Filtração

A filtração é a remoção de partículas sólidas de um fluido através do seu escoamento por um meio filtrante (McCABE et al., 2005), essa operação de separação esta incluída nas aplicações da mecânica do escoamento de fluidos através de sólidos particulados. A filtração é uma das aplicações mais comuns do escoamento de fluidos através de leitos compactos. A operação industrial é exatamente análoga às filtrações efetuadas em escala laboratorial, usando-se um papel de filtro e funil. Em todos os casos, a separação se realiza pela passagem forçada do fluido através de uma membrana porosa. As partículas sólidas ficam retidas nos poros da membrana e acumulam-se, formando uma camada sobre a esta membrana. O fluido

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que pode ser ou um gás ou um líquido, passa pelo leito de sólidos e através da membrana retentora (FOUST et al., 2011).

A filtração industrial difere da filtração de laboratório somente no volume de material operado e na necessidade e na necessidade de ser efetuada a baixo custo. Assim, para se ter uma produção razoável, com um filtro de dimensões moderadas, deve-se aumentar a queda de pressão, ou deve-se diminuir a resistência ao escoamento, para aumentar a vazão. A maioria do equipamento industrial opera mediante a diminuição da resistência ao escoamento, fazendo com que a área filtrante seja tão grande quanto possível, sem que as dimensões globais do filtro aumentem proporcionalmente. A escolha do equipamento filtrante depende em grande parte da economia do processo, mas as vantagens econômicas serão variáveis de acordo com: (i) viscosidade, densidade e reatividade química do fluido; (ii) dimensões da partícula sólida, distribuição granulométrica, forma da partícula, tendência a floculação e deformidade; (iii) concentração da suspensão de alimentação; (iv) quantidade de material que deve ser operado; (v) valores absolutos e relativos dos produtos líquido e sólido; (vi) grau de separação que deseja efetuar (FOUST et al., 2011; McCABE et al., 2005).

Com isso, essa operação permite a separação dos produtos indesejáveis gerados durante a reação de neutralização, pois estes componentes são particulados presentes na mistura proveniente dessa reação, obtendo assim um óleo de qualidade para posterior efetivação da reação de transesterificação.

3.7.2. Decantação

A separação de uma suspensão diluída pela sedimentação gravitacional, até se ter um fluido límpido e uma lama com maior teor de sólidos ou a separação de fluidos de mesmo estado físico, mas com densidades relativamente diferentes, é denominada decantação ou sedimentação. O mecanismo de decantação pode ser descrito da melhor forma, através da observação dos efeitos que ocorrem num ensaio de sedimentação de acordo com a Figura 3.18 (FOUST et al., 2011).

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Figura 3.18: Mecanismo de Decantação. (FOUST et al., 2011)

A figura acima mostra uma solução preparada de modo a ter a concentração uniforme; a fase mais densa começa a decantar e, por hipótese, aproximam-se rapidamente das respectivas velocidades terminais, em condições de decantação obstadas. Estabelecem-se zonas de concentração diferentes à medida que a decantação continua, as alturas de cada zona variam conforme a diferença de densidade apresentada nos constituintes da mistura. Observa- se que A e D aumentam a expensas de B e finalmente chega-se a um ponto em que B e C desaparecem, e em D tem-se o fluido de maior densidade; este é conhecido como ponto de decantação crítico. O processo de decantação, daí por diante, consiste na remoção dos constituintes sedimentados para a separação total das fases envolvidas (FOUST et al., 2011; McCABE et al., 2005).

Assim, o processo de decantação é indicado tanto para a separação da borra de neutralização no pré-tratamento de óleos vegetais quanto para a separação da glicerina da fase éster provenientes da reação de transesterificação, além de também ser aplicado na separação do solvente de extração nos processos de extração líquido-líquido e sólido-líquido, pois temos fluidos com densidades distintas.

3.7.3. Lavagem

Uma mistura líquida pode, às vezes, ser separada pelo contato com um segundo solvente líquido. Os componentes da mistura são solúveis, em diferentes graus, no solvente. No caso, ideal o componente a ser extraído é solúvel no solvente, e os outros componentes são insolúveis. Então o soluto é o único componente transferido da mistura inicial para a fase

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do solvente. A mistura inicial torna-se o refinado à medida que dela se extrai o soluto logo a fase solvente transforma-se no extrato à medida que acolhe o soluto. Na prática, todos os componentes são, possivelmente, solúveis num certo grau uns nos outros e a separação só é viável quando as solubilidades são suficientemente diferentes. Em qualquer caso, o componente não extraído (inerte) deve ser suficientemente insolúvel para se formarem duas fases que possam ser extraídas. O processo de lavagem também pode ser denominado extração por solvente, ou seja, a separação de um componente de uma solução homogênea se faz pela adição de outro constituinte, insolúvel, o solvente, no qual o componente desejado da solução, o soluto, é preferencialmente solúvel; neste solvente o soluto difunde-se com uma velocidade característica até que sejam atingidas as concentrações de equilíbrio em cada uma das fases. (FOUST et al., 2011).

