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EQ 801- Turma ALaboratório de Engenharia Química III

Faculdade de Engenharia QuímicaUNICAMP

1o Semestre de 2015

Adsorção do Corante Violeta Cristal em Esferas

de Vidro

GRUPO 06 RAFelipe Previtale 116779Francisco Buzolin 122065Heloisa Penitenti Oliveira 117191Marcelo Buffo 117898Tamiris Candia 106263Victor Alves Sato 122194Wellick Sanches de Almeida 118964

Experimento Realizado em: 14/04/2015 Campinas, SP – 05/05/2015

1

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

1.1 ADSORÇÃO

Quando há o contato entre duas fases (gás-sólido ou líquido-sólido), pode ocorrer um

acúmulo de substância na interface, fenômeno conhecido como adsorção. Esse fenômeno é

usado como processo de separação e é baseado na velocidade de transferência de massa entre as

duas fases. Essa operação de transferência de massa do tipo sólido-fluido avalia a habilidade de

certos sólidos em concentrar na sua superfície determinadas substâncias existentes em soluções

liquidas ou gasosas, o que permite separá-las dos demais componentes dessas soluções

(Gomide, 1988).

Para a escolha do adsorvente, é preciso conhecer e levar em conta suas propriedades, a

fim de obter uma separação eficiente, com baixo custo ou possibilidade de reuso. Para isso, é

preciso que o adsorvente apresente uma alta área superficial interna, seja de fácil regeneração e

não perca suas características físico-químicas rapidamente. Para que a separação ocorra de

maneira adequada, é necessário também que este apresente poros grandes o suficiente para

admitir a entrada do adsorbato e pequeno o bastante para não adsorver substâncias indesejáveis.

Os principais adsorventes comerciais são o carvão ativado, aluminas, argilas, resinas orgânicas e

adsorventes silicosos.

Esse processo apresenta algumas vantagens em relação a outras operações de separação:

baixo consumo de energia, possibilidade de separação de misturas azeotrópicas e tecnologia

economicamente vantajosa para controle de impacto ambiental, uma vez que é usado no

tratamento e purificação (remoção de cor, odor e gosto) de água, por exemplo.

1.2 TIPOS DE ADSORÇÃO

Adsorção pode ser um fenômeno físico ou químico. A adsorção física é um fenômeno

superficial reversível, onde as forças de Van der Waals são responsáveis pela separação. As

moléculas da fase fluida, mais atraídas pelas moléculas do sólido adsorvente, são retidas em sua

superfície formando uma camada ou uma multicamada de moléculas adsorvidas. Já a adsorção

química envolve a interação química entre o fluido adsorvido e o sólido adsorvente, conduzindo

Figura 1 - Esquematização de um processo de adsorção

2

à formação de um composto químico de superfície ou complexo de adsorção, formando uma

única camada molecular adsorvida (RICHARDSON et al, 2002).

1.3 TEORIA

A capacidade de um adsorvente para um dado adsorbato a interação de três

propriedades:

a) Concentração do adsorbato na fase fluida (C)

b) Concentração do adsorbato na fase sólida (Cs) ou quantidade de soluto adsorvido

por quantidade de adsorvente (q)

c) Temperatura (T)

Para representar o equilíbrio normalmente mantém-se T constante e plota-se C versus

Cs, obtendo-se a isoterma de adsorção. Mantendo a pressão constante e plotando-se C s versus T,

obtém-se a isobárica de adsorção. Em sistemas gás-sólido, é comum expressar C como a

pressão do adsorbato. (RICHARDSON et al, 2002).

As isotermas de equilíbrio podem apresentar algumas formas características, e indicam a

capacidade do adsorvente em adsorver o soluto do fluido. A isotérmica linear é característica de

adsorventes com superfície homogênea associada a baixas concentrações de solução. Já a

desfavorável é típica de superfícies heterogêneas. A irreversível mostra que o adsorvente possui

elevada afinidade com o soluto, por isso há um aumento abrupto de soluto adsorvido. Esses

comportamentos podem ser visualizados na Figura 2 (LABVIRTUAL, 2015).

