecido dessas espécies. Repara que a gente pode estar tanto “limpando” o produto gasoso de um contaminante, quanto recuperando um produto de valor que tava misturado à carga.

Portanto, na coluna de absorção vai ser suuuper importante avaliarmos a diferença de solubilidade.

Coluna de Esgotamento

A Coluna de Esgotamento ou Stripping é suuuper parecida com as colunas de absorção. Ela também não precisa de condensador ou refervedor e nem de pratos, o princípio é o mesmo.

A diferença é que as colunas de esgotamento trabalham com uma carga líquida. Geralmente, ela é utilizada após a coluna de absorção para recuperação do solvente que foi utilizado na outra. O agente de separação também é matéria. A função dessa coluna é remover gases tóxicos e só é economicamente viável quando o solvente gasoso é vapor dágua, pois é bem baratinho.

Extração

Por último, temos a extração! A extração também utiliza como agente a máteria. Ela é diferente dos processos anteriores, pois não possui uma fase líquida e outra vapor ou gás. Na extração, só estamos falando de líquidos. E ela pode ocorrer tanto num tanque quanto coluna. O mais normal é que utilize diversos tanques para melhorar a separação. Para uma boa eficiência, é necessário que ocorra agitação pra promover mais contato.

Essa separação ocorre, basicamente, por causa de uma maior afinidade de A por C do que por B. Assim, A vai preferir ficar na mesma fase que C e B ficará sozinho. Portanto, essa separação de B só ocorreu devido à diferença de solubilidade existente.

Resumão

Bora, resumir todas essas propriedades de cada processo numa tabela para ficar mais fácil quando tivermos que escolher um para utilizar?

Bora exercitar o que aprendemos até agora?

Resumão