Segundo Barnicki e Fair (1990) a lavagem torna-se favorável frente a outro processo de separação, quando uma mistura está diluída e os componentes apresentam alto ponto de ebulição e alta polaridade, uma boa alternativa para remoção da glicerina residual no processo de refino do biodiesel.

Esse processo pode ser aplicado para separação da borra proveniente da reação de neutralização de óleos vegetais e para a separação da glicerina remanescente na fase éster, pois mesmo após o processo de decantação desses materiais, estes, ainda podem estar presentes em seus componentes respectivos de menor densidade. Devido às razões discutidas no item 3.6.1 e 3.6.2.

3.7.4. Evaporação

Numa operação de evaporação concentra-se uma solução pela vaporização do solvente na ebulição. Usualmente o produto desejado é a solução concentrada, mas ocasionalmente o solvente evaporado é o produto primário. Em primeiro lugar há a transferência de calor do meio calefator para a solução. A transferência ocorre, usualmente, através de uma superfície sólida, mas pode ser uma transferência direta entre gases de combustão e a solução evaporante. Em segundo lugar, há uma transferência simultânea de calor e massa do líquido para a fase vapor. Neste processo de transferência, aplicam-se todas as equações de velocidade, de balanços e de equilíbrio utilizadas no processo de destilação clássico. O processo de evaporação é realmente equivalente a uma operação a um só estágio. Os componentes, porém, separam-se com tamanha nitidez que as composições de equilíbrio são

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frequentemente esquecidas. Nas aplicações em que a fase vapor é o produto valioso, este equilíbrio pode ser importante (FOUST et al., 2011).

A evaporação é a operação em que se concentra uma solução pela ebulição do solvente. Nos casos, normais, suspende-se o processo concentrante antes de o soluto principiar a precipitar-se da solução. Na sua forma básica, portanto, um evaporador é constituído de uma fonte de calor que pode ser uma chapa aquecedora, capaz de levar a solução à fervura, e de um trocador de calor que pode ser um condensador, para separar a fase vapor do líquido em ebulição (McCABE; et al., 2005).

Como na reação de transesterificação em meio etanólico, necessita-se de uma razão molar em excesso de etanol, o processo de evaporação encontra-se como uma opção de grande relevância na separação do etanol não reagido, visto que, este componente dificulta a separação do sistema biodiesel/glicerina.

3.7.5. Centrifugação

O processo de centrifugação obedece ao mesmo princípio físico de decantação, mas utiliza-se o campo centrífugo, no lugar do campo gravitacional, para provocar a separação dos componentes de um sistema sólido-líquido ou líquido-líquido. O campo centrífugo provoca a “queda” da fase mais pesada através da fase mais leve, na direção radial afastando-se do eixo de rotação. (FOUST et al., 2011).

O uso da força centrífuga aumenta muitas vezes a força que atua sobre o centro de gravidade das partículas, facilitando a separação e diminuindo o tempo de residência no equipamento.Na ausência de forças externas, uma partícula que estiver em movimento linear continuará com velocidade constante e uniforme, mas quando submetida a uma força centrífuga, as partículas suspensas em seu meio serão isoladas em forma de lotes ou de um fluxo contínuo e a sedimentação será, então, forçada. É notório que o princípio do funcionamento das centrífugas baseia-se na relação da força centrípeta com suas grandezas (massa, velocidade tangencial, velocidade angular e o raio da trajetória associado à partícula

no movimento circular considerado). Os fluidos e os sólidos podem exercer uma força muito

elevada contra a parede do recipiente, esse fato limita o diâmetro das centrífugas (McCABE et al., 2005).

A partir desses princípios nota-se a possível aplicação do processo de centrifugação tanto no pré-tratamento de óleos vegetais, como no processo de separação da glicerina. Este

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processo também é aplicável na separação do solvente de extração no processo de lavagem, executando uma operação eficaz na separação dos componentes envolvidos.

3.7.6. Desidratação

A desidratação é um processo que consiste na eliminação de água de um produto por evaporação, com transferência de calor e massa. É necessário fornecimento de calor para evaporar a umidade do produto e um meio de transporte para remover o vapor de água formado na mistura a ser desidratada. O processo de desidratação pode envolver três meios de transferência de calor: convecção, condução e radiação (McCABE et al., 2005).

Durante o processo de desidratação, a umidade migra do interior para a superfície do produto, de onde se evapora para o ambiente ou para a recuperação dessa água. Alguns produtos podem ser desidratados por processos baseados na vaporização, sublimação, remoção de água por solventes ou na adição de agentes osmóticos (GEANKOPLIS, 2003).

3.8. MÉTODOS DE ANÁLISE

Os métodos de análises envolvidos nas etapas de produção de biodiesel a partir de óleos vegetais in natura demonstram propriedades físicas e químicas tanto para óleo como para o biodiesel. Estes métodos são de extrema importância para determinação de parâmetros relevantes na síntese desse biocombustível como: a escolha e caracterização da matéria-prima; as proporções de reagentes nas etapas reacionais; e a caracterização do biodiesel obtido. Os métodos de analises para fins de caracterização de materiais são conhecidos como controle de qualidade, neste caso temos métodos especificados para o controle de qualidade de óleos vegetais e para o controle de qualidade do biodiesel.