Figura 2: Isotermas de Equilíbrio

3

Um modelo de isoterma simples e aplicável em adsorção em superfícies homogêneas com

pouca interação entre as moléculas adsorvidas é a isoterma de Langmuir. Ele considera que ao

mesmo tempo em que moléculas são adsorvidas, outras são dessorvidas (se tiverem energia de

ativação suficiente para isto), e portanto a taxa de adsorção torna-se proporcional à superfície

vazia disponível, assim como à concentração do fluido. Numa dada temperatura, a taxa de

dessorção é proporcional à área ocupada pelo soluto (θ). Considerando adsorção com formação

de uma única camada de moléculas sobre o adsorvente, tem-se:

k 0 (1−θ )C=k1θ [1.1]

Sabendo que: K=k 0

k1

e isolando θ, tem-se: θ= KC1+KC

Considerando: θ= NN m

, obtém-se a Equação 1.2.

N= XW

=Nm KC

1+KC [1.2]

Nesta equação, X é o número de moles do soluto adsorvido por W gramas de

adsorvente em equilíbrio com o soluto de concentração C. Nm é o valor de saturação da

monocamada em moles por grama. A constante K relaciona a adsorção específica (X/W) com a

concentração na faixa de concentração muito diluída.

Além das considerações feitas anteriormente para a obtenção da Equação 1.2, assumiu-

se também que não há interação entre as moléculas adjacentes na superfície, a energia de

adsorção é a mesma em toda a superfície, e as moléculas adsorvidas são fixas, ou seja, não se

movimentam através da superfície de adsorção.

A cinética permite o estudo do processo de adsorção numa condição de regime

transiente, ou seja, de não equilíbrio, em que há a formação de perfis de concentração. Podem-

se citar quatro etapas de transferência de massa nesse processo:

a) Transferência do soluto da solução para o filme ao redor da partícula

b) Transferência através do filme (difusão externa)

c) Transferência através dos poros do adsorvente (difusão interna), que pode combinar

difusão molecular através do fluido contido nos poros e difusão ao longo da

superfície do adsorvente

d) Adsorção sobre a superfície interna intraparticular

4

No processo de adsorção as moléculas perdem graus de liberdade e o calor de adsorção

é liberado. As resistências a transferência de massa afetam esta transferência de calor,

aumentando a temperatura do adsorvente.

O fluido e o sólido da adsorção podem entrar em contato através das seguintes formas:

a) Absorvente está fixo em um vaso, e as posições das correntes de entrada e saída do

processo de adsorção e dessorção mudam quando o leito satura. (Ex: Leito fixo)

b) O adsorvente se move através do vaso, é alimentado numa corrente de entrada, e

removido para regeneração numa corrente de saída. (Ex: Leito móvel com sólidos

em fluxo de pistão)

c) O absorvente é relativamente fixo em relação ao vaso, que se move relativamente

em relação à entrada e à saída. (Ex: Adsorvedor de leito rotatório)

O leito fixo é o tipo mais usado. A Figura 3 mostra a distribuição do adsorbato (soluto)

através do leito durante um ciclo de adsorção (RICHARDSON et al, 2002).

Figura 3: Distribuição de concentração através do leito

Na entrada do leito o adsorvente está saturado (em equilíbrio com adsorvente da

corrente de entrada), na saída do leito o teor de adsorbato no adsorvente ainda apresenta seu

valor inicial. Entre estes dois pontos há uma zona de transferência de massa que progride com o

tempo. No tempo t1 está zona está completamente formada, o tempo t2 representa uma zona

intermediária, e o tempo t3 representa o tempo de ruptura (tb), em que a zona começa a deixar o

leito. Uma boa operação termina em tb, pois a partir deste tempo a concentração do efluente

aumenta agudamente, este fenômeno pode ser observado na Figura 4.

