UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS QUMICOS ANLISE DO DESEMPENHO DE PLANTAS DE EXTRAO DE LEO CONVENCIONAIS E DE PROCESSOS SUPERCRTICOS EDINARA ADELAIDE BOSS ORIENTADOR: PROF. DR. RUBENS MACIEL FILHO DissertaodeMestradoapresentadaa Faculdade de EngenhariaQumicacomo parte dos requisitos exigidos para a obtenodottulodeMestreem Engenharia Qumica FEVEREIRO 2000 FICHACATALOGRFICAELABORADAPELABIBLIOTECADA READEENGENHARIA-BAE-UNICAMP B653a Boss, Edinara Adelaide Anlise do desempenho de plantas de extrao de leo convencionais e de processos supercrticos/Edinara Adelaide Boss.--Campinas, SP: [s.n.], 2000. Orientador: Rubens Maciel Filho Dissertao (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Qumica. 1. Extrao com fluido supercrtico.2. Extrao por solventes.3. Soja.I. Maciel Filho, Rubens.II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Qumica.III. Ttulo. Dedicatria Aos meus pais Gunther Boss e Marina Schwartz Boss, ao meuirmo Gunther Ewald Boss e ao apoio de Claudio Roberto Gallo. ii AGRADECIMENTOS 1.AoDepartamentodeProcessosQumicos(DPQ)daUniversidadeEstadualdeCampinas (UNICAMP)pelofornecimentodetodaestruturanecessriaaodesenvolvimentodeste trabalho. 2.AosintegrantesdoLaboratriodeOtimizaoProjetoeControleAvanado(LOPCA)e doLaboratriodeDesenvolvimentodeProcessosdeSeparao(LDPS)pelacolaborao narealizaodoprojeto,sobretudoaClaudiaJovitaG.Vasconcelospelosensinamentos referentes ao HYSYS. 3.UniversidadeRegionaldeBlumenauemnomedoDr.AntnioAndrChivangade Barros e de Cntia Soares. 4.Ao meu orientador Professor Rubens Maciel Filho pela amizade e compreenso. 5.EmespecialMarcelaMotadeSouzapeloseucoleguismo,compreensoecolaborao efetiva na realizao deste trabalho. 6.AosuporteemocionaloferecidoporMariaPurezaAlvesdosSantoseporLeciTerezinha dos Santos Pimenta Assoni. 7.CEVALpelasinformaesfornecidas,sobretudocolaboraodoEngenheiroDcio Tily May. 8. CAPES pelo apoio financeiro, sem o qual no seria possvel a realizao do mestrado. iii O nascimento de todos igual, as obras que fazem os homens diferentes. iv RESUMO Aextraoconvencional(hexano)eoprocessosupercrticosoduasformasdeobter leosvegetaiseprodutoscomaltovaloragregado.Aextraodeleodesementes tradicionalmentebaseadanousodesolventesorgnicos.Hojeemdia,omtodomais utilizadooprocessodeextraoporhexano.Atecnologiadefluidossupercrticosuma alternativaviveldeextrao.importantesalientarqueosleosvegetaissofontesde produtoscomaltovaloragregadocomoumavariedadedevitaminas,pigmentoselipdeos fosforadosquesodestrudos,ounototalmenteaproveitadosnoprocessoconvencionala hexanoe que poderiam ser mais apropriadamente recuperados no processo supercrtico. Este trabalho mostra a anlise da performance de ambas as plantas. Oprocessosupercrticofoisimuladobaseadonoprogramadesenvolvidopor REZENDE,1998,noqualutilizou-seummodelodeterminsticobaseadonadescrio matemticapropostaporSOVOVet.al,1994.Aplantadeextraoconvencionalfoi simuladaemumsimuladorcomercial.Oscomponentesdasojaforamrelacionados,em detalhes,naextraoconvencional.Ambasasplantasforamsubmetidasaumaanlisede sensitividadeparamtrica,atravsdeumplanejamentofatorial,paraanalisarainflunciadas variveis e suas interaes. Paraoperododaextraonoprocessoconvencional,todososparmetros analisadosnotmvariveiscomefeitossignificantes.Exerceminfluncianoprocessoa temperaturadasojanaentradadoextratoreaquantidadedesolvente.Aextraosupercrtica comdixidodecarbonoapresentatrsparmetrosinteressantesasedeterminar:dimetroda partcula,velocidadesuperficialdosolventeetemperaturadeprocessamento.Antesda extraodeve-sedeterminaromelhordimetrodepartcula.Avelocidadesuperficialea temperatura de solvente devem ser controladas durante o processo de forma a maximiz-lo. Aextraocomdixidodecarbonomelhorqueoprocessodeextrao convencionalquandorelacionadoaoimpactoambientaleaqualidadedoproduto.Este sucessomostraqueaextraocomdixidodecarbonoamelhoropoparaobterleo vegetaleprodutosdealtovaloragregadodevidoflexibilidadeoperacionaldasplantascom fluidos supercrticos. Palavras Chave: Extrao Convencional, Processo Supercrtico, Soja. v ABSTRACT Conventionalextractionandsupercriticalprocessaretwoformsofobtainingvegetableoil andproducts with high value.Seed oil extraction is traditionally based on the use of organic solvents.The hexane extraction process is nowadays mostly used in the industry. Supercritical fluid technology maybeaviablealternativetocurrentextractionmethods.Itisimportanttohighlightthatvegetable oilsaresourcesoflargeamountsofagreatvarietyofvitamins,pigmentsandphospholipidsthatare destroyed, or not fully usable, in the conventional hexane extractionwhich can be more appropriately recovered with the supercritical processes. This work shows the analysis of both plants performance.ThesupercriticalprocesswassimulatedbasedontheprogramdevelopedbyREZENDE, 1998,usingadeterministicmodelbasedonthemathematicaldescriptionproposed by SOVOV et. al,1994.Theconventionalplantwassimulatedinacommercialsimulator.Thesoybeancomponents were related in detail at the conventional extraction. Both of the plants were submitted to a parametric sensitivityanalysismadebymeansofacompletefactorialdesigntoanalyzethevariableinfluences and the effect of operating variables as well as the impact of their interactions.Attheconventionalprocessfortheextractionperiod,noneoftheanalyzedparametersare variableswithsignificanteffects.Thesoybeantemperatureintheextractorentrance,thesolvent amountandtemperaturehavesignificantinfluenceintheprocess.The carbon dioxide supercritical extractionhasthreeinterestingparametertodetermine:theparticle diameter,the superficial solvent velocity and the process temperature. The best particle diameter should bestipulate before extraction. Thesuperficialsolventvelocityandthetemperaturetomaximizetheprocesscanbecontrolled during the extraction. Thecarbondioxideextractionwasbetterthanthehexaneconventionalprocesswhenitis relatedtoenvironmentalsideeffectsandqualityproducts.Thissuccessdisplaythatthecarbon dioxideextractionisthebestoptiontoobtainavegetableoilandproductswithhighvaluebecause the operational flexibility of the supercritical fluids plants. Keywords: Conventional Extraction, Supercritic Process. Soy. vi SUMRIO DEDICATRIAi AGRADECIMENTOSii EPGRAFEiii RESUMOiv ABSTRACTv NDICE DE FIGURASix NDICE DE TABELASxi NDICE DE VARIVEISxii CAPTULO I: INTRODUO E OBJETIVOS 01 I.1. INTRODUO01 I.2. OBJETIVOS02 CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS PORSOLVENTE 05 II.1. INTRODUO05 II.2. SOLVENTES PARA EXTRAO DE OLEAGINOSAS: CARACTERSTICAS E TIPOS 05 II.3. EXTRAO CONVENCIONAL DE LEO POR HEXANO07 II.3.1.TIPOS DE EXTRATORES QUE UTILIZAM HEXANO09 II.3.2. ETAPAS ENVOLVIDAS NA PLANTA DE EXTRAO A HEXANO 12 II.4. EXTRAO COM DIXIDO DE CARBONO SUPERCRTICO17 II.4.1. INTRODUO17 II.4.2.CARACTERSTICAS DA EXTRAO SUPERCRTICA18 II.4.3.PLANTA DE EXTRAO COM DIXIDO DE CARBONO SUPERCRTICO 19 II.5. COMENTRIOS INICIAIS24 CAPTULO III: DESEMPENHO ENERGTICO DE PLANTAS INDUSTRIAIS26 III.1. ANLISE ENERGTICA EM PLANTAS DE EXTRAO DE LEO VEGETAL 26 III.1.1. PLANTAS CONVENCIONAIS DE EXTRAO26 III.1.2. CONSUMO ENERGTICO EM PLANTA SUPERCRTICA27 III.2. CONCLUSES28 CAPTULO IV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE 29 IV.1. INTRODUO29 IV.2. MECANISMO DE EXTRAO29 IV.3. MODELO PARA EXTRAO CONVENCIONALCOM HEXANO 31 IV.4. MODELO DE EXTRAO SUPERCRTICA35 IV.5. COMENTRIOS39 vii SUMRIO CAPTULO V: SIMULAO DO PROCESSO CONVENCIONAL DE EXTRAO DE LEO DE SOJA E ANLISE DE SENSITIVIDADE PARAMTRICA 41 V.1. PLANEJAMENTO FATORIAL41 V.2. SIMULAO E ANLISE DE SENSITIVIDADE PARAMTRICA APLICADA EXTRAO CONVENCIONAL 46 V.2.1. ESPECIFICAES46 V.2.2. EFEITOS48 V.2.3. SIMULAO DA EXTRAO CONVENCIONAL (HEXANO) SIMPLIFICADA 50 V.2.4. SIMULAO E ANLISE DE SENSITIVIDADE PARAMTRICA APLICADA EXTRAO CONVENCIONAL (ETANOL)50 V.2.4.1. ANLISE DE SENSITIVIDADE PARAMTRICA51 V.2.4.2. EFEITOS52 V.3. COMENTRIOS SOBRE AS