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EQ 801 – Laboratório de Engenharia Química III
1º Semestre de 2011 - Grupo E
Linha de Amarração
1. Objetivos do experimento2. Introdução, importância e atualidades3. Fundamentos teóricos4. Metodologia / Procedimento experimental 5. Resultados esperados e cálculos 6. Aplicação prática em processos 7. Referências bibliográficas
Índice
1. Objetivos do ExperimentoSilvino
• Medir as composições das fases em equilíbrio do sistema ternário (1)-água/(2)-ácido acético/(3)-acetato de etila a 20°C e pressão atmosférica;
• Determinar as linhas de amarração para o sistema em estudo.
1. Objetivos do experimento
2.1. IntroduçãoSilvino
• Equilíbrio líquido-vapor (ELL):– Fenômeno que ocorre quando dois ou mais
líquidos puros são misturados (em condições apropriadas de T e P), formando duas, ou mais, fases líquidas em equilíbrio com diferentes composições.
– A descrição do ELL é baseada na igualdade de pressões, temperaturas e fugacidades (critério de equilíbrio)
2. Introdução, importância e atualidades
• Para as fases a e b, a T e P uniformes e N componentes:
• Abrindo em termos de coeficientes de atividade:
• Assumindo-se que todos os componentes existem como líquidos puros (a T e P do sistema), escolhe-se o mesmo estado de referência para todos eles:
3. Introdução
ii ff Ni ,...2,1
00iiiiii fxfx
puroiii fff 00
• Como , tem-se que:
• O coeficiente de atividade do componente i para ambas as fases é calculado a partir de modelos baseados na energia livre de Gibbs molar em excesso (gE), calculados por Van Laar, Margules, Wilson, NRTL, UNIQUAC ...:
2. Introdução, importância e atualidades
1puroif
iiii xx
ii
iE xRTg ln
• Quando se tem três componentes separando-se em duas ou mais fases líquidas, pode-se fazer uma representação gráfica através dos “Diagramas Ternários”.
2. Introdução, importância e atualidades
• Vértices – Componentes puros.
• Arestas – Misturas binárias.
• Interior – Mistura ternária.
• Curva Binodal - união dos pontos que representam diferentes composições da mesma mistura. Regiões externas à curva binodal: formação de
apenas uma fase Região interna a curva binodal: separação em duas
fases líquidas em equilíbrio Aproximadamente 75% dos sistemas ternários
existentes são aqueles que apresentam um par de líquidos parcialmente miscível (Tipo 1)
Outros casos apresentam sistemas ternários com dois ou três pares de líquidos miscíveis, ou ainda, aqueles que não apresentam par miscível (Tipos 2, 3 e 0, respectivamente)
2. Introdução, importância e atualidades
2. Introdução, importância e atualidades
Tipo 0 - (a) ; Tipo (1) – (b); Tipo (2) – (c) (d) (e) ; Tipo 3 – (f)
Apostila EQ314 - Prof Dr. Martin Aznar – FEQ/UNICAMP - 2008
2. Introdução
Apostila do curso de EQ801 – FEQ/UNICAMP
• Linhas de Amarração – No caso de duas fases em equilíbrio (dentro da curva binodal), pontos que representam misturas que formam fases conjugadas de mesma composição, podem ser unidos por uma reta conhecida por “linha de amarração” (ou tie-line).
2. Introdução, importância e atualidades
• A área de heterogeneidade deve ser imaginada como totalmente preenchida por um número infinito de linhas de amarração;
• Não são paralelas; mudam sua inclinação, suavemente, na direção de mudança da concentração;
• Sistemas solutotrópicos – mostram reversão da inclinação das linhas de amarração; uma das infinitas tie-lines será horizontal.
2. Introdução, importância e atualidades
2. Introdução
Apostila do curso de EQ801 – FEQ/UNICAMP
• Ponto crítico – encontro dos dois segmentos da curva binodal: Geralmente em um ponto diferente do
máximo da curva binodal; Ponto onde as linhas de amarração se
extinguem em função da diminuição das linhas de amarração com o aumento da concentração do soluto.
