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EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR
Solução ideal: Consideremos uma solução:-Composta de várias substâncias voláteis;-A solução líquida e o vapor estão em equilíbrio;-A pressão total no recipiente é p=p
+p+...+p 12
(Lei de Dalton);n
o^ xp(Lei^ deii Raoult)
Fase vaporp,yi Fase líquidaxi
xp(Lei^ deii^
Raoult) -y= p/pi^ i -Σx=1i -Σy=1i -xé a fração molar do componente i na fase líquidai^ o^ -pé a pressão de vapor do componente i puroi -yé a fração molar do componente i na fase vapori^
SOLUÇÕES – MAIS DE UM COMPONENTE VOLÁTIL Conceitos básicos de equilíbrio líquido-vapor para misturas binárias ideais Considere uma mistura, em equilíbrio líquido-vapor, dos componentes a e b em umreservatório fechado.
LEI DE DALTON:P=P+PAB
LEI DE RAOULT:P=PºxAAA P=PºxBBB
P A,B
MISTURA BINÁRIA: x+x=1; yAB
+y=1AB
SENDO:P=PRESSÃO TOTAL DO SISTEMAP= PRESSÃO PARCIAL DE AA^ P= PRESSÃO PARCIAL DE BB^ Pº = PRESSÃO DE VAPOR DE AA Pº = PRESSÃO DE VAPOR DE BB x= FRAÇÃO MOLAR DE A NA FASE LÍQUIDAA^ x= FRAÇÃO MOLAR DE B NA FASE LÍQUIDAB^ y= FRAÇÃO MOLAR DE A NA FASE VAPORA^ y= FRAÇÃO MOLAR DE B NA FASE VAPORB^
x+x=1; yAB
+y=1AB
CONSTRUÇÃO E UTILIZAÇÃO DO DIAGRAMA TEMPERATURA VERSUS
COMPOSIÇÃO PARA UMA MISTURA BINÁRIA IDEAL PARA A CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA TEMPERATURA VERSUS COMPOSIÇÃO,DEVE-SE
CONHECER
A^ PRESSÃO
DE^ VAPOR
DE^ CADA
COMPONENTE
DA
MISTURA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA.UMA^ EQUAÇÃO
ÚTIL^ PARA
DETERMINAR
A^ PRESSÃO
DE^ VAPOR
DE^ UM
DETERMINADO COMPONENTE EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA É A EQUAÇÃO DEANTOINE:log(Pº)=A-B/(C+T) ONDE A, B, e C SÃO AS CONSTANTES DA EQUAÇÃO DE ANTOINE PARA UMDETERMINADO COMPONENTE DA MISTURA.
CONSTRUÇÃO E UTILIZAÇÃO DO DIAGRAMA TEMPERATURA VERSUS
COMPOSIÇÃO PARA UMA MISTURA BINÁRIA IDEAL EXEMPLO: PARA A MISTURA METANOL-ETANOL A 760 mmHg
METANOL (A)
ETANOL (B)
A^
B^
C^
T(ºC)^ eb.
64,^
CONSTRUÇÃO E UTILIZAÇÃO DO DIAGRAMA TEMPERATURA VERSUS DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO
COMPOSIÇÃO PARA UMA MISTURA BINÁRIA IDEAL DIAGRAMA TEMPERATURA
VERSUS COMPOSIÇÃO DE METANOL (A) PARA
A MISTURA^ METANOL-ETANOL (^80787674) (^72) T (ºC)
Diagrama de equilíbrio sistema (^1) 0,90,80,70,60,5 fase vapor y, fração molar de metanol metanol-etanol
72 70 68 66 64 0.00^ 0.10^ 0.
0.30^ 0.40^ 0.
0.60^ 0.70^ 0.