ANLISES DE SENSITIVIDADE PARAMTRICA 53 CAPTULO VI: SIMULAO E ANLISE DE SENSITIVIDADEPARAMTRICA APLICADA AO MODELO DE EXTRAOSUPERCRTICA 55 VI.1. ESPECIFICAES55 VI.2. EFEITOS55 VI.2.1. EFEITOS PRINCIPAIS55 VI.2.2. EFEITO DA VELOCIDADE SUPERFICIAL DO SOLVENTE (U) COM O TEOR INICIAL DE LEO NO MATERIAL SLIDO (X0), TEOR DE LEO NO SOLVENTE ENTRADA DO EXTRATOR (Y0) E DIMETRO DA PARTCULA DO MATERIAL SLIDO (dp) 59 VI.2.3. EFEITO DOTEOR INICIAL DE LEO NO MATERIAL SLIDO (X0) COMO TEOR DE LEO NO SOLVENTE ENTRADA DO EXTRATOR (Y0) E DIMETRO DA PARTCULA DO MATERIAL SLIDO (dp), E O EFEITO DO TEOR DE LEO NO SOLVENTE ENTRADA DO EXTRATOR (Y0) COM O DIMETRO DA PARTCULA DO MATERIAL SLIDO (dp) 62 VI.2.4. COMENTRIOS DA ANLISE DE SENSITIVIDADE PARAMTRICA 65 VI.2.5. INFLUNCIA DA TEMPERATURA E DA SOLUBILIDADE NA EXTRAO SUPERCRTICA 65 viii SUMRIO CAPTULO VII: CONCLUSES FINAIS E SUGESTES DE TRABALHOS FUTUROS 66 VII.1. EXTRAO CONVENCIONAL VERSUS EXTRAO SUPERCRTICA 66 VII.2. SUGESTES DE TRABALHOS FUTUROS67 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS68 APNDICE A A SOJA75 APNDICE BESTRUTURAS DECOMPONENTES QUE FORMAM A SOJA83 APNDICE CTECNOLOGIA PINCH95 ix NDICE DE FIGURAS FIGURA II.3.1.Etapas de preparo dos gros para extrao. Adaptado de REZENDE, 1998. 13 FIGURA II.3.2. Plantaconvencionaldeextraodeleodesojahexano realizadanumsimuladorcomercialdenominadoHYSYS.Mixer ummisturador,heaterumaquecedor,flashutilizadopara separarasfaseslquidaevapor,coolerumresfriador,ondeo conjuntoflashcondensadorecoolerrepresentamo condensador. 17 FIGURA II.4.1. Representaoesquemticadeumaplantacontnuade extraodeoleaginosascomdixidodecarbonosupercrtico. EXT-1:Extrator;S-1:Separador;P-1:bombaparareciclar CO2;EleE2resfriadoresdeCO2;E3:aquecedordeCO2 ; E4: resfriador de CO2 ; K-1: Compressor de fluido refrigerante. 20 FIGURA IV.4.1.Representao esquemtica do extrator semi-contnuo de leo de sementes. O leito de slidos permanece fixo enquanto o solvente escoa continuamente. 37 FIGURA IV.4.2. Efeitosdavazodesolventedaquantidadedesolventena quantidadedeleoextradaparaumadadamassadeslidos submetidaextrao.Faixagranulomtrica4.Adaptadode SOVOV et. al, 1994). 38 FIGURA IV.4.3. Efeitodadimensodaspartculasdoslidosobextraono consumodesolventeenaquantidadedeleoextradaparade umadadamassadeslidos.AdaptadodeSOVOVet.al, 1994. 39 FIGURA V.2.1.1. Extraoesistemaderemoodosolventedamicela.DT: dessolventizador-tostadordatorta;EVAP1:primeiroestgio doevaporador;EVAP2:segundoestgiodeevaporao,M1: misturador 1, M2: misturador 2 46 FIGURA V.2.2.1.Efeitopercentualcomrelaoaquantidadedetriglicerdeos extrados 48 FIGURA V.2.4.1.Efeitopercentualcomrelaoaquantidadedetriglicerdeos extrados 52 FIGURA VI.2.1.1.Efeitopercentualnoteordeleonoslidonumaposio0.05 mafastadadaentradadoextratorcomtempodeamostragem de 200s. 56 FIGURA VI.2.1.2.Efeitopercentualnoteordeleonosolventenumaposio 0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 56 x NDICE DE FIGURAS FIGURA VI.2.2.1.Efeitopercentualnoteordeleonoslidonumaposio0.05 mafastadadaentradadoextratorcomtempodeamostragem de 200s. 60 FIGURA VI.2.2.2.Efeitopercentualnoteordeleonosolventenumaposio 0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 60 FIGURA VI.2.3.1.Efeitopercentualnoteordeleonoslidonumaposio0.05 mafastadadaentradadoextratorcomtempodeamostragem de 200s. 63 FIGURA VI.2.3.2.Efeitopercentualnoteordeleonosolventenumaposio 0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 63 xi NDICE DE TABELAS TABELA II.3.1.Dados e emisso de poluentes para produo de leo de soja, leo de rcino e leo de girassol. Adaptado de BATTISTONI e FAVA, 1984. 08 TABELA II.3.2. Emissodefatoresparagirassol,sojaeleodercino. aldedos,cidosgraxosecarbonoorgnicototalavaliados comogpormgdesementesprocessadas.Adaptado BATTISTONI e FAVA, 1984. 09 TABELA II.4.1. ComparaodeleosdesojaextradoscomhexanoecomCO2 (P=8000psieT=50oC).AdaptadodeFRIEDERICHet.al, 1982. 21 TABELA II.4.2. ndice AOCS de cor para leos de caroo de algodo crus (Presso=7000psi,temperatura=80oC).Adaptadode KUK e HRON, 1994. R= vermelho e Y = amarelo. 21 TABELA II.4.3. Contedodefsforoegossipolemleoscrusdecaroode algodoextradosporCO2supercrticoeco-solventes (Presso7000psieatemperaturade80 C) Adaptado deKUK e HRON, 1994. 22 TABELA II.4.4. Quantidadedefsforo,tocoferoleferropresenteem diversos tipos de leos em diferentes extrao. 23 TABELA III.1.1. ConsumosmdiosdeEnergiaTrmicaeEltricaenvolvida na Extrao de leo de Soja Convencional. 27 TABELA III.1.2.Consumo de utilidades quentes e frias e de energiaeltrica para plantas de extrao supercrtica de leo de soja proposta por REVERCHON e OSSO, 1994 [adaptado de REVERCHON e OSSO, 1994, admitindo-se que cada tonelada de soja resulte em 190 Kg de leo]. 27 TABELA V.1.1. Valoresdeumplanejamentofatorialcom4variveisemdois nveis.42 TABELA V.1.2. Resultados do planejamento fatorial. 44 TABELA V.2.1.1. Variveis submetidas anlise de sensitividade.47 TABELA V.2.1.2Variveis submetidas segunda anlise de sensitividade. 48 TABELA V.2.2.1Efeitospercentuaisprincipaisedeinteraodeacordocoma percentagemnasadadoextratordecadagrupode componentes que forma o leo. 49 TABELA V.2.3.1.Comparaoentrediversospacotestermodinmicosna extrao convencional de leo de soja. 50 TABELA V.2.3.2.Comparaoentreassimulaesutilizandodiferentes solventes. 51 xii NDICE DE TABELAS TABELA V.2.4.1.Variveis submetidas anlise de sensitividade. 51 TABELA V.2.4.2Variveis submetidas segunda anlise de sensitividade. 52 TABELA V.2.4.2.1Efeitospercentuaisprincipaisedeinteraodeacordocoma percentagemnasadadoextratordecadagrupode componentes que forma o leo. 53 TABELA VI.1.1.Variveissubmetidasanlisedesensitividadedaextrao convencional utilizando dixido de carbono como solvente. 55 TABELA VI.2.1.1Efeitopercentualnoteordeleonoslidonuma posio0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 56 TABELA VI.2.1.2 Efeitopercentualnoteordeleonosolventenumaposio 0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 57 TABELA VI.2.2.1Efeitopercentualnoteordeleonoslidonumaposio 0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 60 TABELA VI.2.2.2Efeitopercentualnoteordeleonosolventenumaposio 0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 61 TABELA VI.2.3.1Efeitopercentualnoteordeleonoslidonumaposio 0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 63 TABELA VI.2.3.2Efeitopercentualnoteordeleonosolventenumaposio 0.05mafastadadaentradadoextratorcomtempode amostragem de 200s. 64 xiii LISTA DE VARIVEIS aprea superficial das partculas por volume de leito CDECoeficiente de distribuio no equilbrio cCoeficiente da expresso geral para equao diferencial parcial cp1 Capacidade calorfica do componente 1 DmCoeficiente de disperso axial DtDimetro do leito Dz Coeficiente de disperso axial dCoeficiente da expresso geral para a equao diferencial parcial (captulo V) dDiferena entre duas observaes correspondentes ao i-simo ensaio (captulo VI) dpDimetro da partcula F1 Fluxo mssico do componente 1 (Kg/h) f(x)Funo da concentrao residual HEntalpia (KW) J(X,Y)Taxa de extrao ks Coeficiente global de transferncia de massa com base na fase slida La Altura do leiro NNmero de experimentos para o planejamento fatorial completo (captulos VI e VII) n Massa de slidos livres de leo nivNmero de nveis em que se avalia as variveis do planejamento PeNmero adimensional de Peclet PRATOSNmeros de pratos no extrator P SOJAPresso da soja na entrada do extrator P SOLVPresso do solvente na entrada do extrator QUEDA PQueda de presso no extrator Q1Fluxo de calor do componente 1 Qa Taxa de fluxo volumtrico por mg de sementes processadas (Nm3/h mg) ReNmero adimensional de Reynolds SParmetro de transferncia de massa para a fase slida Sh Nmero adimensional de Sherwood Sc Nmero adimensional de Schmidt sDesvio padro si Desvio padro do componente i TTemperatura (oC) Tf Temperatura final Ti Temperatura inicial T SOJATemperatura da soja