Operações Unitárias e Processos de Separação
Núcleo conceitual
As operações unitárias separam misturas por diferenças de propriedades: volatilidade (destilação), solubilidade (extração, absorção), tamanho (filtração, sedimentação), densidade (centrifugação) e afinidade (adsorção, membranas). O projeto exige balanços, equilíbrio e eficiência.
Conceitos exigidos
- Destilação: estágios teóricos, refluxo mínimo, McCabe-Thiele, volatilidade relativa.
- Absorção e stripping: relação de equilíbrio de Henry, fator de absorção.
- Extração líquido-líquido: coeficiente de distribuição, seletividade.
- Secagem, filtração (Lei de Darcy, torta compressível), troca iônica.
- Eficiência de prato e altura equivalente de prato teórico (HETP).
Armadilhas típicas
- Confundir refluxo mínimo com refluxo total (mínimo de estágios).
- Ignorar que a volatilidade relativa varia com a composição.
- Usar Lei de Henry fora da faixa de diluição.
- Esquecer que em extração o solvente deve ser imiscível e de fácil recuperação.
- Tratar eficiência de prato como 100% sem justificativa.
Regra de ouro e exemplo
Regra: em destilação, aumente refluxo para reduzir estágios; diminua para economizar energia - sempre respeitando o refluxo mínimo.
Exemplo: mistura binária com α = 2,5, alimentação saturada líquida, x_F = 0,5, x_D = 0,95, x_B = 0,05. Pela equação de Fenske com refluxo total: N_min = ln[(x_D/x_B)((1−x_B)/(1−x_D))]/ln α = ln[(19)(0,95/0,05)]/ln 2,5 = ln(361)/0,916 ≈ 5,89/0,916 ≈ 6,4 estágios. Com refluxo finito, o número real é maior - a relação de Gilliland fornece o acréscimo. Note que Fenske só vale em refluxo total.