5

Figura 4: Curva de ruptura

A Figura 5 mostra como essa zona de transferência de massa (zad) move-se ao longo do

leito, e como esse movimento tem a sua taxa reduzida com o tempo.

Figura 5: Curva de ruptura e movimentação da zona de transferência de massa no leito.

O tempo de ruptura diminui com a diminuição da altura do leito, com o aumento do

tamanho de partícula do adsorvente, com o aumento da velocidade do fluido através do leito e

com o aumento da concentração inicial de soluto da alimentação. Este é definido

arbitrariamente, Sridhar et. al. (1994) consideraram que ele ocorre em C=0,2C0.

O comprimento de leito não usado (CLNU) é um parâmetro importante para o projeto

da coluna de adsorção, pois é um indicativo da porção do leito que não é utilizada efetivamente

para separação. Este parâmetro surge da suposição de que há esta zona de adsorção (z ad), e é

definido com base na Figura 6 e pode ser expresso de acordo com a Equação 1.3: (RUTHVEN,

1984)

6

Figura 6: Curva de Ruptura usada para o cálculo de CLNU.

CLNU=(1−t ´t )L [1.3]

Em que L é a altura do leito, t’ é o tempo de ruptura (breaktrough) e t é o tempo

estequiométrico.

O tempo de ruptura (t’) pode ser representado pela área quadriculada da Figura 6, e é

determinado pela Equação 1.4.

t ´= Lv [1+( 1−ε

ε )( q1

C0)]=∫0

t ´

(1− CC0

)dt [1.4]

O tempo estequiométrico pode ser representado pela área rachurada da Figura 6, e é

determinado pela Equação 1.5:

t= Lv [1+( 1−ε

ε )( q0

C0)]=∫0

∞

(1− CC0

)dt [1.5]

Onde L é a altura do leito, v é a velocidade do fluido, ε é a porosidade do leito, e q é

quantidade de adsorbato adsorvido na superfície do adsorvente em equilíbrio com a solução. O

CLNU depende da velocidade do fluido, do tipo de adsorvente, do diâmetro da coluna, da

concentração da solução de alimentação e independe do comprimento da coluna.

A eficiência de recuperação do soluto (ηRS) corresponde à razão da área acima da curva

pela área total até o tempo de ruptura. A eficiência de utilização do leito (ηUL) corresponde à

razão da área acima da curva de ruptura até o tempo de ruptura, pela área total acima da curva

de ruptura. Estas áreas estão representadas na Figura 7 e podem ser calculadas pelas Equações

1.6 e 1.7.(SRIDHAR et al, 1984)

7

ηRS=S1

S1+S2

[1.6]

ηUL=S1

S1+S3

[1.7]

Figura 7: Curva de ruptura e áreas usadas para o cálculo das eficiências.

2. OBJETIVOS

O experimento teve como objetivos:

Determinar a distribuição do corante violeta cristal (adsorbato) entre a solução aquosa e

a superfície das esferas de vidro (adsorvente) em função da concentração do soluto à

temperatura ambiente, a partir de dados de absorbância da solução;

Calcular a eficiência de utilização do leito e de recuperação do soluto;

Questionar a validade do modelo de Langmuir para o sistema em estudo.

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 MATERIAIS E REAGENTES

Os materiais e reagentes utilizados em ambas as partes do experimento de adsorção

estão listados abaixo.

Solução de corante violeta cristal

Adsorvente: esferas de vidro

Agitador mecânico

Erlenmeyers

Provetas

8

Cronômetro

Coluna de vidro

Tubos de ensaio

Cubetas

Termômetro

Bomba peristáltica

Espectrofotômetro

3.2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

3.2.1 Experimento em batelada de adsorção de violeta cristal em esferas de vidro

Inicialmente, tomou-se uma amostra do balão volumétrico contendo solução do corante

violeta cristal para a determinação da absorbância no espectrofotômetro no comprimento de

onda de 590 nm. Com a absorbância, a concentração inicial de corante violeta cristal foi obtida

a partir da curva analítica fornecida.