No ponto crítico tem-se duas fases com composição e densidade idênticas.
2. Introdução, importância e atualidades
2.2. ImportânciaHumberto
Aplicações
• Farmacêuticas: distribuição de drogas entre lipídios e fluidos corporais
• Ambiental: determinar como um poluente está distribuído entre o ar, água, solo, etc
• Industrial: diversos processos de purificação na indústria
2. Introdução, importância e atualidades
Vantagens• Temperaturas ambientes/moderadas;• Possibilidade de utilizar solventes com boa
capacidade de extração ou seletivos;• Maior facilidade para controlar pH, força iônica e
temperatura, evitando assim a desnaturação de enzimas e proteínas em sistemas aquosos bifásicos de moléculas.
Desvantagens• Geração de produtos intermediários, sendo
necessário outro processo para obter o soluto de interesse.
2. Introdução, importância e atualidades
2.3. AtualidadesHumberto
“Dados do equilíbrio líquido-líquido limoneno + octanal + sistemas de solventes”
• Autores: M.D. Romero, J.M. Gómez, E. Díez, M.J. Escudero, I. Díaz
• Data da publicação: 16/04/09
• Resumo: O 1,3-butenodiol foi testado como solvente para o processo de desterpenação do óleo essencial, utilizando-se dados de ELL do sistema limonemo + octanal + 1,3-butanodiol para 2 diferentes temperaturas. Os dados foram correlacionados com o modelo NRTL, afim de se obter os parâmetros de interação da mistura, necessários para simular uma coluna de extração no software Aspen Plus.
2. Introdução, importância e atualidades
• Experimento:
Obteve-se as linhas de amarração para T=25ºC e T=40ºC. Diferentes soluções foram colocadas em uma célula de equilíbrio termostatizada. A mistura foi agitada por 1 hora e deixou-se em repouso por mais algumas horas, até se atingir o equilíbrio. Uma amostra de cada fase foi analisada em cromatógrafo a gás, equipado com uma coluna capilar e um detector de ionização de chama.
2. Introdução, importância e atualidades
• Resultados:
2. Introdução, importância e atualidades
Figura 1. Linhas de amarração obtidas Figura 2. Resultados da simulação
• Conclusões:
O modelo de NRTL ajustou os dados com desvios menores que 10%. A coluna de extração simulada no Aspen com 10 estágios e com razão alimentação do solvente igual a 1 pode recuperar 70% do octanal no extrato e 95% do limoneno no refinado. Utilizando uma razão de alimentação igual a 2, pode-se obter limoneno com pureza maior que 99,5%.
2. Introdução, importância e atualidades
3. Fundamentos TeóricosMarina
• Sistema (1)-água / (2)-ácido acético / (3)-acetato de etila
• Sistema em Equilíbrio Líquido-Líquido
Água – Diluente Acetato de Etila - Solvente
Ácido Acético - Soluto
3. Fundamentos teóricos
Equilíbrio Líquido-Líquido
Para fases α e β e para os componentes i do sistema
(1)
Para ELL a equação (1) reduz-se a:
γi α Xi α= γi β Xi β (2)
Onde, μ=potencial químico, γ=coeficiente de atividade, x=fração molar líquida
μi α = μi β
3. Fundamentos teóricos
Curva BinodalSepara a região de duas fases da
região homogênea
Linhas de AmarraçãoLinhas que ligam os extratos e os
resíduos em equilíbrio
3. Fundamentos teóricos
Figura 3.1 – Diagrama Triangular
Ponto P→ Extrato e Resíduo estão em equilíbrio com [ ] = →Extração Impossível
3. Fundamentos teóricos
Diagrama de Equilíbrio Ternário
Figura 3.2 – Diagrama de Equilíbrio do Ácido Acético
3. Fundamentos teóricos
De acordo com o gráfico:
Ácido Acético e Água – miscíveis
Acetato de Etila e Ácido Acético – miscíveis
Acetato de Etila e Água – parcialmente miscíveis
3. Fundamentos teóricos
Características de um bom solvente
• Deve ser miscível ao soluto e parcialmente miscível ao diluente
• Grande diferença de densidade entre o diluente e o solvente
• Solvente deve ser facilmente recuperado
• Solvente com menor custo
3. Fundamentos teóricos
4. Metodologia/Procedimento Experimental
Vinícius
1. Confira a segurança:
2. Confira se todos materiais e equipamentos estão disponíveis:
4. Metodologia / Procedimento experimental
Equipamentos:Células , Agitadores, Banho termostático, Termômetro, Provetas, Balanças.