na entrada do extrator T SOLVTemperatura do solvente na entrada do extrator TOCCarbono orgnico total (CH4 mg/N m3) TTempo (segundos) xiv LISTA DE VARIVEIS Tlim Tempo mnimo necessrio para que solvente no saturado chegue a uma posio Us Velocidade superficial do solvente Usi Velocidade superficial inicial do solventeUsVelocidade superficial adimensional UVelocidade superficial do solvente (captulo VII) VarNmero de variveis analisadas no planejamento fatorial ^ivVarincia para a varivel i XConcentrao de leo (gramas de leo/ gramas de slidos) XFrao mssica de leo na micela da fase bulk (captulo V) XTeor de leo nas slidos (captulo VII) Xk Concentrao residual crtica de leo ( Kg de leo/ Kg de slidos livres de leo) X0=x0 Teor inicial de leo na entrada do extrator (captulo VII) xp Frao mssica de leo na micela estagnada no interior dos slidos YTeor de leo no solvente YiValor da concentrao do solvente para um tempo inferior a tlim YrSolubilidade do leo no solvente y Valor da varivel dependente determinada numericamente yTeor de leo no solvente (captulo VII) y(x)Valor exato da varivel dependente zCoordenada axial do extrator zCoordenada axial adimensional do extrator Variao s Densidade do slido (Kg/m3) fDensidade do dixido de carbono (Kg/m3) 1 CAPTULO I: INTRODUO E OBJETIVOS I.1. INTRODUO Aagricultura,noBrasil,proporcionaumagrandeproduodegrosoleaginosos. Estadisposiofartadematria-primaparaindstriadefabricaodeleosvegetaisfazcom queapesquisanestareatorne-seatraente,especialmentenoqueserefereotimizaodo processo, obteno do produto com qualidade diferenciada e com altos valores agregados. Dentreosgrosofertadossagroindstriasencontram-seasoja,oalgodo,omilho, entreoutros.Entretanto,estetipodeindstriapoucoeficientenaproduodeleos comestveisenoaproveitamentodeumagrandevariedadedeleosvegetaiscomoutras finalidades,porexemplo,comofontedehidrocarbonetosparaindstriaqumicaecomofonte energtica. Desdeasprimeirasdcadasdestesculo,aextraodeleosvegetaisporsolvente mostrou-semaisinteressantequeaextraodeleoatravsdousodeprensas,processo usadodesdeaantiguidade.Oassuntoreferidosercomentadocommaisdetalhesno captulo II.Desdeoincio,osolventemaisutilizadofoiafraohexanadopetrleoque,noentanto, trazvriosinconvenientes,comoserextradadeumafontenorenovveldematria-prima, ser txica e inflamvel. Tem-seestudadovriossolventesparasubstituirohexano,noentanto,ofatorcustoe apoucaatenoaosdanosambientaisedesadeocupacionaltemprevalecidonadefinio da escolha dos processos industriais. Nos ltimos dez anos intensificou-seoestudododixidodecarbono,emcondies supercrticas,porteratrativosparaextraodeprodutosnaturaiscomo:baixastemperaturas, atoxidade,estabilidadequmica(inclusiveoxidao),disponibilidade,baixocustoemenor proporodefosfolipdeos(segundoLISTetal,1993,causacorescuranoleoquandoeste aquecido) que o obtido pelo processo convencional com hexano (MANGOLD, 1983). 2CAPTULO I: INTRODUO E OBJETIVOS Aextraosupercrticamuitoutilizadaparadescafeinaodesementesdecafe extraodelpuloetabaco,porm,atomomento,nosetemmostradoser economicamente vivel quando comparada com o processo convencional. Adificuldadeemsubstituiraextraodeleoscomsolventehexanopelaextrao comdixidodecarbonosupercrticoestnaconstruodeequipamentosparaoperarem elevadaspressesenaausnciadedadosoperacionaisquepropiciemestudosmais apropriadosdeprocedimentosquepossamviabilizareconomicamenteoprocesso.Deste modo,restringe-seoprocessodeextraocomdixidodecarbonosupercrticoextraode substnciascomelevadosvaloresagregadoseemprocessosdescontnuoscomcapacidade relativamente baixa, se comparada do processo convencional com hexano.Manipulando-seatemperaturaeapressotem-seocontroledesolubilidades,tipos deprodutosformadosetaxasdereaoemamplasfaixas,oqueseconstituieminformaes importantes para a definio de polticas operacionais adequadas. Hoje em dia, sente-seafaltademodelosquepermitamavaliarcondiestimasde operaoparacadaumdosprocessosdeextrao,inclusiveporsolvente,mesmoestetendo sido utilizado h dezenas de anos. I.2. OBJETIVOS Tradicionalmente,osleosvegetaistmsidoextradoscomhexano,um petroderivado,quealmdasquestespolticasqueenvolvemseucusto,teminconvenientes diretamenterelacionadoscomaqualidadedosprodutosgerados,comapericulosidadeno ambientedeproduo,comimpactoambientalecomcustosdeprocessamento.importante quesedigaqueosleosvegetaissoimportantesfontesdeprodutoscomaltosvalores agregados(GODOYeRODRIGUESAMAYA,1994)comoumavariedadedevitaminas, pigmentoselipdiosfosforadosqueousodestrudosounototalmenteaproveitadosno processoconvencionalahexanoequepoderiamsermaisapropriadamenterecuperadosno processo supercrtico. 3CAPTULO I: INTRODUO E OBJETIVOS Ostriglicerdeosdosleosvegetaissoaindaumaimportantefonterenovvelde energiaedematriasprimasparaindstriaoleoqumica(CUPERUSetal,1996,FORTESe BOUGH,1994)quepoderiaeliminarosprejuzosecolgicosdospetroderivadoseainda viabilizar a utilizao de altas presses durante o processoextrativo,considerando-sequeestasaltaspressespoderiamserrequeridasemetapassubseqentesdeprocessamentos qumicos e fsicos do leo extrado. Oprocessosupercrtico,entretanto,requermelhoramentosparaqueasuautilizao, emprocessosquegeramprodutoscomaltovaloragregado,noatinjacustosmuitoelevados etorne-seeconomicamentevivel.Atualmente,paraqueseoperecontinuamente,so necessriosvriosevolumososextratoressupercrticossemi-contnuosparaquese compensemasdificuldadesdeprocessarcontinuamente,sobelevadaspresses,grandes volumes de oleaginosas. Teoriasmaisapropriadasparalidarcommeiosporososapareceramnasltimas dcadase,peloquesepodeperceber(REZENDE,1998),estasteoriasaindanoforam exploradasparasemodelarosefeitosanmalosqueosprimeirospesquisadores perceberam para o processo extrativo em questo. Oprocessodeextraoconvencionalsersimuladoemumsimuladorcomercialpara queaplantasejaanalisadaatravsdeumestudodasvariveisdoprocesso.Pretende-se obter informaesrespeitodosprodutosobtidospelosdoistiposdeextraes(extraes convencionalesupercrtica)deformaquesejamfornecidossubsdiosquepermitam direcionamento e adequao de cada procedimento de extrao. Oprimeiropassoseravaliarofuncionamentogeraldaplantadeextrao convencionaldeleosvegetaisatravsdesimulaonoHYSYS,executando melhoramentosnestaserealizandoumaanlisedesensitividadeparamtricaparaavaliao dasvariveisdoprocessojuntamentecomainteraoocorridaentreestas.Almdaanlise dedesempenhodaplantadeextraoconvencionaldeleodesojacomsolventehexano,ser feita uma anlise da mesma planta utilizando um outro solvente. 4CAPTULO I: INTRODUO E OBJETIVOS Osegundopassoseracompreensodoprocessosupercrtico,noqualserutilizado umprogramabaseadonoprogramadesenvolvidoporREZENDE,1998,comointuitode fazer uma apreciao com relao s variveis do processo e sua s interaes. Porfim,seroproferidoscomentriossobrecadaumadassimulaes,evidenciando odesempenhodecadaplantaeainflunciadasvariveisesuasinteraesdentrodo processo de extrao de leo de soja. 5

CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE II.1. INTRODUO NasprimeirasdcadasdosculoXXutilizavam-seprensasparaextraode oleaginosas.Emboraestasextraiamumleodeboaqualidade,deixavamresduosnomaterial slido.Taisresduosimplicavamnaperdadeleo,afetandoaqualidadedatorta,que tambm um dos produtos efluentes do extrator. Oestudodaextraodeleosdesementescomplicadopelofatoqueaextrao totaldomaterialvariaemquantidadeedependedosolventeedeoutrosfatorescomoa umidade da matria-prima, que pode alterar a remoo de fosfatdeos (KARNOFSKY, 1949). No caso de extrao por solvente tm-seresduosinferioresa1%,quendice,pelo menos, cinco vezes menor do que com o uso da prensa. Devidosimplicaespolticas,econmicaselegislaocadavezmaisrgidaaose tratardeprodutosalimentcioscomresduostxicos,levou-seproposiodeoutros solventescomoextratoresdeoleaginosascomo:etanol,tricloroetileno,pentanosupercrtico, dixidodecarbonoeoutros.Vriossolventesforamtestados,masomaisatrativoatento odixidodecarbonosupercrticoquejmuitoutilizadonaextraodeprodutoscomalto valoragregado.Ohexanocontinuasendoosolventemaisutilizadonaatualidadeporqueo custo do equipamento necessrio para extrao supercrtica ainda muito alto. II.2.SOLVENTESPARAEXTRAODEOLEAGINOSAS:CARACTERSTICASE TIPOS Ofatodosolventesolubilizartriglicerdeoseestasolubilidadeserfunoda temperaturaedapresso,apresentafacilidadesderecuperaoedeextremaimportncia para a seleo do solvente a ser usado na extrao de leos de sementes oleaginosas. O solvente deve ser atxicoparaostrabalhadoresnaindstriaenosprodutosfinais. Aseletividadetemgrandeimportnciae depende da oleaginosa que se extrai e do produto 6CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE finaldesejado(leocomtriglicerdeosesemfosfatdeos,cidosgraxoslivres,pigmentose ceras). Osolventedevesernoinflamveleestvel,devidosinmerasreciclagense exposioluz,caloreumidadeportempoconsidervel;casocontrriopode-seafetara qualidade do leo. Dentreoshidrocarbonetosnaftnicos,ohexanofoioquemelhorseadaptous exignciasdaindstriadeextraodeleovegetal,sendoresponsvelporquaseatotalidade do leo extrado, hoje no mundo.Tentou-seutilizarotricloroetilenocomosolvente,devidoaoselevadosriscosde incndioseexplosesnasplantascomhexano.Osucessonofoialcanadoeumdos motivosfoioaltoinvestimentonecessrio.Oproblemadominantefoicomatortade slidos,quequandoutilizadanaalimentaodeanimais,provocahemorragiainternadevido ao cloro remanescente. Umaoutratentativadesolventefoioetanol,quetemavantagemdeproduzirum leodecoloraoclaraedenohavernecessidadederefino,comonoprocessocom hexano.Emcontrapartida,oetanoltemumcustosuperioraohexano,almdemaiorcalor latente de vaporizao. Recentemente,LANASet.al.(1995)tentaramutilizaropentanosupercrticocomo solventenaextraodeleosvegetais.Osexperimentosforamfeitosemumequipamentode extraoconvencional,mas,nestecaso,necessriomuitaprudncia,poisapressurizao dopentanoquentemuitoperigosa.Comoresultado,obteve -seumleodecormaisescura doqueoextradocomhexano,porcausadaaltatemperaturadeprocessamento(cercade 200oC).Umasoluoapresentadafoiaadiodedixidodecarbonosupercrtico(trabalha em temperatura mais brandas) ao pentano. Ousodeumco-solventepodeaumentaraafinidadedamisturaparacampospolares que tem pouca solubilidade. Odixidodecarbonoencontradoemabundncia,provindodefontesrenovveise inofensivoemprodutosalimentcios.Ograndeimpasseencontra-senaausnciade equipamentos capazes de processar continuamente grandesquantidadesdeoleaginosassob 7CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE elevadaspresses,assimcomoaslegislaespoucorigorosasnocontrolederesduos txicosem produtos alimentcios. Entretanto,odixidodecarbonoumagentedeextraocommaiorpotencialqueo hexano. II.3. EXTRAO CONVENCIONAL DE LEO POR HEXANO Afraodehidrocarbonetoscomumentechamadahexanotemcontedoden-hexano variandoentre45e90%.Outrosconstituintesemproporessignificativassoo2-e3-metil pentano, o metil ciclopentano e o ciclohexano. SegundoBATTISTONIeFAVA(1984),oprocessodemanufaturamentodoleo comhexanoresultaemgasesefluentesparaatmosferacontendograndequantidadede poluentescomoilustradonatabelaII.3.1.Dentreestespoluentesencontram-se, principalmente,osaldedoseoscidosgraxoslivres.Existemtambmoutroscompostos orgnicosquesopoluentes,masestesseapresentamemquantidadesreduzidas.Estas emisses podem ser classificadas de acordo com a operao: Altamdiaconcentraodeemissosoresultantesdosprocessoscaracterizados pelasmodificaesfsico-qumicascorrespondendoaosaquecedoresnaretiradado solvente da farinha e os secadores. Concentraodeemissodebaixa nularesultantedoprocessomecnicodelimpeza das sementes e manufaturamento da farinha. 8CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE TABELAII.3.1:Dadoseemissodepoluentesparaproduodeleodesoja,leodercino e leo de girassol. Adaptado de BATTISTONI e FAVA (1984). TipoTemperatura (oC) Qa (Nm3/h x mg) gua contida (g/Nm2) TOC(CH4 mg/Nm3) Soja Aquecedores405.70traostraos Dessolventizador572.00200300-760 Secador502.00traos70-100 leo de rcino Dessolventizador571.001501600 Girassol Aquecedores680.29180230-312 Dessolventizador880.4012001950 dryer cooler750.45600580-950 Ciclones350.508070-100 Qa = taxa de fluxo volumtrico por mg de sementes processadas TOC = Carbono Orgnico Total NatabelaII.3.2encontra-sefatoresdeemissoparaoleodesoja,girassoleleode rcino. 9CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE TABELAII.3.2Fatoresdeemissoparagirassol,sojaeleodercino.Aldedos,cidos graxosecarbonoorgnicototalavaliadoscomogpormgdesementesprocessadas.Adaptado de BATTISTONI e FAVA (1984). TiposAldedos (g/mg)cidos graxos (g/mg)TOC (CH4g/mg) Girassol (Itlia)8671348 Girassol9048308 Soja 60133330 leo de Rcino4243330 II.3.1.TIPOS DE EXTRATORES QUE UTILIZAM HEXANO Oextratorpodeserentendidocomooprincipalequipamentodaplantadeextrao. Ele deve desempenhar as seguintes funes (REZENDE, 1998): Movimentargrandesvolumesdeslidos,promovendoumtempoderetenovariandode 30 minutos a 120 minutos; Contatar os grandes volumes de slidos com volumes igualmente grandes de solvente; Separar,apsaextrao,osslidosdosolventedemodoaminimizaroarrastede solvente. Osextratoresasolventepodemseragrupadosemextratoresporpercolaoe extratores por imerso. Extratores por Percolao Noextratorporpercolao,osolventelquidoouamicela(misturasolvente-leo) bombeado sobre um leito de flocos (matria prima em forma de lminas), percola o leito e sai 10CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE aofundoatravsdeplacasperfuradasoutelasdesustentao.Umaoutraformadeextrao porpercolaocomaentradadosolventeoumicelapelabasedoextratoresendoretirado pelo topo do mesmo. Osucessodestetipodeextratorestnomenorvolumequeocupanaplantade extrao,poisoleitopercoladomaiscompactoqueodeslidosdispersosnoextratorpor imerso.Adrenagemdosolventeemsistemasporpercolaotambmmaissimplesdeser realizadamecanicamentequeemsistemasporimerso.Logoaseguirencontram-seostipos mais comuns de extratores por percolao. Extrator Rotatrio Osextratoresrotatriosconsistemnumacarcaacilndricanointeriordasquais existemclulasgirantesemtornodeumeixocentral.medidaquegiram,osolvente aspergidosobreelasemcontracorrente.Ouseja,osolventepercolaosflocosecoletadoem tanques,sendolanadosobreaprximaclula,consecutivamente,demodoqueosflocos maisfrescos(entrada)filtremmicelabemconcentradaemleoe,emsentidooposto,o solvente puro escoe por flocos pobres em leo. Extrator a Corrente e Cestos Otipomaisantigo(vertical)combinapercolaesco-correnteecontracorrente.Na colunadescendente,meiamicela(micelapoucoconcentrada)bombeadaaotopodacoluna edescendejuntamentecomosflocosfrescosco-correntemente,atqueofundosejaatingido comomicelaconcentrada.Oscestos,entoretornamemdireoaotopoquandoso percoladosemcontracorrenteporsolventepuro,antesquetenhamseuscontedosvertidos.O solventequeescoadesteladodacolunaatingeofundocomomeiamicela.Oinconveniente desse arranjo que o fluxo pelos cestos no pode ser ajustado de estgio para estgio. 11CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE Otipomaisrecenteoperahorizontalmentedemodosimilaraosextratoresrotativos. Olquidoquefluipelosestgioscombinarecirculaescomavanosdamicela,tornando esse arranjo mais flexvel que o vertical. Extrator de Correias Perfuradas Nestetipodeextrator,aextraoocorresobreumacorreiacircularperfurada.As clulassoformadasdistribuindo-seleitosdeflocosperiodicamente,paraseevitarmistura entre os estgios (Extrator De Smet). Extrator tipo Filtro Estetipodeextratorconsistenumsistemadefiltragemavcuo.Nele,adrenagem naturalporgravidadeintensificadapelaimposiodevcuonaregiocoletoradelquido filtrado. Um exemplo desse tipo de extrator o extrator Crown. Extratores por Imerso Osextratoresporimerso,segundoREZENDE,1998,soutilizadosnosseguintes casos: Extrao de pequenos volumes de sementes (frmacos e cosmticos); Extraodiretadesementesdealtoteordeleocomococo,amendoim,caroode algodo, alm de outros que tendem a desintegrar formando finos; Extrao combinada percolao-imerso em sistemas de dois estgios; Os extratores por imerso tm como vantagens: Simplicidadedeoperao.Notosensvelaopreparodassementescomooextrator porpercolao;capazdeextraireficientementefinosquesomuitoimprpriospara extrao em sistemas por percolao. 12CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE Facilidadedeoperao.Arazolquido/slidonomuitocrtica,sendoajustadade modo a impedir fluxo inverso e arraste de finos. II.3.2. ETAPAS ENVOLVIDAS NA PLANTA DE EXTRAO A HEXANO Asdiferenasfundamentaisentreasplantasdeextraodediferentesoleaginosas estonopreparoinicial.Asetapasdeextrao,propriamentedita,ederecuperaodo solvente do leo so essencialmente as mesmas a despeito da semente extrada. Preparo Inicial das Sementes Osgrosnecessitamsersecosatumaumidadenaqualpossamserarmazenados sem perigo de deteriorao.Aosaremdoarmazm,osgrospassamporumsriedeequipamentosatserem submetidosextrao,comosemostranodiagramadafiguraII.3.1.Oobjetivodospreparos realizadosconseguirumamatria-primaemcondiesdeserealizarumaextraorpidae econmica.Aescolhadomtododepreparodependedotipoequalidadedamatria-prima e das qualidades desejadas para os produtos finais.Ataxadeextraodeterminadatambmpeladensidade,tamanhoeformadas partculas oleaginosas slidas (KARNOFSKY, 1982).Moeromaterialvegetalnosaumentaareainterfacial,comotambm,alteraa parede celular de forma que seja quase permevel (SOVOV et. al, 1994).Nocasodaextraopartirdeflocostm-seadependncianotempodecontato entreovolumeeosolvente;nocasodeextraodeleopartirdafarinha(p)tem-se apenasadependnciadovolumedesolvente.Oleoextradodafarinhatemmenor quantidade de fosfolipdeos que o leo extrado de flocos,porcausadaalta temperatura do 13CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE pr-tratamento.Deacordocomoquefoiditoanteriormentechega-seaconclusodequeuma opodemelhoraraqualidadedoleocrumudarapreparaodassementesparaextrao (SNYDER et. al, 1991). Existem,porm,algumasoperaescomunsavriassementesquesoaseguir descritas. Gros ArmazenadosSlidos para o ExtratorExpansoLaminao Condicionamento VaporSecador de GrosArmazm de CondicionamentoQuebra FIGURA II.3.1: Etapas de preparo dos gros para extrao. Adaptado de REZENDE, 1998. Limpeza Oprimeiroprocedimentoodelimpezadosgrosparaaremoodemateriaisque podemcontaminarosprodutos,reduziracapacidadedoextratoredanificaroequipamento de processamento. Geralmente os gros passam por duas peneira vibratrias. Secagem Osgrosso,emgeral,secoseparaposteriomentefacilitarodescasqueantesdo beneficiamento.Istoporqueascascastmcontedosinferioresdeleoeprotena.Paraum descasqueeficiente,osgrossosecosatumteordecercade10%deumidadee armazenados durante 1 a 5 dias para que haja equilbrio de umidade no interior do gro. 14CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE Quebra dos Gros Oobjetivodaquebradereduzirasdimensesdomaterialslidoparafacilitaros processossubseqentesdecondicionamentoelaminao,almdepermitiraseparaodas cascas. A quebra dos gros se faz, em geral, em dois pares de rolos estriados e rotativos. Descasque Para o descasque dos gros, existem atualmente trs mtodos mais utilizados: OMtodoConvencional,emqueascascassoseparadasapsaquebraeantesdo condicionamento e da laminao; OMtodoEscher-Wyss,noqualascascassoseparadasapsrealizar-se a quebra, sendo que os gros recebem tratamento trmico inicial com ar quente; OMtodoPopping,noqualascascassoremovidasapstratamentotrmicocom diviso das sementes em leito fluidizado, antes mesmo da quebra e da laminao. Condicionamento Paracondicionarosgrosinjeta-sevapordiretodemodoaaumentar-seaomesmo tempo a umidade e a temperatura. O condicionamento apresenta vrios benefcios.Controle da umidade e de coagulao parcial de protenas; Incremento na permeabilidade das clulas; 15 CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE Aglomerao das gotculas de leo; Reduo na viscosidade do leo; Melhora na plasticidade do material a ser floculado; Aquecimento para extrao em temperatura tima. Laminao Oobjetivodalaminaoodeaumentarasuperfciedecontatoslido/solvente. Durantealaminao,omaterialslidopassaentredoisrolosquerompemedistorcemas clulas.Emconseqncia,melhora-sesimultaneamenteapermeabilidadenointeriordas partculasslidas(queapsalaminaorecebemadenominaodeflocos)ea percolabilidadedosolventenummeiocompostoporcamadasdeflocos.H,portanto,uma condiotimadeoperaonaqualsetemboaspermeabilidadenoflocoepercolabilidade no leito. Expanso Oexpansorconsiste,naverdade,emumextrusor.Aspartculasaps condicionamentoelaminaosocomprimidasatemperaturasbemsuperioresdopontode ebuliodagua.Aoatingiremasadadoexpansor(pressoatmosfrica),ovapordegua expande-se,modificandoaspropriedadesdomaterialestudadoresultandonumacrssimode densidadeemrelaoaomateriallaminado,melhorpercolabilidadeporsermenosfrgil,melhordrenagemdomaterialslidoaofinaldaextraoemenorarrastedesolventepelos slidos. 16 CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE Extrao do leo Noextrator,omaterialslidocontatadocomosolvente,liberandoaofinaldo processoextrativomicela(misturaleo-solvente)etorta(slidosextradosmaissolvente), cujos teores de solvente precisam ser removidosporque afetam a qualidade dos produtos. Recuperao do Solvente do leo Osistemaderemoodosolventedamicelatemcomoelementosprincipaisdois evaporadores(representadoscadaumporumaquecedorseguidodeumflash)emsrie seguidos de uma coluna de dessoro (stripping), conforme a Figura II.3.2, seguir. Afontedecalorparaoprimeiroestgiodeevaporaooexcessodevaporde gua e de vapor de solvente provindos do sistema de dessolventizao dos flocos. Osegundoestgiodoevaporadorutilizavapordeguacomofontedecalore, juntamentecomooprimeiroestgio,removeamaiorpartedosolvente.Orestantedo solvente, cuja eliminao mais difcil, remove-se na coluna de dessoro. Osistemaderemoodosolventeoperasobvcuo.Osolventeseparado bombeadoparaotanquedecantadordegua.Estaguaoriundatantodacolunade dessoro quanto do dessolventizador de torta com injeo direta de vapor. 17CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE SOLVENTESOLVENTE RECUPERADOSTRIPPERSOLVENTE RECUPERADOCONDENSADORCOLUNA EXTRATORAMIXER 1MIXER 2MIXER 3SOJAHEATER 1HEATER 2FLASHEVAPORADOR 1FLASHEVAPORADOR 2COOLERFLASH CONDENSADORCOMPRESSOR 1COMPRESSOR 2GUALEO PARA O REFINOCORRENTEPROVENIENTE DODESSOLVENTIZADOR TOSTADORTORTA + SOLVENTECORRENTEDESTINADA AODESSOLVENTIZADOR TOSTADOR FIGURAII.3.2:Plantaconvencionaldeextraodeleodesojahexanorealizadanum simuladorcomercialdenominadoHYSYS.Mixer-misturador,heater-aquecedor,flash utilizadoparasepararasfaseslquidaevapor,cooler-resfriador,ondeoconjuntoflash condensador e cooler representam o condensador. Remoo do Solvente dos Slidos Aremoodosolventedosflocosconduzidanochamadodessolventizadorqueno casodeflocosdesojatambmtostador(dessolventizador-tostador).Atostagemtemo objetivodedesativarenzimasinibidorasdatripsinaedesnaturarprotenasdesoja,tornado-a suscetvel ao ataque de enzimas proteolticas. II.4. EXTRAO COM DIXIDO DE CARBONO SUPERCRTICO II.4.1. INTRODUO Aomesmotempoemquedesenvolvia-seaindstriadopetrleo,osprocessosde extraoforamsendoconcebidosbaseadosemseusderivados,comoocasodohexanopara a extrao de oleaginosas. No entanto, as sucessivas crises do petrleo ao final deste sculo, e 18CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE abuscadesolventesmenosnocivosaohomem,assimcomoaurgnciadeprocessosmenos dispendiosos,fizeramintensificaraspesquisasdefluidossupercrticos,sobretudoparaa extrao de produtos naturais. II.4.2.CARACTERSTICAS DA EXTRAO SUPERCRTICA Nasproximidadesdaregiocrtica,osfluidosnoapenassosolventeseficazes paraaextraodeleodesementes,masapresentamumasriedepeculiaridadesqueos tornammaisvantajososcomrelaoaossolventeslquidos,comumenteutilizados (REZENDE, 1998). So elas: Ausncia de resduos do solvente nos produtos; Umavariedademaiordesolventespodeserutilizada,jqueascaractersticasbsicasda extraosupercrticadevem-se,almdaspropriedadesdosolvente,scondies termodinmicas. Aseletividadedeumdadosoluto,emumasoluodosolvente,podesercontrolada, manipulando-se