Em 6 erlenmeyers, foram colocados 6, 8, 12, 16, 18 e 20 gramas de adsorvente seco

respectivamente e em cada vidro, foram adicionados 50 ml da solução de corante. Após

adicionados os reagentes, estes foram colocados no agitador pelo período de uma hora a fim de

se atingir o equilíbrio.

Atingido o equilíbrio, o sobrenadante foi colhido e suas absorbâncias determinadas no

espectrofotômetro e as concentrações calculadas.

3.2.2 Experimento em modo dinâmico em leito fixo: Curva de ruptura (breakthrough)

O mesmo passo inicial da seção 3.1 foi realizada para esta parte do experimento a fim

de se obter a concentração inicial da solução de corante.

Para iniciar a coleta das amostras, a bomba peristáltica foi ligada e a vazão regulada de

acordo com a indicação mostrada no equipamento. As amostras foram colhidas em intervalos

de 30 segundos até se atingir 10 minutos, intervalos de 1 minuto até se atingir 20 minutos e por

fim em intervalos de 2 minutos até se atingir 40 minutos. É importante ressaltar que o tempo

médio da coleta de uma amostra é de 10 segundos, portanto, realizou-se uma média na hora da

coleta de todas as amostras. Por exemplo, para a amostra de 30 segundos, iniciou-se o

colhimento aos 25 segundos para finalizá-lo aos 35 segundos.

9

Para um valor mais exato da vazão, a mangueira de silicone da base da coluna de vidro

foi desconectada e mediu-se o tempo que levou para o enchimento de uma proveta.

A representação do experimento em modo dinâmico está presente na Figura 8 abaixo.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1. ISOTERMAS DE ADSORÇÃO

Os dados de absorbância (A1, A2 e A3) medidos em triplicata, o valor da massa de corante (W) de cada solução e a absorbância média (Amédio) foram registrados na tabela abaixo, Tabela 1.

Tabela 1: Valores de absorbância para soluções com massa diferente de corante.

AmostraMassa

corante (g)A1 A2 A3 Amédio

0 0,00 1,230 - - 1,2301 6,05 0,887 0,877 0,876 0,8802 8,03 0,854 0,848 0,847 0,8503 12,06 0,775 0,753 0,753 0,7604 16,28 0,712 0,696 0,682 0,6975 18,04 0,652 0,628 0,611 0,6306 19,95 0,623 0,601 0,599 0,608

Para os cálculos das isotermas de Langmuir e Freundlich, obteve valores de concentração molar (C), quantidade de mol (X) e as razões X/W e X/(C/W). Os valores estão registrados na Tabela 2.

Tabela 2: Dados para a construção das isotermas experimentais, de Langmuir e de Freundlich

Amostra C (mol/L) X (mol) X/W (mol/g) C/(X/W) (g/L)

0 3,895E-05 0,000 - -1 2,786E-05 5,541E-07 9,159E-08 304,2292 2,690E-05 6,021E-07 7,499E-08 358,7813 2,408E-05 7,436E-07 6,166E-08 390,474

Figura 8: Montagem experimental (FEQ-UNICAMP,2015)

10

4 2,206E-05 8,444E-07 5,187E-08 425,3155 1,996E-05 9,494E-07 5,263E-08 379,2516 1,924E-05 9,853E-07 4,939E-08 389,597

A partir dos dados de X/W e concentração do soluto, obteve a isoterma experimental que está representada na Figura 9.

Através da análise dos dados experimentais da Tabela 1 nota-se que quanto maior a massa de adsorvente para uma dada concentração de solução, maior a quantidade de corante que fica retida em sua superfície e, portanto, menor a concentração da solução no equilíbrio e, consequentemente, menor a absorbância medida. Esse comportamento descrito representa sistemas com isotermas favoráveis.

