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http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BAXNDF| Type: | Tese de Doutorado |
| Title: | Extração líquido-líquido de ácido cítrico: estudo em bancada e em colunas mecanicamente agitadas |
| Authors: | Estêvão Magno Rodrigues Araújo |
| First Advisor: | Adriane Salum |
| Abstract: | Este trabalho teve como objetivo o estudo da extração líquido-líquido de ácido cítrico em escala de bancada (ensaios descontínuos em estágio único) e em coluna mecanicamente agitada (Kühni) com 20 estágios. A solução aquosa era uma solução sintética (pH=1,5) contendo cerca de 10% m/v de ácido cítrico, concentração encontrada, em média, no mosto industrial proveniente da fermentação. Ensaios exploratórios foram realizados com diferentes fases orgânicas, de modo a selecionar o solvente mais adequado para os ensaios posteriores na coluna mecanicamente agitada. O solvente selecionado era composto pela amina terciária Alamine® 336 (extratante), pelo modificador Exxal 13 álcool tridecílico e por Escaid 110 (diluente alifático). Na sequência, foram estudados os efeitos do tempo de contato entre as fases e das concentrações de extratante e de modificador e na extração de ácido cítrico. Dentre as condições investigadas, as selecionadas foram um tempo de contato de 10 min, 30% m/v de Alamine® 336, 10% m/v de Exxal 13 álcool tridecílico em Escaid110. Nessa condição, foi determinada a isoterma de equilíbrio (29±2°C) e calculada a constante de equilíbrio (36,8 (mol.L-1 ) -1.5). Foi considerado que a reação de complexação entre a trioctilamina (TOA) e o ácido cítrico ocorre, principalmente, com o ácido em sua forma não ionizada, uma vez que o pH da solução de ácido alimentada era inferior ao do pKa1 desse ácido. Foi encontrado que, em média, cada molécula de ácido reage com 1,5 moléculas de extratante, o que pode indicar que reações com diferentes proporções de moléculas extratante/ácido cítrico podem estar ocorrendo simultaneamente. Foram calculadas, também, as constantes de velocidade das reações direta (k1) e inversa (k-1), 2,10 (mol.L-1 ) -1.5.s-1 e 5.69x10-2 s -1 , respectivamente. No cálculo da constante de equilíbrio, do coeficiente estequiométrico do extratante, das concentrações de ácido cítrico no refinado e no extrato e da concentração de extratante não complexado, os valores do coeficiente de determinação encontrados (R2 ) foram igual ou superiores a 0,93, o que é uma evidência de que os resultados para uma modelagem computacional para o sistema estudado seriam bem próximos dos obtidos experimentalmente. Nos ensaios em coluna, foram investigadas diferentes razões entre as vazões volumétricas de fase dispersa (orgânica) e de fase contínua (aquosa) (Fd/Fc = 1/3, 2/2 e 3/1) e foram obtidos os perfis de concentração de ácido cítrico nas fases aquosa e orgânica ao longo da coluna. Foram, também, determinados a fração de fase dispersa retida na mistura de fases (hold up) (), a velocidade de deslizamento ( s v ), o diâmetro médio das gotículas de fase dispersa (ddrop), a área interfacial efetiva de contato entre as fases (aint) e o coeficiente global de transferência de massa da fase contínua para a fase dispersa (). A melhor condição de extração (85%) foi obtida para a razão volumétrica Fd/Fc = 2/2 e Ft = 4 L.h -1 , em que , s v , drop, aint e Koc foram, respectivamente, 11,9%, 4,0 mm.s-1 , 0,50 mm, 678 m2 .m-3 e 1,97E-6 m.s-1 e o pH do refinado final foi 2,1 |
| Abstract: | The present work aimed the study of citric acid solvent extraction in a bench scale (discontinuous tests in a single stage) and in a mechanically agitated column (Kühni) with 20 stages. The aqueous phase was a synthetic solution (pH = 1.5) with the typical citric acid concentration of industrial fermented musts (10% w/v). Exploratory experiments were carried out using different organic phases in order to select the most suitable solvent phase to further continuous extraction tests in a mechanically agitated column. The selected organic phase was: the tertiary amine Alamine® 336 (extractant), Exxal 13 tridecyl alcohol (modifier), and the aliphatic diluent Escaid 110. Next, it was studied the effects of the contact time, and of the concentrations of extractant and modifier on the citric acid extraction. Among the investigated conditions, the best ones were a contact time of 10 min, 30% w/v of Alamine® 336, 10% w/v of Exxal 13 tridecyl alcohol in Escaid110. For this condition, the equilibrium isotherm (29±2°C) was determined, and the equilibrium constant calculated (36.8 (mol.L-1 ) -1.5). It was considered that trioctylamine and citric acid complexation reaction occurs mainly with non-dissociated citric acid form, because the aqueous feed solutions pH is lower than the citric acid pKa1. It was found that 1.5 molecules of the extractant, on average, are required to react with one citric acid molecule, which can indicate that reactions with different extractant/citric acid ratios occur simultaneously. Next, the equilibrium constant and the rate constants for the direct and inverse reactions, 36,8 (mol.L-1 ) -1,5 , 2.10 (mol.L-1 ) -1.5.s-1 and 5.69x10-2 s -1 , respectively, were calculated. In the calculation of the equilibrium constant, of the extractant stoichiometric coefficient, of the citric acid concentrations in the raffinate and in the extract and of the free extractant, values of the determination coefficients (R2 ) equal or higher than 0.93 were found, representing an evidence that the results obtained through computer modeling would be very close to those obtained experimentally. Through pilot scale experiments, different volumetric flow rate ratios between the dispersed (organic) and continuous (aqueous) phases (Fd/Fc = 1/3, 2/2 and 3/1) were investigated and the citric acid concentration profiles in the aqueous and in the organic phases throughout the column were obtained. The dispersed phase hold up (), the slip velocity ( ), the mean droplet diameter of the dispersed phase (ddrop), the interfacial area between the phases (aint) and the overall mass transfer coefficient (Koc) were also determined. The best extraction condition (85%). was obtained with Fd/Fc = 2/2, and Ft = 4 L.h-1 . At this condition, it was obtained: =11,9%, =4.0 mm.s-1 , ddrop=0,50 mm, aint=690 m2 .m-3 , Koc=1.97E-6 m.s-1 , and raffinate pH=2.1 |
| Subject: | Ácido cítrico Extraçao por solventes Engenharia quimica Hidrodinamica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BAXNDF |
| Issue Date: | 2-Feb-2018 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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