Processos de Separação Prof. Guilherme Dotto Trabalho de adsorção Acadêmicos: Dian Celante e Santhiago Simões Abril de 2015
Processos de SeparaoProf. Guilherme Dotto
Trabalho de adsoro
Acadmicos: Dian Celante e Santhiago Simes
Abril de 2015
Introduo
Fenmeno de interao entre um fluido e a superfcie de um slido;
O fluido pode se adsorver ao slido de forma fsica (+ fraca) ou de
forma qumica (+ forte);
Geralmente a adsoro realizada em temperatura ambiente ou
mais baixa, pois temperaturas mais altas favorece a dessoro;
2
Introduo Lquido: remoo de componentes orgnicos de correntes aquosas,
impurezas coloridas, parafinas de aromticos, frutose da glicose;
Gasoso: remoo de gua de correntes de hidrocarbonetos, compostos sulfurados de gs natural, solventes e compostos malcheirosos do ar.
3
Objetivos
Fazer uma breve introduo terica sobre a adsoro;
Relatar os materiais e mtodos utilizados nas aulas experimentais;
Discutir os resultados obtidos;
4
Adsoro em bateladaReviso bibliogrfica
Usada preferencialmente quando o fluido um lquido;
Fcil operao e manuseio;
Importncia: obteno dos parmetros cinticos (jar test), tratamento de efluentes, retirar metais dissolvidos;
5
Pseudo-segunda ordem
= 1(1 exp 1 )
Pseudo-primeira ordem
=
1222 +
2
Ordem geral
=
1 1 + 111
6
Adsoro em bateladaReviso bibliogrfica
Radj (ajuste) = 1 (1 R)(N-1)/(N-p)
Onde R dado pelo Software, N o nmero de pontos experimentais e p o nmero de parmetros do modelo.
Erro mdio relativo:
=100%
=1
, ,,
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Adsoro em bateladaReviso bibliogrfica
Jar test
2 solues de 500 mL sob agitao, cada uma com concentrao de corante 200 mg/L;
Corantes Azul de metileno e Vermelho 40;
Adicionou-se 0,5 g de carvo ativado em cada jarro e disparou-se o cronmetro;
Retirou-se 5 mL de cada jarro em tempos pr-determinados;
Amostras foram filtradas e diludas;
Mediu-se a concentrao com auxlio de um espectrofotmetro;
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Adsoro em bateladaMateriais e Mtodos
Corante Azul de Metileno
t (min) Abs (-) Ct (mg/l)m de soluto na soluo
(mg)m de soluto no adsorvente
(mg) q exp (mg/g)
0 16,7400 137,2131 68,6066 0,0000 0,0000
5 15,9000 130,3279 65,1639 3,4426 6,8852
20 13,7400 112,6230 56,3115 12,2951 24,5902
25 11,1700 91,5574 45,7787 22,8279 45,6557
30 12,3400 101,1475 50,5738 18,0328 36,0656
40 11,8800 97,3770 48,6885 19,9180 39,8361
50 9,9500 81,5574 40,7787 27,8279 55,6557
60 8,3200 68,1967 34,0984 34,5082 69,0164
9
Adsoro em bateladaResultados
Corante Azul de Metileno (pseudo-primeira ordem)
R = 0,93101 Radj = 0,91951
q1 = 125,461 79,882
k1 = 0,0122 0,0103
q = (125,461)*(1-exp(-(,012194)*t))
0 50 100 150 200 250 300
t (min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
q (
mg/g
)
10
Adsoro em bateladaResultados
Corante Azul de Metileno (pseudo-primeira ordem)
q exp (mg/g) q modelo 1 ordem (mg/g) Erro relativo (%)
0,0000 0,0000 -
6,8852 7,4207 7,7775
24,5902 27,1519 10,4175
45,6557 32,9667 27,7929
36,0656 38,4376 6,5770
39,8361 48,4278 21,5678
55,6557 57,2712 2,9027
69,0164 65,0995 5,6753
Erro relativo mdio 11,8158
11
Adsoro em bateladaResultados
Corante Azul de Metileno (pseudo-segunda ordem)
R = 0,93171 Radj = 0,92195
q2 = 208,621 149,94