1.000E-05 1.500E-05 2.000E-05 2.500E-05 3.000E-054.000E-08

5.000E-08

6.000E-08

7.000E-08

8.000E-08

9.000E-08

1.000E-07

C(mol/L)

X/W

(mol

/g)

Figura 9: Isoterma de equilíbrio obtida com os dados experimentais.

Ao construir gráficos para a isoterma de Freundlich – Log (X/W) vs. C – e da isoterma de Langmuir – C/(X/W) vs. C – foi possível determinar valores dos coeficientes angulares (A) e lineares (B) e o coeficiente de determinação da reta (R2). Com os valores de A e B determinou os parâmetros K que relaciona a afinidade entre o corante e as esferas de vidro, além da capacidade máxima do adsorvente (N). Todos os valores obtidos através das isotermas que constam na Figura 10 e Figura 11 estão registrados na Tabela 1.

Tabela 3: Resultados do ajuste das isotermas de Langmuir e Freundlich.

Langmuir Freundlich

A -8000000 1,50B 560,15 -0,25R² 0,49 0,88N -1,25E-07 0,67k -14281,9 0,057

11

-4.750 -4.700 -4.650 -4.600 -4.550 -4.500

-7.350

-7.300

-7.250

-7.200

-7.150

-7.100

-7.050

-7.000

-6.950

-6.900

f(x) = 1.50152941827284 x − 0.246256116504203R² = 0.88254756199364

Log(C)

Log(

X/W

)

Figura 10: Isoterma de Freundlich linearizada a partir dos dados experimentais.

1.500E-05 2.000E-05 2.500E-05 3.000E-05300.000

320.000

340.000

360.000

380.000

400.000

420.000

440.000

f(x) = − 7946028.43287702 x + 560.152224752224R² = 0.485278741375839

C (mol/L)

C/(X

/W)

Figura 11: Isoterma de Langmuir linearizada a partir dos dados experimentais.

Era esperado que os valores de K e N fossem positivos, pois isso indica que houve adsorção. No experimento, isso ocorreu somente para a isoterma de Freundlich, sendo assim os dados indicam que a adsorção obedece a uma distribuição logarítmica de sítios e multicamadas.

Para obter uma isoterma de Langmuir positiva era necessário um valor de quantidade de moles maior do que o encontrado, ou seja, valores de absorbância menores que os medidos para a mesma massa de corante utilizada no experimento. Esse erro pode ser explicado pela demora na medição da absorbância, levando a fotodegradação do corante.

Ao aplicar os pontos de concentração nas equações obtidas com os valores de N e K na equação da isoterma de Freundlich e Langmuir, encontrou os valores que estão na Tabela 4.

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Tabela 4: Valores de X/W (mol/g) obtidos através da

XW

=N . K .C1+K . C

[5.2 XW

=K .C1N [5.4.

Freundlich Langmuir

1,358E-07 1,567E-078,212E-08 8,263E-087,791E-08 7,80E-086,594E-08 6,55E-085,782E-08 5,75E-084,976E-08 4,984E-08

Com os valores da Tabela 4 com os valores da concentração de soluto e os valores de experimentais de X/W da Tabela 2 elaborou o gráfico que encontra na Figura 12.

1.000E-05 2.000E-05 3.000E-05 4.000E-05 5.000E-054.000E-08

6.000E-08

8.000E-08

1.000E-07

1.200E-07

1.400E-07

1.600E-07

1.800E-07Pontos experimentais Isoterma de Freundlich Isoterma de Langmuir

C(mol/L)

X/W

(mol

/g)

Figura 12: Isotermas de equilíbrio.

O método de Freundlich é recomendado para concentrações moderadas de soluto, sendo que valores de n>1 indicam adsorção favorável. Como n=0,67 e a concentração máxima de soluto é muito baixa, na ordem de 10-5, o ajuste de Freundlich não é adequado para o experimento.