MateriaisÁgua destilada, Ácido acético, Acetato de etila, Álcool etílico, Solução de NaOH padronizada,Indicador.
4. Metodologia / Procedimento experimental
3. Prepare amostras de 100ml de ácido acético com as concentrações abaixo.
4. Adicione 100 ml de acetato de etila
4. Metodologia / Procedimento experimental
Soluções de 100ml de ácido acético com concentrações diferentes
100 ml acetato de
etila
3. Agite e depois deixe descansar por 30 min:
4. Metodologia / Procedimento experimental
Agite: 30min Descanso: 30min
EQUILÍBRIO
4. Pese 2 amostras (cerca de 10g) de cada uma das fases
5. Adicione 10ml de álcool etílico (evitar formação de duas fases)
6. Titular com solução padronizada de NaOH, usando fenolftaleína como indicador
4. Metodologia / Procedimento experimental
Figura 4.1 – Coloração da Fenolftaleína com o PH, retirado de wikipedia.org/
5. Resultados esperados e cálculosBianca
• Primeiramente obtêm-se o número de mols de ácido acético em cada fase, através de uma titulação com NaOH (fenoftaleina como indicador) :
• Sabendo-se a composição inicial da mistura, calcula-se o número de mols inicial de ácido:
5. Resultados esperados e cálculos
NaOHNaOHAcéticoÁcVCn
.
AcéticoÁc
AcéticoÁcSoluçãoSoluçãoinicial M
VCn
.
.
• Com os valores de nÁc. Acético e ninicial, encontra-se a fração molar do Ácido acético em cada fase:
5. Resultados esperados e cálculos
inicial
AcéticoAcOHAcéticoAc n
nx .
,. 2
OHAcéticoAcAcetatoAcéticoAc xx2,.,. 1
• Com xÁc.Acético e a Curva Binodal Linhas de amarração (diagrama ternário)
5. Resultados esperados e cálculos
• Pontos das linhas de amarração composição das fases
• Composição das fases estimativas para os parâmetros do modelo de coeficiente de atividade (Programa DDBSP 2003 – UNIQUAC)
• Ponto crítico pelo método das paralelas
5. Resultados esperados e cálculos
6. Aplicação Prática em ProcessoIzaias
6. Aplicação prática em processos
1. Objetivos do experimento2. Introdução, importância e atualidades
– http://www.aidic.it/icheap9/webpapers/ - acessado em 02/04/2011– Treybal, R. E., Mass Transfer Operations, McGraw-Hill International Editions, Third Edition,
1981.– Reid, R. C., Prausnitz, J. M., Sherwood, T. K., The Proprieties of Gases and Liquids,
McGraw-Hill International Editions, Fourth Edition, 1988.– Sorensen, J.M, e Arlt, W., Liquid-liquid Equilibrium Data Collection, DECHEMA, Chemical
Data Series, 1980.
3. Fundamentos teóricos– Extração Líquido-Líquido, Disponível em http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?
option=com_content&task=view&id=63&Itemid=148, Capturado em 02/04/2011 às 19:40hrs.
4. Metodologia / Procedimento experimental – Apostila do Curso - FEQ/ UNICAMP– http://pt.wikipedia.org/wiki/Fenolftale%C3%ADna, acessado dia 05 de Abril.
5. Resultados esperados e cálculos – http://www.qvf.com/en/Company_5/documents/P150e0.pdf acessado em 02 de abril de
2011.– Apostila do Curso - FEQ/ UNICAMP
6. Aplicação prática em processos
7. Referências bibliográficas
Nós somos aquilo que fazemos repetidamente.Excelência, então, não é um modo de agir, mas um hábito.
(Aristóteles)