Filtração de carvão ativado de espíritos

A filtragem de carvão ativado é usada para limpar de forma eficaz os espíritos, removendo as impurezas. O carvão ativado consiste principalmente de carbono elementar em uma estrutura semelhante à grafite. Ele difere do grafite por ter uma estrutura aleatória imperfeita que é altamente porosa em uma ampla gama de tamanhos de poros que podem ser divididos em três grupos:

1. Macroporos  (acima de 50 nm de diâmetro) 
2. Mesoporos  (2-50 nm de diâmetro) 
3. Microporos  (abaixo de 2 nm de diâmetro) 

A variada estrutura de poros confere ao carbono sua área de superfície muito grande (aproximadamente 2500 m^{2 /}g) e também permite que o carbono adsorver uma ampla gama de compostos.

O carvão ativado funciona por adsorvendo os compostos que está removendo. Embora as partículas possam ser removidas, não há ação de filtração significativa. A adsorção é causada pelas forças de dispersão de London, um tipo de Força de Van der Waals que existe entre as moléculas. A força é muito forte, mas funciona apenas em distâncias curtas e é sensível à distância entre a superfície do carbono e a molécula de adsorbato.

Os usos típicos de carvão ativado em destilados são:

• Remoção de cor
• Ajustes de aroma e sabor

Para aplicar com sucesso o carvão ativado ao seu processo, é importante definir cuidadosamente a especificação desejada para o produto final tratado. 

Às vezes, a especificação será uma mudança mensurável como a cor, mas em outros casos a especificação pode ser baseada em um perfil de sabor. Em ambos os casos, o processo deve ser muito bem definido para que os resultados sejam repetíveis. Se o processo não for bem definido, o produto final pode ser subtratado resultando em retrabalho desnecessário. Se ocorrer um tratamento excessivo, o produto pode ficar irreversivelmente despojado de cor e/ou aromas desejáveis.

Uma vez que a especificação é estabelecida, testes cuidadosos em pequena escala ou em laboratório são úteis para determinar qual grau de carvão ativado funciona de forma mais eficaz e quanto de meio de carbono é necessário por volume de produto. 

A Pall pode ajudar os clientes a selecionar um produto adequado de sua linha de produtos de carvão ativado. 

Tradicionalmente, o PAC é usado em sua forma solta/a granel. O processo geralmente envolve 4 operações:

1. Manuseio do pó a granel e dosagem em um recipiente de mistura 
2. Mistura de pó a granel com o produto a ser tratado
3. Remoção de PAC do produto tratado após adsorção 
4. Limpeza de carbono do equipamento de processo 

O uso de PAC a granel tem várias desvantagens significativas:

1. O manuseio e a mistura de PAC a granel são trabalhosos e exigem gastos de capital para equipamentos especializados
2. A limpeza do equipamento de processo, após o tratamento do produto, é trabalhosa
3. A remoção do PAC residual do produto tratado geralmente requer etapas de filtração adicionais que adicionam custo ao processo geral 

Abaixo está um processo típico de descoloração envolvendo a adição de carvão ativado a granel (etapas de limpeza não mostradas).

O meio filtrante de carbono imobilizado Seitz® AKS alivia essas preocupações ao incorporar carvão ativado em uma matriz de fibras celulósicas. Este meio de carbono imobilizado é então acoplado a um papel de filtro a jusante que elimina qualquer possível derramamento de partículas de carbono a jusante do filtro.  Além disso, a eficiência de adsorção do meio filtrante de carbono imobilizado Seitz AKS é maior do que uma quantidade equivalente de PAC a granel, reduzindo ainda mais  tempo de processo e aumentando o rendimento do produto.

Há duas razões para maior eficiência da adsorção baseada em folha comparada com os processos de adsorção com mistura em massa. 

1. Com uma vazão otimizada, a probabilidade de contato entre as impurezas e as partículas de carbono é maior em chapas impregnadas de carbono. Isso se deve aos fluidos de processo contatando de forma mais eficiente as partículas de carbono imobilizadas em uma matriz de folha.  
2. Devido à profundidade (espessura) da chapa, é possível considerar a estrutura como sendo composta por uma série de camadas contendo PAC. As camadas iniciais fazem o primeiro contato com o fluido e, à medida que o tempo e o volume crescente de fluido passam por essa camada, elas são as primeiras a ficarem saturadas com impurezas. As camadas subsequentes, no entanto, ainda possuem sítios de adsorção e uma capacidade de adsorver impurezas, que aumenta com a profundidade do meio. Em essência, ter uma profundidade de PAC e passar o fluido a uma taxa de fluxo ideal através dessa profundidade permite que o carbono seja totalmente utilizado na adsorção de impurezas.

O carvão ativado tem um número finito de sítios de adsorção e estes são usados durante o processo de tratamento do produto do cliente. O efluente a jusante deve ser monitorado para determinar quando a capacidade de absorção da folha ou módulo está esgotada