A study on mass transfer models in the solid-fluid interphase during supercritical extraction processes

Resumo: A extração de óleos voláteis com fluido supercrítico é uma tecnologia emergente nas últimas décadas, como alternativa à extração com métodos convencionais, como a destilação por arraste a vapor e a extração com solventes orgânicos. Embora grande parte dos óleos seja obtida por arraste a vapor, este processo apresenta algumas desvantagens,tais como baixos rendimentos, possível degradação térmica do produto, e dificuldade em se obter óleos ricos em compostos menos voláteis. A extração com solvente orgânico, por sua vez, está sofrendo crescentes restrições devido a possíveis contaminações ambientais e à presença de uma fração residual de solvente no produto. A tecnologia supercrítica,utilizando CO2 como solvente, é reconhecida como limpa, e apresenta outras vantagens, tais como seletividade no processo de extração através da seleção da temperatura e pressão de operação, facilidade de separação do extrato do solvente, praticamente não deixando resíduos no produto. Apesar dessas vantagens, este processo apresenta um alto custo deinvestimento, o que restringe seu uso para produtos de altos valores agregados ou processos em alta escala. A ampliação do espectro de aplicação da extração supercritica está relacionada à otimização das condições operacionais, que devem resultar em uma minimização do custo do processo, e, conseqüentemente, viabilizar o mesmo economicamente. A utilização de modelos matemáticos que representem a curva de extração é um meio que permite estimar a influência de parâmetros de processo sobre aeficiência da extração. Existem diversos modelos disponíveis na literatura que são utilizados para ajustar as curvas de extração experimentais. ... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digitalAbstract: Extraction of volatile oils with supercritical fluids has been an emergent technology in the last decades, as an altemative to extraction using conventional methods, like steam distillation and extraction with organic solvents. Although several oils can be obtained by steam distillation, this process has some disadvantages, such as low yields, possible thermaldegradation of products and difficulty to obtain less volatile compounds. Extraction with organic solvents has been suffering restrictions due to possible environmental contaminations and presence of a residual ffaction of the solvent in the product. Supercritical technology, using carbon dioxide as solvent, is recognized as a cIean technology, and has other advantages, such as selectivity in the extraction process through the choice of the operating temperature and pressure and facility of separation of the extractfiom the solvent, leaving almost no residues in the product. Besides these advantages, this process still has a high cost of investment, which restricts its use to products with a high aggregate value or processes in high scale. The enlargement of the spectra of application of supercritical extraction depends of the optimization of the operational conditions that should result in a minimization of the manufacturing costs, tuming it economically viable.The application of mathematical models to represent extraction curves is a mean that allows estimating the influence of process parameters on the efficiency of the extraction. There are many models in the literature that are used to adjust experimental extraction curves. Most of these models consider the volatile oil as a single pseudo-compound, independently of itschemical composition. In this work several models of the literature are studied, such as: an empirical model based on chemical reaction kinetics; the Tan and Liou desorption model the diffusional model of Crank; the Sovová model, that divides the process in mostly convective and diffusional periods; the Goto et aI. model, that considers the particles of thesolid as being porous.... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertation