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Processos de Separação Prof. Guilherme Dotto Trabalho de adsorção Acadêmicos: Dian Celante e Santhiago Simões Abril de 2015

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ppt sobre adsorção batelada e leito fixo

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  • 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

    , ,,

    7

    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;

    8

    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).

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