k2 = 0,000364 0,0001
q = t/(1/((,364e-4)*((208,061))**2)+(t/(208,061)))
0 10 20 30 40 50 60 70
t (min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
q (
mg/g
)
12
Adsoro em bateladaResultados
Corante Azul de Metileno (pseudo-segunda ordem)
q exp (mg/g) q modelo 2 ordem (mg/g) Erro relativo (%)
0,0000 0,0000 -
6,8852 7,5924 10,2702
24,5902 27,3730 11,3167
45,6557 33,1267 27,4425
36,0656 38,5253 6,8201
39,8361 48,3810 21,4501
55,6557 57,1537 2,6916
69,0164 65,0128 5,8009
Erro relativo mdio 12,2560
13
Adsoro em bateladaResultados
Corante Azul de Metileno (ordem geral)
14
R = 0,9312 Radj = 0,9197
qn = 149,8135 kn = 0,00217 n = 1,312344
q=(149,813)-(149,813)/((,00217)*((149,813))^((1,31234)-1)*t*((1,31234)-1)+1)^(1/((1,31234)-1))
0 10 20 30 40 50 60 70
t (min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
q (
mg/g
)
Adsoro em bateladaResultados
Corante Azul de Metileno (ordem geral)
q exp (mg/g) q modelo geral (mg/g) Erro relativo (%)
0,0000 0,0000 -
6,8852 7,5156 9,1546
24,5902 27,2899 10,9787
45,6557 33,0739 27,5580
36,0656 38,5049 6,7636
39,8361 48,4104 21,5240
55,6557 57,1905 2,7575
69,0164 64,9993 5,8206
Erro relativo mdio 12,0796
15
Adsoro em bateladaResultados
Corante Vermelho 40
t (min) Abs (-) Ct (mg/l)m de soluto na soluo (mg)
m de soluto no adsorvente (mg)
q (mg soluto no adsorvente/g adsorvente)
0,0000 7,4400 155,0000 77,5000 0,0000 0,0000
15,0000 7,2000 150,0000 75,0000 2,5000 5,0000
30,0000 7,0000 145,8333 72,9167 4,5833 9,1667
60,0000 6,8900 143,5417 71,7708 5,7292 11,4583
16
Adsoro em bateladaResultados
Corante Vermelho 40 (pseudo-primeira ordem)
R = 0,9934 Radj = 0,9901
q1 = 13,1507 1,1260
k1 = 0,035814 0,00664
q = (13,1507)*(1-exp(-(,035814)*t))
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
t (min)
0
2
4
6
8
10
12
14
q (
mg/g
)
17
Adsoro em bateladaResultados
Corante Vermelho 40 (pseudo-primeira ordem)
q exp (mg/g) q modelo 1 ordem (mg/g) Erro relativo (%)
0,0000 0,0000 -
5,0000 5,4657 9,3144
9,1667 8,6598 5,5298
11,4583 11,6171 1,3854
Erro relativo mdio 5,4098
18
Adsoro em bateladaResultados
Corante Vermelho 40 (pseudo-segunda ordem)
R = 0,9902 Radj = 0,9853
q2 = 18,6377 2,9968
k2 = 0,00150 0,00074
q=t/(1/((,001504)*((18,6377))**2)+(t/(18,6377)))
0 10 20 30 40 50 60 70
t (min)
0
2
4
6
8
10
12
14
q (
mg/g
)
19
Adsoro em bateladaResultados
Corante Vermelho 40(pseudo-segunda ordem)
q exp (mg/g) q modelo 2 ordem (mg/g) Erro relativo (%)
0,00000 0,00000 -
5,00000 5,51762 10,3525
9,16667 8,51455 7,1140
11,45833 11,68902 2,0132
Erro relativo mdio 6,4933
20
Adsoro em bateladaResultados
Corante Vermelho 40 (ordem geral)
R = 0,9910 Radj = 0,9865
qn = 16,4383 kn = 0,005901 n = 1,58731
q = (16,4383)-(16,4383)/((,005901)*((16,4383))^((1,58731)-1)*t*((1,58731)-1)+1)^(1/((1,58731)-1))
0 10 20 30 40 50 60 70
t
0
2
4
6
8
10
12
14
t (m
in)
21
Adsoro em bateladaResultados
Corante Vermelho 40 (ordem geral)
q exp (mg/g) q modelo geral (mg/g) Erro relativo (%)
0,00000 0,00000 -
5,00000 5,48336 9,6672
9,16667 8,54261 6,8079
11,45833 11,70120 2,1196
Erro relativo mdio 6,1982
22
Adsoro em bateladaResultados
Curva de Ruptura (Ct/C0 vs t)
Dependente da geometria da coluna, das condies operacionais e dos dados de equilbrio (jar test).