a densidade do solvente ou ainda, adicionando-se um co-solvente; Namaioriadasvezestem-seutilizadoodixidodecarbonoparaaextrao supercrticadeprodutosnaturais.Agrandeaceitaododixidodecarbonodeve-se (REVERCHON e OSSO, 1994): sua atoxidade, em pequenas quantidades; sua no-inflamabilidade; Aoseupontocrticoocorreremcondiesrelativamentebrandas.Atemperaturacrtica de 31,0 C e a presso crtica de 73,8 bar; sua estabilidade qumica; suadisponibilidadeabaixocusto.Odixidodecarbonopodeserobtido,porexemplo, a partir de processos fermentativos; *Pode-se omitirasetapas de destilao e dessolventizao usadas nosprocessos 19CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE convencionais ( hexano ) (EGGERS et. al, 1985).Uma das desvantagens do uso do dixido de carbono supercrticoadificuldadeem mediroequilbriodefase.Paraoclculodoequilbriodefasepode-seutilizaraequaode Redlich-KwongcommodificaesdeHederer.Nestecaso,apesardoleoserumamistura complexadevriassubstncias,noclculoconsidera-seestamisturacomosimples,sendo assimosistemaleo(sementes)/dixidodecarbonoquaseumamisturabinria(EGGERSet. al, 1985). II.4.3.PLANTA DE EXTRAO COM DIXIDO DE CARBONO SUPERCRTICO Asetapasenvolvidasnopreparodassementesparaaextraosupercrticacom dixidodecarbononodiferemdaextraoconvencionalcomn-hexano.Entretanto,as etapasdeextraoe,principalmente,asetapasderecuperaodosolventedoleoedatorta so significativamente alteradas. Aextraodoleoretardadaquandoofluxodesolventeentranoextratorno sentidodabaseparaotopo.Estefenmenocausadopelaconveconaturalemais pronunciadoquandoambos,velocidadeintersticialdosolventeequantidadedefaseslida, so pequenos (SOVOV et. al, 1994). AfiguraII.4.1mostraumesquemadeextraosupercrticacontnuaidealizadopor REVERCHON e OSSO, 1994. NafiguraII.4.1osolventeentraemcontatocomslidosdevidamentepreparados, noextrator(EXT-1);apartirda,amisturasolvente/leo(micela)previamenteresfriadaem E1aotrocarcalorcomodixidodecarbonoprovenientedoseparadorS-1e,novamente resfriadaatatemperaturanecessriaparacondensaodoleopormeiodoresfriadorE2. NoseparadorS-1,oleoseparadododixidodecarbonopordiminuiodatemperatura, num processo isobrico. OdixidodecarbonoefluentedoseparadorS-1conduzidobombaP-1queo enviaaotrocadordecalorE1paraserpreaquecidopelamicelaefluentedo extrator. A 20CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE correntedeCO2 preaquecida,entonovamenteaquecidaporE3queadeixanascondies necessrias para entrar no extrator EXT-1. OleoefluentedoseparadorS1,emgeral,dequalidadebemsuperioraoextrado naplantaconvencionalahexano.NatabelaII.4.1confronta-seleosextradosdesementes desojacomhexanoecomdixidodecarbonosupercrtico.Aquantidadedefsforo (fosfolipdeos),aquantidadedeferro,aquantidadedecidosgraxoslivreseasperdasno refino so bem menores na extrao supercrtica. EXT-1S-1E 3P-1E 4E 2 E 1ENTRADADE GROSPREPARA-DOSSADADE GROSEXTRADOSK-1 LEO CRUCO2CO2 / LEOREFRIGERAO FIGURAII.4.1:Representaoesquemticadeumaplantacontnuadeextraode oleaginosascomdixidodecarbonosupercrtico.EXT-1:Extrator;S-1:Separador;P-1: bombaparareciclarCO2;EleE2resfriadoresdeCO2/leo;E3:aquecedordeCO2; E4: resfriadordeCO2;K-1:Compressordefluidorefrigerante.AdaptadadeREVERCHONe OSSO, 1994. NatabelaII.4.2mostradaaescalaAOCSdecorparaextraosupercrtica, extraocometanoleextraosupercrticacometanolecompropanolcomoco-solventes, deleodecaroodealgodo.Comosepodever,oleoextradocomdixidodecarbono puro muito mais claro que o extrado com a adio de co-solventes ou com etanol puro. Apresenta-se,natabelaII.4.3,asquantidadesdefsforoedegossipol(queuma substnciaprejudicial),noleodealgodo,extradaspelodixidodecarbonosupercrtico puro e com a adio de co-solventes. 21CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE Pode-severificarqueodixidodecarbonopuroextraiamenorquantidadedefsforo enenhumgossipol.Aadiodeetanolou2-propanolaodixidodecarbonosupercrticoleva uma considervel extrao de fsforo e a extrao de pequenas propores de gossipol. TABELAII.4.1:ComparaodeleosdesojaextradoscomhexanoecomCO2 (P=8000 psi e T= 50oC). Adaptado de FRIEDERICHet. al. (1982). HEXANOCO2 SUPERC LEO RESIDUAL(%)0.72.1 PERDAS NO REFINO(%)1.90.6 CIDOS GRAXOS LIVRES (%)0.60.3 NDICE DE PERXIDO (meq/kg)< 0.1< 0.1 NO-SAPONIFICVEIS (%)0.60.7 Fe (ppm)1.450.3 FSFORO (ppm)50545 TABELAII.4.2.:ndiceAOCSdecorparaleosdecaroodealgodocrus(Presso= 7000psi,temperatura=80oC).AdaptadodeKUKeHRON,1994.R=vermelhoeY= amarelo. LEOSOLVENTENDICE AOCS-DE COR CRUCO2 S.C.0.2 R/1.0 Y CRUCO2 S.C. COM ETANOL2.8 R/23.8Y CRUCO2 S.C. COM 2-PROPANOL3.6 R/26.4 Y CRUETANOL56.0 R/70.0 Y REFINADOETANOL1.1 R/6.1 Y 22

CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE importante,nesteponto,queseatenteparaofatodequeosolvente(oua combinaodesolventes)idealparaumadadaextraodeoleaginosadependerdos produtos e das qualidades que se deseja para tais produtos. TABELAII.4.3:Contedodefsforoegossipolemleoscrusdecaroodealgodo extradosporCO2supercrticoeco-solventes(Presso7000psieatemperaturade80C) Adaptado deKUK e HRON (1994). SOLVENTEGOSSIPOL (%)FSFORO (ppm) CO2 S.C.0.0270 CO2 S.C/ETANOL0.0228570 CO2 S.C./2-PROPANOL 0.0207573 ETANOL 1.37876 2-PROPANOL1.33880 Ossolventeslquidos(hexanoeetanol,porexemplo),extraem,juntamentecomos lipdeos,amaiorpartedoscompostosqueafetamaqualidadedastortas,masgeramleos que exigem etapas dispendiosas de tratamento e tortas com difcil eliminao do solvente. Odixidodecarbonosupercrtico,entretanto,quandoassociadoaco-solventes adequados,podeextrairoscompostosqueafetamasqualidadesdatortaedoleo,masque porcontrolesdetemperaturaepresso(densidade)podemserfacilmenteremovidosdoleo extrado. Umexemplodeprodutoobtidoporextraocomdixidodecarbonosupercrtico, naRssia,oleodeSeaBuckthorn.Esteleoutilizadocomomatria-prima medicinal naproduodepomadasparaqueimadura,assimcomonotratamentodecncereproduo devitaminas,bemcomo,emcosmticosparatratamentoderegeneraodapeleefiltroUltra Violeta (SOVOV et. al, 1996). A seguir apresenta-seatabelaII.4.4,quecomprovaquenaextraocomdixidode carbonosupercrticotem-semenorquantidadedefsforoquenaextraoconvencionalcom hexano. 23CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE TABELAII.4.4:Quantidadedefsforo,tocoferoleferropresenteemdiversostiposdeleos em diferentes extrao. TipoMtodo de extraoTocoferol (g/g)Fsforo b (ppm)Ferro c (ppm) Soja oCO2900-10001-30.3 SojaHexano1200-1500500-6000.7 Milho oCO21200-18001-30.0 Milhoexpeller1500-17001200.3 Algodo oCO27001-50.2 Algodoexpeller9203801.9 aCO2 extrao 80oC, 12,000psi bAOCS mtodo Ca 12-55 cAOCS mtodo Ca 15-75 Ainversodasolubilidadedecorredacompetioentreosefeitosdediminuioda densidade(edasolubilidade)dosolventeedeaumentodapressodevapordoleocom aumento da temperatura (REZENDE,1998). Segundo CALVO e COCERO,1997,aadiodeumco-solventeconstitui-seuma forma bastante interessante de operao para extrator supercrtico j que: Opoderdodixidodecarbonosupercrticodesolubilizaroslipdeosaumentadoeos custos operacionais diminuem com relao operao com solvente puro. Aoperaodoextratorempressesabaixodopontodeinversopossibilitadae,em conseqncia,oscustosfixosenvolvidosnaconstruodoextratorficamsensivelmente diminudos. 24CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE II.5. COMENTRIOS INICIAIS Qualidade do leo obtido Ohexano,etanoleodixidodecarbonosupercrticoapresentam-seosmelhores frenteaosoutrossolventescitados.Odixidodecarbonosupercrtico onicoqueno apresentainflamabilidadeequeatendesrecomendaesnoqueserefereaseguranano ambientedetrabalho,qualidadedosprodutoseminimizaodoimpactoambientalecustos operacionais. Aescolhadosolventeoudacombinaoidealdesolventeestdiretamente relacionado aos produtos, qualidades destes, finalidades e legislao vigente. Odixidodecarbonosupercrtico,quandopuro(segundoSTAHL,1986,puro porque contm mais de 80% desteresdecidos linoleicos), extrai em maior proporo oslipdeos presentes nos gros. Adio de um co-solvente apropriado pode levara extrao de outrassubstnciasquesedesejaobter.Odixido de carbono em condiessupercrticas permite que se manipule a presso e a temperatura de modo a refinar leosextrados ou no pelo processo supercrtico e ainda levar ao fracionamento (REZENDE, 1998). Volume de produo Comrelaoextraosupercrticasonecessriosestudosparapoder-seproduzir emgrandequantidade,poisaextraonomomentoencontra-serestritaaleosdealtovalor agregadoemprocessosdescontnuosdebaixacapacidade.Jnaextraoconvencionalisto noocorre,podendo-seatproduzirmiltoneladasdiriasdeleodesementescomuns(soja, milho,girassol...) 