4.2. CURVA DE RUPTURA

A vazão da coluna de adsorção foi definida como:

Tabela 5: Vazão da coluna de adsorção

Volume (mL) Tempo (s) Vazão (mL/min)Vazão média

(mL/min)10,00 28,93 20,74

17,1610,00 38,11 15,7410,00 36,87 16,2710,00 37,77 15,89

13

Os dados de absorbância e relações de concentração utilizados para a obtenção da Curva de Ruptura e os cálculos envolvidos na Regra dos Trapézios, necessários para a obtenção de tu e te se encontram organizados na Tabela 6 a seguir:

Tabela 6: Dados calculados

Tempo médio (s)

Abs C /C0 1-C/C0 Regra dos Trapézios - tu

Regra dos Trapézios - te

0 1,230 1,000 0,000 0,000 0,00030 0,010 0,008 0,992 14,878 14,87860 0,005 0,004 0,996 29,817 29,81790 0,003 0,002 0,998 29,902 29,902120 0,003 0,002 0,998 29,927 29,927150 0,003 0,002 0,998 29,927 29,927180 0,004 0,003 0,997 29,915 29,915210 0,007 0,006 0,994 29,866 29,866240 0,019 0,015 0,985 29,683 29,683270 0,045 0,037 0,963 29,220 29,220300 0,089 0,072 0,928 28,366 28,366330 0,206 0,167 0,833 26,402 26,402360 0,368 0,299 0,701 23,000 23,000390 0,532 0,433 0,567 19,024420 0,636 0,517 0,483 15,756450 0,710 0,577 0,423 13,585480 0,757 0,615 0,385 12,110510 0,824 0,670 0,330 10,720540 0,811 0,659 0,341 10,061570 0,838 0,681 0,319 9,890600 0,852 0,693 0,307 9,390660 0,913 0,742 0,258 16,951720 0,924 0,751 0,249 15,195780 0,929 0,755 0,245 14,805840 0,946 0,769 0,231 14,268900 0,973 0,791 0,209 13,195960 0,986 0,802 0,198 12,2201020 1,003 0,815 0,185 11,4881080 0,974 0,792 0,208 11,7801200 1,036 0,842 0,158 21,9511320 1,035 0,841 0,159 18,9761440 1,072 0,872 0,128 17,2201560 1,063 0,864 0,136 15,854

14

Estes dados permitiram a construção da Curva de Ruptura do sistema, como mostra a Figura 13:

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

1.000

tempo (s)

C/C0

Figura 13: Curva de Ruptura

Por meio da Figura 13 obtém-se o tempo de ruptura, t’, como sendo o ponto (300 s; 0,072). Este resultado viabiliza o cálculo de tempo útil (tu), tempo estequiométrico (te), CLNU, eficiência de recuperação (ηr) e eficiência de utilização do leito (ηu), conforme descrito na Memória de Cálculo, tendo como resultados:

Tabela 7: Resultados calculados

Constante Valor obtidotu (s) 281,5te (s) 615,3

CLNU (cm)

8,14

ηr 93,8%ηu 45,7%

Segundo a literatura, o valor do tempo de ruptura deve ser encontrado quando a concentração de saída atingir 10% da concentração de entrada, ou seja, quando C/C0=0,1. O valor de 0,072 definido na Tabela 6 para o ponto t = 300 s se mostra dentro do esperado, principalmente ao se considerar que o próximo ponto analisado já apresentou razão de 0,167, demonstrando que um ponto intermediário seria necessário para viabilizar a definição de um tempo de ruptura mais preciso.

É necessário notar que os cálculos foram realizados admitindo-se que C/C 0 alcançaria o valor de 1 ao final da curva de ruptura, sendo que na realidade o valor máximo alcançado foi de aproximadamente 0,9, tal diferença acarreta em erros no cálculo de te e tu. Observa-se, também, que por obtermos apenas dados discretos foi necessário empregar a Regra dos Trapézios para o cálculo das integrais, sendo essa regra apenas uma aproximação, trazendo consigo os erros inerentes a esse tipo de abordagem.