0.90^ 1. fração^ molar de A T (ºC)
0,40,30,20,1^00 0,1^ 0,
0,3^ 0,^ 0,5^ 0,6^ 0,^
0,8^ 0,9^1
fase vapor y, fração molar de metanol
x, fração molar de metanolfase líquida
DIAGRAMA TEMPERATURA VERSUS COMPOSIÇÃO MISTURA AZEOTRÓPICA^ MISTURA
AZEOTRÓPICA
COM^ TEMPERATURA
DE
EBULIÇÃO MÍNIMAEX: ETANOL-ÁGUA95,6% ETANOL4,4% DE ÁGUA
MISTURA AZEOTRÓPICA COMTEMPERATURA DE EBULIÇÃOMÁXIMAEX: ÁCIDO FÓRMICO – ÁGUA22,5% ÁCIDO FÓRMICO77,5% ÁGUA
DESTILAÇÃO EM UM ÚNICO ESTÁGIO
DESTILAÇÃO SIMPLES (BATELADA) -BAIXA EFICIÊNCIA (UM ÚNICO ESTÁGIO)-NORMALMENTE UTILIZADA COMO UMAETAPA^
INICIAL^
DE^ REMOÇÃO
DE
COMPONENTES MAIS VOLÁTEIS.-UTILIZADA
EM^ ESCALA
DE^ BANCADA,
POR^ SER
DE^ SIMPLES
OPERAÇÃO
E
BAIXO^ CUSTO
DE^ IMPLEMENTAÇÃO
BAIXO^ CUSTO
DE^ IMPLEMENTAÇÃO
-UTILIZADA TAMBÉM NA INDÚSTRIA DEBEBIDAS. DESTILAÇÃO FLASH (CONTÍNUA) -BAIXA^
EFICIÊNCIA
(UM^
ÚNICO
ESTÁGIO)-NORMALMENTE UTILIZADA COMOUMA^ ETAPA
AUXILIAR
À^ OUTRA
OPERAÇÃO DE DESTILAÇÃO
DESTILAÇÃO EM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS:
-PODEM
SER^
OPERADAS
EM
BATELADA
OU^
DE^ FORMA
CONTÍNUA;-MELHOR
EFICIÊNCIA
DE
SEPARAÇÃO;-VÁRIAS FORMAS DE OPERAÇÃO;-PODEM
SER
RETIRADAS
FRAÇÕES
DE
DIFERENTES
FRAÇÕES
DE
DIFERENTES
CONCENTRAÇÕES
NA^
COLUNA,
POSSIBILITANDO A OBTENÇÃO DEDIFERENTES PRODUTOS EM UMAÚNICA COLUNA;-CONCENTRAÇÃO
DE
MAIS
VOLÁTEIS AUMENTA EM DIREÇÃOAO TOPO DA COLUNA;-AMPLA APLICAÇÃO INDUSTRIAL.
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL - EQUACIONAMENTO PARA
MISTURAS BINÁRIAS
BALANÇO MATERIAL GLOBALVOLUME DE CONTROLE
^ LÍQUIDO NO DESTILADOR
Entra – Sai = AcumulaEntra = 0Sai = dVAcumula = -dLLOGO:dV = dL (1)
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL - EQUACIONAMENTO PARA
MISTURAS BINÁRIAS
BALANÇO MATERIAL PARA UM DOS COMPONENTESVOLUME DE CONTROLE
^ LÍQUIDO NO DESTILADOR
Entra – Sai = AcumulaEntra = 0Sai = ydVAcumula = - d(Lx) = -( Ldx +xdL)LOGO:ydV = Ldx + xdL
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL - EQUACIONAMENTO PARA
MISTURAS BINÁRIAS
CASO PARTICULAR: VOLATILIDADE APROXIMADAMENTE CONSTANTE: α=[y(1-x)] / [x(1-y)]
^ y =^ α
x/[1+(α-1)]
DESTA FORMA:
OU
OU AINDA:OU AINDA: PARA MISTURA DE MULTICOMPONENTES IDEAL PODE-SE RELACIONARL,^ LDE^0
DOIS^
ELEMENTOS
QUAISQUER
(i^ E^ j)
E^ A^ RESPECTIVA
VOLATILIDADE RELATIVA :
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL - EXEMPLO
Deseja-se concentrar o etanol de uma mistura contendo, praticamente, etanole água. Sabendo-se que a temperatura de ebulição da mistura inicial é de80ºC e que o corte da destilação foi realizado a 85ºC, estime a fração molarde etanol na mistura inicial (x
), no resíduo (x) e no destilado (x 0
).D
A) Considere
para a
estimativa
as^ condições
operacionais
de destilação
diferencial.B) Compare x
com o valor médio de y.D Dado: Diagrama T versus fração molar de etanol
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL - EXEMPLO
Deteminação de x
:D
Do diagrama:T^
x^ y 80
0,^
0,^
0,^
0,^
0,^
0,^
0,^
DESTILAÇÃO DIFERENCIAL - EXEMPLO
CALCULOS: ln(L/L) = 1,31^0
^
L=3,7L^0
BALANÇO MATERIAL GLOBAL: L
=L+D^ 0
D=2.7L
BALANÇO MATERIAL PARA O ETANOL:Lx=Lx+Dx^00
^ 3,7L0.47=L0.14+2.7L*xD
D
x=0,59^ D
^ valor médio de y = 0,