25 CAPTULO II: PLANTA DE EXTRAO DE LEOS VEGETAIS POR SOLVENTE Consumo energtico Noquedizrespeitoscomparaesdeconsumoenergtico,estasbaseiam-sena utilidadedemodelosbastantesuperficiaisquepermitemanlisessdeordensdegrandeza.Levando-seemcontaasetapasdeprocessamentoposterioresplantadeextrao (degomagem,refino,branqueamento,etc),noquedizacustosfixoseoperacionais,a viabilidadedoprocessosupercrticopoderiadependerdafinalidadedoleoobtido.A utilizaodeco-solventesjuntoaodixidodecarbonosupercrticoacustosfixosmenores, empressesabaixodopontodeinverso,podereduziroconsumoenergtico.Opontode inversoatemperaturanaqualocorreofenmenodeinversodasolubilidadequedecorre dacompetioentreosefeitosdadiminuionadensidade(enasolubilidade)dosolventee deaumentodapressodevapordoleocomoaumentodatemperatura.Detalhessobreo ponto de inverso podem ser encontrados em KING e BOTT (1993). Perspectivas para a indstria de extrao de leos Os pesquisadores que lidam com o processamento de oleaginosas no tem se voltado, a contento, para facetas to relevantes desta indstria,quantoaotimizao de modelos maisrigorososeaintroduodeanlisedesensitividadeparamtricaparainserodareferida indstria na conjuntura que se apresenta para o prximo sculo(REZENDE,1998). O processodeextraosupercrticamaisvivelounodeacordocomoobjetivo do produto. 26CAPTULO III: DESEMPENHO ENERGTICO DE PLANTAS INDUSTRIAIS AsistemticadatecnologiaPinch,descritaemdetalhesnoapndiceC,visaa minimizaodosgastosdeenergia,atravsdodesenvolvimentodeprocedimentosque permitamintegrarestruturasdeplantas,identificandopossveispartesquepossamser melhoradas. Emprocessosqumicossocomunsseremmanuseadasgrandesquantidadede energia.Porcausadisto,amelhordisposiodeequipamentos,eutilizaoeficientedas formasdeenergiaenvolvidassovitaisnaobtenodamelhorperformanceglobaldeplantas qumicas.Outroaspectoimportanteanecessidadedeconstantesracionalizaesdos recursos naturais e econmicos. Oretornofinanceirodecorrentedasmodificaesparaminimizaroscustosde energia,normalmentenoexcededozemeses.Istopareceatraentepelofatodasplantas qumicas apresentarem custos amortizantes de aproximadamente dez anos. Oobjetivoeraapresentarasevoluesdoprocessoconvencionalcomointuitode diminuiroconsumoenergtico,efazeravaliaesdoconsumodeenergiaparaapropostade operaosupercrticaparaaextraodoleodesoja,tendoemvistaumavastareade pesquisanaotimizaodeplantascomrelaoaenergia.Devidorestriodemodelo termodinmicoquerepresentassebemasoja,oqualserexplicadonoscaptulos,estaetapa dotrabalhonopdeserrealizada.Noentanto,apresentadaumacomparaodoconsumo energtico das plantas convencionais e supercrticas. III.1.ANLISEENERGTICAEMPLANTASDEEXTRAODELEO VEGETAL III.1.1. PLANTAS CONVENCIONAIS DE EXTRAO As evolues no processodeextraocomsolventehexano,desdeadcadade50, foramlentasnoqueserefereaocustodosolventeecustodaenergia,comopode-se observar na tabela III.1.1. 27CAPTULO III: DESEMPENHO ENERGTICO DE PLANTAS INDUSTRIAIS TABELAIII.1.1:ConsumosmdiosdeEnergiaTrmicaeEltricaenvolvidanaExtraode leo de Soja Convencional. 19501980Possvel consumo mdio de energia trmica(KJ/ tonelada de soja processada) 914 036,47 447 700,4399 467,8 consumo mdio de energia eltrica (KJ/ tonelada de soja processada) ------------104 40090 000 III.1.2. CONSUMOS ENERGTICOS EM PLANTA SUPERCRTICA NatabelaIII.1.2.encontram-sedadosdeumaplantadeextraosupercrticacom dixidodecarbono(seoII.4.3)otimizadaenergeticamenteportecnologiaPinchondea separaodoleofoifeitaviareduodetemperatura.Excluindoosconsumosdaetapade degomagemesecagemdalecitina(27082,56KJ/tondesoja)dosvaloresdeconsumoda tabelaIII.1.1,pode-senotarqueoconsumoenergticodoprocessosupercrticodamesma ordemdegrandezadaqueledoprocessoconvencional,podendoseratmesmoin-feriores medidaque aumenta a presso de operao acima de 500 bar (REZENDE,1998). TABELAIII.1.2:Consumodeutilidadesquentesefriasedeenergiaeltricaparaplantasde extraosupercrticadeleodesojapropostaporREVERCHONeOSSO,1994[adaptado deREVERCHONeOSSO,1994,admitindo-sequecadatoneladadesojaresulteem190 Kg de leo]. Presso (bar)Utilidadequente (KJ/ton de soja) Utilidadefria (KJ/ton de soja) Energia Eltrica ( KJ/ton de soja) 4001 101 9241 309 860207 936 500426 132506 84480 712 600239 400284 54445 144 28CAPTULO III: DESEMPENHO ENERGTICO DE PLANTAS INDUSTRIAIS III.2. CONCLUSES AtecnologiaPinchdeextremautilidadeemplantasindustriais.Elautilizadapara diminuiodocustoenergticoqueparterepresentativanocustooperacionaldeumaplanta de extrao de leo vegetal. ConformeosvaloresdescritosnastabelasIII.2.1-2chega-seaconclusoqueo consumoenergticodeumaplantadeextraosupercrticadeleodesojautilizandouma presso acima de 500 bar menor do que o consumo energtico do processo convencional. 29CAPTULOIV:MODELAGEMMATEMTICAPARAEXTRATORDELEO VEGETAL A SOLVENTE Nestecaptuloseroapresentadosdoismodelosmatemticos,umparaextraode leoconvencionaleoutroparaoprocessosupercrtico.Aseguirencontra-seumaparte introdutria do assunto referido. IV.1. INTRODUO Osetoragro-industrialnotemtidoamesmaevoluoemtermosdetcnicasde controleeotimizaocomoosprocessamentospresentesnaindstriapetroqumica,a despeitodasmesmasteremprovadoserumaferramentaessencialnomelhoramentodo desempenho dos processos. Nestetrabalhoserapresentadaamodelagemparaoextratordeleovegetala solventecomoobjetivodeentendermelhoroprocessodeextraoconvencionale supercrticaassim como de analisar os efeitos dos parmetros operacionais do processo. IV.2. MECANISMO DE EXTRAO Atransfernciademassadesolutosnoadsorvidos,nointeriordeslidos,cujoos porosestejamcompletamentecheiospelofluidoextrativo,ocorredeacordocomaPrimeira LeideFick,ouseja,proporcionalaumcoeficientedetransfernciademassaeaum gradientedeconcentrao.Osprimeirostrabalhosqueinvestigaramaextraodesementes oleaginosas,noentanto,identificaramdependnciafracaenoproporcionaldataxade extrao com o gradiente de concentrao (KARNOFSKY,1949). Em prol do citado acima tem-sedesenvolvidomecanismos,quesoapresentadosa seguir. 30 CAPTULOIV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE Mecanismo da Lenta Dissoluo do leo KARNOFSKY(1949)afirmouqueoleopresentenointeriordepartculasde sementespodeserdivididonumaporodissolvidanosolventeestagnadoenoutraporo nodissolvida.Aresistnciaextraoestariasobretudo,nadissoluodoleono dissolvido , sendo a difuso do leo dissolvido at o seio da micela um processo rpido. Mecanismo de Escoamento Capilar De acordo com OTHMER e AGARWAL (1955), a extrao seria fundamentalmente umproblemafluidodinmiconoqualosolventeeoleoescoamnumcomplicadosistema capilarformadoporclulasvegetaisrompidascomaquebraelaminaodassementes.A taxadeextraoseriadefinidapelaLeideHagen-Poiseulleparaescoamentocapilarsendo independente da difusomolecular, portanto, afetada por operao em contracorrente. Constataes mais Recentes

NIEHeSNYDER(1991)revelaramquetemposdeextraocomfarelos(p)so menores em relao aflocos (partculas laminadas). Destaformaleva-seacrerqueasdimensesdaspartculasslidaseliminam progressivamentearesistnciaaostransportesdosolventeedoleonointeriordestas partculas,earesistnciaaostransportesmssicosdosolventenosporosdoslido,ainda vazios, deve ser elevada o suficiente para mascarar os efeitos da contradifuso solvente-leo. Comosepodeperceberhnecessidadedemodelosmaisrigorososcomparmetros com significao fsica consistente. 31 CAPTULOIV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE IV.3. MODELO PARA EXTRAO CONVENCIONAL COM HEXANO.

