Extração líquido-líquido de ácido cítrico: estudo em bancada e em colunas mecanicamente agitadas

• Autor(a) principal: Estêvão Magno Rodrigues Araújo
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BAXNDF
• topic: Alamine 336; TOA; Ácido cítrico; Hidrodinâmica; Extração por solvente; Coluna mecanicamente agitada; Ácido cítrico; Extraçao por solventes; Engenharia quimica; Hidrodinamica

Este trabalho teve como objetivo o estudo da extração líquido-líquido de ácido cítrico em escala de bancada (ensaios descontínuos em estágio único) e em coluna mecanicamente agitada (Kühni) com 20 estágios. A solução aquosa era uma solução sintética (pH=1,5) contendo cerca de 10% m/v de ácido cítrico, concentração encontrada, em média, no mosto industrial proveniente da fermentação. Ensaios exploratórios foram realizados com diferentes fases orgânicas, de modo a selecionar o solvente mais adequado para os ensaios posteriores na coluna mecanicamente agitada. O solvente selecionado era composto pela amina terciária Alamine® 336 (extratante), pelo modificador Exxal 13 álcool tridecílico e por Escaid 110 (diluente alifático). Na sequência, foram estudados os efeitos do tempo de contato entre as fases e das concentrações de extratante e de modificador e na extração de ácido cítrico. Dentre as condições investigadas, as selecionadas foram um tempo de contato de 10 min, 30% m/v de Alamine® 336, 10% m/v de Exxal 13 álcool tridecílico em Escaid110. Nessa condição, foi determinada a isoterma de equilíbrio (29±2°C) e calculada a constante de equilíbrio (36,8 (mol.L-1 ) -1.5). Foi considerado que a reação de complexação entre a trioctilamina (TOA) e o ácido cítrico ocorre, principalmente, com o ácido em sua forma não ionizada, uma vez que o pH da solução de ácido alimentada era inferior ao do pKa1 desse ácido. Foi encontrado que, em média, cada molécula de ácido reage com 1,5 moléculas de extratante, o que pode indicar que reações com diferentes proporções de moléculas extratante/ácido cítrico podem estar ocorrendo simultaneamente. Foram calculadas, também, as constantes de velocidade das reações direta (k1) e inversa (k-1), 2,10 (mol.L-1 ) -1.5.s-1 e 5.69x10-2 s -1 , respectivamente. No cálculo da constante de equilíbrio, do coeficiente estequiométrico do extratante, das concentrações de ácido cítrico no refinado e no extrato e da concentração de extratante não complexado, os valores do coeficiente de determinação encontrados (R2 ) foram igual ou superiores a 0,93, o que é uma evidência de que os resultados para uma modelagem computacional para o sistema estudado seriam bem próximos dos obtidos experimentalmente. Nos ensaios em coluna, foram investigadas diferentes razões entre as vazões volumétricas de fase dispersa (orgânica) e de fase contínua (aquosa) (Fd/Fc = 1/3, 2/2 e 3/1) e foram obtidos os perfis de concentração de ácido cítrico nas fases aquosa e orgânica ao longo da coluna. Foram, também, determinados a fração de fase dispersa retida na mistura de fases (hold up) (), a velocidade de deslizamento ( s v ), o diâmetro médio das gotículas de fase dispersa (ddrop), a área interfacial efetiva de contato entre as fases (aint) e o coeficiente global de transferência de massa da fase contínua para a fase dispersa (). A melhor condição de extração (85%) foi obtida para a razão volumétrica Fd/Fc = 2/2 e Ft = 4 L.h -1 , em que , s v , drop, aint e Koc foram, respectivamente, 11,9%, 4,0 mm.s-1 , 0,50 mm, 678 m2 .m-3 e 1,97E-6 m.s-1 e o pH do refinado final foi 2,1