SEPARAÇÃO DE FENOL POR ADSORÇÃO NUMA RESINA COMERCIAL DO TIPO DUOLITE
1 - Apresentação do problema
Os compostos fenólicos são poluentes orgânicos que aparecem nos efluentes de muitas indústrias químicas. Os processos de adsorção usando adsorventes sintéticos constituem uma alternativa interessante para o tratamento destes efluentes.
Com este caso de estudo pretende-se estudar a cinética de adsorção de fenol em adsorvedores contínuos –(“CSTR”) e descontínuos (“batch”), bem como a dinâmica da operação em leito fixo utilizando como adsorvente sintético a resina comercial do tipo “Duolite ES-861”.
Admite-se que os mecanismos difusionais dentro das partículas podem ser descritos com o modelo de difusão nos poros (MDP) e que a resistência à transferência de massa no filme é desprezável nos casos da adsorção em CSTR e “batch”. A operação em leito fixo deve incluir os mecanismos de transporte do soluto na fase intersticial, segundo um modelo do tipo “pistão difusional”, e na fase intraparticular. Considera-se como válida a isotérmica de Langmuir para descrever o equilíbrio instantâneo entre a concentração adsorvida q e a concentração do soluto nos macroporos da resina Cp.
1.1 - Dados de entrada
- Parâmetros da isotérmica de equilíbrio
- KL = 4.60x10-3 L.mg-1
- qmax = 63.60 mg.g-1
- Propriedades físicas da resina
- Porosidade intraparticular seca, εp = 0.44
- Porosidade intraparticular húmida = 0.72
- Massa específica aparente, ρap = 537 g.L-1
- Massa específica húmida, ρh = 1020 g.L-1
- Razão massa adsorvente seco / massa adsorvente húmido, FH = 0.28
- Raio da partícula, R = 0.0235 cm
- Concentração de alimentação CE = 96.3 mg.L-1
- Caudal volumétrico, Q = 108.7 cm3.min-1
- Tempo de residência, τ = 3.94 min
- Factor de capacidade, 
- Razão entre a constante de tempo de difusão nos poros τp (τp = Rp2/εpDP, em que Dp é o coeficiente de difusão nos poros) e o tempo de residência τ, β = τp/τ= 0.15
- Concentração inicial no adsorvedor batch, Co = 96.3 mg.L-1
- Constante de tempo de difusão nos poros τp = 1.38 min
- Concentração de alimentação à coluna de leito fixo, CE = 99.0 mg.L-1
- Caudal de alimentação, Q = 257 cm3.min-1
- Tempo de residência,? τ = 0 9 min
- Diâmetro da coluna, d = 9 cm
- Altura do leito, L = 87 cm
- Número de unidades de transferência de massa intraparticular, 
- Número de unidade de transferência no filme, 
- Número de Peclet, 
2 - Apresentação e discussão de resultados
As Figuras 1, 2 e 3 mostram os resultados obtidos nas simulações, respectivamente, para a adsorção em adsorvedor do tipo “CSTR”, do tipo “batch” e em coluna de leito fixo. Nas Figuras 1a, 2a e 3a estão representados os valores experimentais e simulados da evolução da concentração do soluto na solução durante o processo de adsorção. Da análise às Figuras pode-se constatar que os modelos usados representam bem os resultados experimentais. A concentração final do soluto, após a saturação do adsorvente, corresponde à concentração de entrada no caso da adsorção contínua em CSTR ou em coluna, enquanto que no caso da adsorção descontínua (batch) a concentração final, C∞, é obviamente menor que a concentração inicial, Co, e pode ser calculada através de um balanço material global:
As Figuras 1b-c e 2b-c mostram os perfis radiais de concentração nas partículas, simuladas com o modelo de difusão nos poros, para a adsorção em CSTR e em sistema batch. Observa-se uma saturação gradual das partículas de adsorvente devido à resistência à transferência de massa intraparticular. Nas Figuras 3b e 3c estão representados os perfis axiais de concentração na fase intersticial para a adsorção em leito fixo, cuja evolução relacionada com a propagação de ondas dispersivas no leito está de acordo com aquilo que seria expectável para sistemas descritos por uma isotérmica de adsorção favorável.
2.1 - Adsorção contínua no adsorvedor do tipo CSTR
Figura 1a – Evolução da concentração normalizada do soluto no adsorvedor do tipo “CSTR”.
Figura 1b – Evolução de perfis radiais de concentração na partícula, a duas dimensões, no adsorvedor do tipo “CSTR”.
Figura 1c – Evolução de perfis radiais de concentração na partícula, a três dimensões, no adsorvedor do tipo “CSTR”.
2.2 – Adsorção descontínua no adsorvedor do tipo “batch”
Figura 2a – Evolução da concentração normalizada do soluto no adsorvedor do tipo “batch”.
Figura 2b – Evolução de perfis radiais de concentração na partícula, a duas dimensões, no adsorvedor do tipo “batch”.
Figura 2c – Evolução de perfis radiais de concentração na partícula, a três dimensões, no adsorvedor do tipo “batch”.
2.3 – Adsorção contínua em coluna de leito fixo
Figura 3a – Evolução da concentração normalizada do soluto à saída da coluna de leito fixo.
Figura 3b – Evolução de perfis axiais de concentração no fluido intersticial, a duas dimensões, na adsorção em coluna de leito fixo.
Figura 3c – Evolução de perfis axiais de concentração no fluido intersticial, a três dimensões, na adsorção em coluna de leito fixo.
Nomenclatura
C = concentração do soluto
d = diâmetro da coluna
Dax = coeficiente de dispersão axial
Dp = coeficiente de difusão nos poros
KL = parâmetro da isotérmica de equilíbrio
kf = coeficiente de transferência de massa no filme
L = altura de leito
ND = Número de unidades de transferência de massa intraparticular
Nf = Número de unidade de transferência no filme
Q = caudal volumétrico
q = concentração do soluto adsorvido
qmax = parâmetro da isotérmica de equilíbrio
R = raio da partícula
u = velocidade superficial
V = Volume
SÍMBOLOS GREGOS
εp = porosidade intraparticular
ε = porosidade interparticular
ρap = massa específica aparente
ρh = massa específica húmida
τ = tempo de residência
ξ = factor de capacidade
tρ = constante de tempo de difusão nos poros