Tempo de ruptura: 5% de C0;
Tempo de exausto: 95% de C0;
Zona de transferncia de massa: quanto mais estreita, maior a capacidade de adsoro da coluna pode ser utilizada, logo, mais eficiente o processo. Tambm conhecida como altura de coluna no-utilizada ;
Adsoro em Leito FixoReviso bibliogrfica
23
Vazo de 20 mL/min
Sol. 2 g/L;
Coluna 70,3 g de
carvo ativado; Z = 27,5 cm;
Amostragem 5 em 5 minutos at Ct = C0;
Leitura no spectrofotmetroUV-Vis em 500 nm;
Ct
C0
Adsoro em Leito FixoMateriais e Mtodos
24
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Ct/
C0
Tempo (min)
Curva de ruptura
Tempo de exausto te150 minutos
Tempo de ruptura tr-Mnimo de 8,4%-
Adsoro em Leito FixoResultados
25
00,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 25 50 75 100 125 150 175
Ct/
C0
Tempo (min)
Curva de ruptura
Tempo de exausto te150 minutos
Tempo de ruptura tr3 minutos
= 1
= 27,5 1 3
150
= 26,9
Zona de Transferncia de Massa Volume total tratado (Volume Efetivo)
=
= 20 190
= 3800
Adsoro em Leito FixoResultados
26
=01000 0
Massa total adsorvida
=20 2
1000 0
190
(1 3 2 2 + 3 + 4)
= 2,43
= 1 0
Adsoro em Leito FixoResultados
27
=01000
Massa total alimentada
=20 2 190
1000
= 7,6
=
Capacidade da coluna
=2,43
70,3
= 34,6
R= 100
Percentual de remoo
=2,43
7,6 100
= 32%
Adsoro em Leito FixoResultados
28
Modelo de Thomas
0= 1 +
0
Modelo de Yoon-Nelson
0= 1 +
Adsoro em Leito FixoResultados
29
Modelo de Thomas
0= 1 +
0
Modelo de Yoon-Nelson
0= 1 +
ParmetroValor
experimentalValor do Modelo
Erro (%)
qe (mg/g) 34,6 34,1 +2
ParmetroValor
experimentalValor do Modelo
Erro (%)
(min) 53 60 13
=0,03 mL/mg.min =0,04 min-1
Adsoro em Leito FixoResultados
30
Concluso
Experimento de batelada
Foi mal conduzido devido ao fato de que as leituras de concentrao do espectrofotmetro no foram boas, exigindo a excluso de alguns pontos experimentais para que o modelo se ajustasse melhor;
Foi possvel notar que o carvo ativado tem mais interao com o azul de metileno do que o vermelho 40;
Experimento em leito fixo
Tempo de ruptura de 5% no foi possvel de observar;
ZTM abrangeu 98% da altura total da coluna;
Modelo de Thomas e Yoon-Nelson ajustaram bem aos dados, com exceo ao primeiro ponto (erro experimental).
31