Quando comparamos a vazão média calculada de 17,16 mL/min com a vazão nominal da bomba peristáltica de 30 mL/min é notável que durante o processo experimental erros independentes dos operadores ocorreram. Estes, quando somados aos desvios nos cálculos

15

apresentados anteriormente, culminaram em resultados passíveis de melhora: a recuperação de soluto de aproximadamente 94% demonstra a efetividade do método de adsorção, entretanto, menos de 46% do volume do leito foi realmente utilizado, acarretando um comprimento de leito não utilizado superior a 8 cm, configurando uma grande subutilização do equipamento.

5. MEMÓRIA DE CÁLCULO

5.1. ISOTERMAS DE ADSORÇÃOA concentração foi obtida através do uso do coeficiente angular da Figura 4 com a seguinte

expressão:

C= 12,919. Am é diaMMcorante .1000

[5.1]

y = 12,919xR² = 0,9866

0

5

10

15

20

25

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Conc

entr

ação

(mg/

L)

Absorbância a 590 nm

Figura 14: Curva de analítica do corante violeta cristal (590 nm).

O valor da quantidade de mols em cada solução foi calculado pela equação abaixo, sendo V o volume da solução de corante e Co o valor da concentração para a amostra 0 (zero).

X=(Co−C ) .V [5.1]

Exemplo para a amostra 1:C = (12,919.0,880)/(408.1000) = 2,786.10-5 mol/LX = (3,895 - 2,786.10-5).0,050 = 5,541.10-7 mol

5.1.1 ISOTERMA DE LANGMUIRA isoterma de Langmuir é definida pela equação abaixo:

XW

=N . K .C1+K . C

[5.2]

Ao linearizar a equação acima, obtém a seguinte expressão:

16

CXW

= 1N .k

+ 1N

. C [5.3]

Exemplo para a amostra 1:Ao obter os valores dos coeficientes angular e linear através da Figura foi possível

determinar os valores de N e K para isoterma de Langmuir.(1/N) = AN = -1,25.10-7

1/(NK) = BK = 1/(-1,25.10-7. 560,15)K = -14281,9

(X/W) = N.K.C/(1+K.C)(X/W) = (-1,25. 10-7).( -14281,9). 3,89510-5/(1+-14281,9. 3,89510-5)(X/W) = 1,567.10-7

5.1.2 ISOTERMA DE FREUDLICHA isoterma de Freudlich é definida pela equação abaixo:

XW

=K .C1N [5.4]

Ao linearizar a equação acima, obtém a seguinte expressão:

log( XW )=log ( K )+ 1

Nlog(C) [5.5]

Exemplo para a amostra 1:Ao obter os valores dos coeficientes angular e linear através da Figura foi possível

determinar os valores de N e K para isoterma de Langmuir.(1/N) = AN = 0,67

1/(NK) = BK = 1/(-0,25.0,67)K = 0,057

(X/W) = K.C1/N

(X/W) = 0,057.(3,89510-5)1/0,67

(X/W) = 1,358.10-7

5.2. CURVA DE RUPTURA

O cálculo da vazão dentro do leito fixo foi realizado manualmente conforme a equação:

[5.6]

Onde t é o tempo necessário para o preenchimento de um volume de 10 ml. Realizado

em quadruplicata.

Exemplo para a primeira medição de vazão:

Q=V proveta

t= 10 ml

28,93 s .1

60min

s

=20,74 ml /min

17

A vazão média calculada foi de 17,16 ml/min.

A curva de ruptura foi obtida tomando-se os dados da razão entre as concentrações

das amostras C e a inicial Co e o tempo de cada medição, ou seja, C/Co x t. O cálculo da razão

C/Co foi realizado utilizando diretamente os dados de absorbância, não sendo necessária a

utilização da Figura 4, uma vez que a razão C/Co é adimensional e a equação de ajuste de

calibração possui apenas coeficiente angular.

