SEPARAÇÃO DE FENOL POR ADSORÇÃO NUMA RESINA COMERCIAL DO TIPO DUOLITE
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.
- KL = 4.60x10-3 L.mg-1
- qmax = 63.60 mg.g-1
- 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,
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.
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”.
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”.
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.
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