Estemodeloserdetalhadocomointuitodedemonstraroquantosenecessitado desenvolvimentodeumnovomodeloquepossarepresentarbemosistemaaserutilizado, possibilitandoentoousodestenosprocessosatuais,semnecessitardeumnmero excessivo de hipteses restritivas. Sofeitasseguintesconsideraesparaextraosemi-contnuaemleitofixode slidos (MAJUMDAR et. al, 1995): o leo a nica espcie qumica os poros das partculas slidas tm dimenses que permitem o fcil acesso para o solvente aconcentraodamicelaestagnadanointeriordosporosestemequilbrio termodinmico com o leo no dissolvido presente no interior dos poros do slido oleodissolvidonamiceladosporostransfere-separaamicelanafasecontnuaaolongo de todo o comprimento do extrator umgradientedeconcentraoseestabeleceentreosolventeentradaeosolventesada do extrator, uma certa disperso axial do leo.arazoentreocomprimentoeodimetrodoleitoelevadaosuficienteparapoder desprezar o gradiente radial de concentrao a porosidade do leito considerada constante e uniforme nohcalordemisturaenvolvidonadissoluodoleoetemperaturaconstantee uniforme. 32CAPTULOIV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE Formulao Matemtica Balano de massa global numa seo infinitesimal (dz) do leito: ( )) x x .( a . k .1p p fbbdzsdU (IV.3.1) ondeUsavelocidadesuperficialdosolvente,zacoordenadaaxialdoextrator,ba porosidadedoleito,kfcoeficientedetransfernciademassa,xafraomssicadoleo na micela na fase bulk e xp a frao mssica do leo na micela estagnada. No interior dos poros tem-se como condio de contorno Us=Usi em z=0. As variveis adimensionais so: aasisissLzzLTU tUUU''. Da equao (IV.3.1) tem-se: ( )) x x (PeSh). L . a .(1dzdUp a pbb''s (IV.3.2) ondeLaocomprimentoaxialdoleito,ShonmerodeSherwood(kf.La/D),Peo nmero de Peclet (La.Usi/D) e D a difusividade mssica do leo. 33CAPTULOIV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE O balano demassaparaoleocontidonamiceladafasecontnuaforneceaseguinte expresso aps a dimensionalizao: ( ) ) .( . . .1. ..1. .22''x xPeShL adzx dLdpL Pei DmiDziDziDzdzUtxpia pppa as+ (IV.3.3) onde Dz e Dm so coeficientes de disperso axial. Condies inicias de contorno adimensionais impostas: x = xi para t = 0 e para todo z xidzdx.Ldp.Pe1.DmiDzi.DziDzx . Ua is

,_

Para todo z = 0 e para todo t. 0zx para z=1 e para todo o t. 34CAPTULOIV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE O balano mssico de leo para a micela contida no interior dos poros: ( ) 0 x x .PeSh 1dxdn 11dtdxpi p p pp +11]1

+(IV.3.4) com a seguinte condio inicial: xp= xpi para t = 0 e para todo o z. A relao de equilbrio entre o leo residual presente nosPelletsdefarelodearroze a concentrao da micela estagnada nos poros dada por: n = 0.2032 Xp Para outros tipos de sementes outro coeficiente numrico deve ser encontrado. As equaes (IV.3.2) e (IV.3.4) foram desenvolvidas a partir domtodomodificado de Euler e a equao (IV.3.3) foi desenvolvida a partir do mtodo de Crank-Nicolson. Anlise de Sensitividade Paramtrica MAJUMDARet.al.(1995)investigaramosefeitosdonmerodeReynoldsinicial baseadonodimetrodapartcula(Rei),nmerodeSchmidtinicial(Sci),porosidadedoleito (b),dimetrodoleito / dimetrodapartcula(Dt/dp),alturadoleito / dimetro do leito 35CAPTULOIV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE (La/Dt),relaoentreareasuperficialdapartculaporvolumedeleitoeareadeseodo leito(ap.La),aconcentraoinicialdosolvente(fraomssica,xi)eocoeficientede distribuio de equilbrio (CDE). Destaanliseconcluiu-sequeosaltosvaloresdeReiassociam-secomosmaiores temposdeextrao;menoresvaloresparaScestoligadosamenorestemposdeextrao entreosparmetroscompoucainflunciaouquenopuderemsersignificativamente alterados;pode-sedizertambmquealtosvaloresdebeap.La e baixos valores dep, Dt/dp, L/Dt e CDE esto associados com menores tempos de extrao.Asaltastaxasdetransfernciademassaestoassociadascomaltosvaloresdepico naconcentraodeleosalcanadoscomaltosvaloresdeRei.OsaltosvaloresdeSci esto associadoscomosaltosvaloresdeconcentraodeleonamicelaemambasasfases(bulk e poro).Otransporteconvectivodemassapareceserdominantesobreotransportedifusivode massaparaaltosvaloresdeSci,masoidealquehajaequilbrioentreotransporte convectivo e o difusivo de massa (MAJUMDAR et. al, 1995). IV.4. MODELO DE EXTRAO SUPERCRTICA Adistribuioinicialdosolutodentrodosubstratoslidoafetaaseleodo modelo. OmodelofsicopropostoporSOVOVet.al.(1994)mostraaexistnciadeduas resistnciastransfernciademassa:aprimeiralocalizadanamisturasupercrticaeno controledoprocessodeextraoantesdaexaustodasclulasdeleoessencialquebradas; nasegundaaparedenodestrudadasclulaseocontrolepermanecemempartedo processo.Estashiptesesforamtransferidasaomodeloemdoisbalanosdemassaparafase slida,umparaoleoessencialeoutroparaoleoprotegidopelasparedesdasclulas.Os trs balanos de massa podem ser resolvidos por integrao numrica (REVERCHON,1997). OmodelodeextraoadotadoporSOVOVet.al.(1994)consistenumleitofixo paraosslidoscomosolventeescoandocontinuamente(figuraIV.4.1).Admite-sequeo perfildevelocidadessejaplano(PlugFlow),queosefeitostrmicossejamdesprezveis (operao isotrmica) e que a queda depressoaolongo do leito seja negligencivel 36CAPTULOIV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE (operaoisobrica).Considera-seaindaqueosefeitosdedifusoaxialpossamser ignorados e que, no seio da fase fluida, o transporte mssico ocorra apenas por conveco. O equacionamento consiste em um balano mssico de leo para a fase slida: ( ) ( ) Y , X J tX1s- (IV.4.1) e um balano de massa de leo para a fase fluida: ( ) Y , X Jh YUf t Y b f + (IV.4.2) As condies inicial e de contorno so dadas por: ( )oX 0 = t h, X (IV.4.3a) ( )0Y t 0, = hY (IV.4.3b) ( )iYlimt t h,Y (IV.4.3c) onde:tlimotempomnimonecessrioparaquesolventenosaturadochegueauma posioh,comvelocidadeU;s a densidade do slido (Kg/m3); a porosidade do meio (m3/m3);Xaconcentrao de leo no slido (Kg de leo/Kg de slido livre de leo);t o tempo (s); a densidade do CO2 (Kg/m3); Y o teor de leono solvente (Kg de leo/Kg de solvente livre de leo);h a posio axial aolongo do extrator (m)eUavelocidade 37CAPTULOIV: MODELAGEM MATEMTICA PARA EXTRATORDE LEO VEGETAL A SOLVENTE superficialdepercolaodosolvente(m/s);Yiovalordeconcentraodosolventeparaum tempo inferior a tlim. FIGURAIV.4.1:Representaoesquemticadoextratorsemi-contnuodeleodesementes. O leito de slidos permanece fixo enquanto o solvente escoa continuamente. Oprocessoextrativodivide-seemduasetapas,tendocomolimiteentreelasuma concentraoresidual,Xk.Aprimeiraetapatemresistnciaaotransportedemassanafase supercrtica, sendo a taxa de extrao dada pela expresso: ( ) ( ) YrY0afk Y X, J (IV.4.4) EstaequaovlidaparaX