As equações para o cálculo do tempo útil e do tempo estequiométrico foram,

respectivamente:

[5.7]

[5.8]

O tempo t’ é chamado tempo de ruptura e foi obtido por meio dos dados experimentais e da Figura sendo igual a 300 s, enquanto t’’ é o tempo no qual a curva de ruptura se estabiliza.

Para o cálculo de tu e te, foi utilizada a Regra dos Trapézios, definida como:

[5.9]

Resultando em:

tu = 281,5 s te = 615,3𝑠A eficiência de recuperação do soluto e eficiência de utilização do leito foram dadas por:

ERS=ηr=tu

t ' [5.10]

EUL=ηu=t u

t e

[5.11]

Sendo:

ηr=281,5 s300 s

=93,8 %

ηu=281,5 s615,3 s

=45,7 %

18

O Comprimento de Leito Não Utilizado também foi calculado, considerando-se um comprimento de leito L = 15 cm:

CLNU=(1−t u

te) x L [5.12]

Sendo:

CLNU=(1−281,5 s615,3 s )x 15 cm=8,14 cm

6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES

Ao observar o gráfico da Figura 12, nota-se que, para esta faixa de dados, ambos os modelos Langmuir e Freudlich possuem comportamentos similares, porém o a curva de Langmuir se ajusta melhor ao experimento.

A Tabela 7 define resultados plausíveis para a eficiência de recuperação do soluto e eficiência de utilização do leito, sendo que a primeira, com valor acima de 93%, demonstra a eficiência e aplicabilidade do processo de adsorção para a purificação de produtos na indústria química. Entretanto o leito disponível não foi utilizado por completo, tendo uma eficiência de utilização abaixo de 50%, tal resultado demonstra que o processo realizado em laboratório pode ser melhorado.

Sugere-se que o corante utilizado seja trocado por outro, não fotossensível, para que os dados sejam mais reais possíveis quanto ao valor real de adsorção, uma vez que não haveria fotodegradação do corante por exposição à luz ambiente durante a realização do experimento e no tempo decorrido entre a coleta da amostra e a medida de sua absorbância. Outra opção interessante, cuja viabilidade deveria ser analisada, é a de se realizar medidas com menores intervalos de tempo, esta alteração tornaria a definição do tempo de ruptura mais precisa e também reduziria a magnitude dos erros apresentados pelo método da Regra dos Trapézios, tornando os valores calculados mais confiáveis.

7. BIBLIOGRAFIA

1. McCabe, W.L., Smith, J.C., Harriott, P. “Unit Operations of Chemical Engineering”, 4th

ed., Mcgraw-Hill International Editions, 1985. p 546-549

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e Editora Ltda., São Paulo, 1988

3. RICHARDSON, J.F.; HARKER,J.H.; BACKHURST, J.R; Coulson and Richardson’s Chemical Engineering – Particle Technology and Separation Processes, V.2, 5º Ed., 2002.

4. LABVIRTUAL, (2015). Portal de Engenharia Quimica - Fundamentos e Princípios Físico-

químicos. [online] Disponível em: http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?

Itemid=450&id=188&option=com_content&task=view [Acessado em 01/05/2015].

5. SRIDHAR, P. et al. Mathematical simulation of bioseparation in an affinity packed column.

Chemical and Engineering Technology, vol. 17, n. 6, p. 422-429, 1994.

6. FEQ-UNICAMP; EQ801 – Laboratório de Engenharia Quimica III: Roteiro Experimental –

Adsorção, Campinas, 2015

19

7. Perry, R.H., Chilton, C.H. “Manual de Engenharia Química”, 3ª ed., Guanabara Dois, Rio

de Janeiro, 1980. p 15-2 – 15-7

8. Ruthven, D.M. “Principles of Adsorption and Adsorption Process”, Canadá. Jonh Wiley

and Sons. 1984. Pag 86 - 89;

20