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)