A TERMODINÂMICA FUNDAMENTAL EXPERIMENTAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA – UFPB
CENTRO DE TECNOLOGIA – CT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA – DEQ
TERMODINÂMICA FUNDAMENTAL EXPERIMENTAL





EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR (ELV)
SUBSTÂNCIAS PURAS [pic 1]

GILVAN FIGUEIREDO MACIEL FILHO - 20160125727
IZA MARIA G DOS SANTOS - 11507000
LUCAS ASSIS RAMELLI – 11516805
SILAS MATHEUS SILVA E MARIZ – 11517331

JOÃO PESSOA - PB
24/04/2021

INTRODUÇÃO

Em um líquido que está em repouso é observado uma vaporização da fase líquida para fase gasosa de forma lenta, até que todo o produto desapareça. Sempre que essa evaporação ocorre é por causa da distribuição de velocidade e calor entre as moléculas do líquido/produto. As partículas com maior energia cinética vencem as ligações intermoleculares e escapam para a fase gasosa. Contudo, caso o ambiente esteja fechado essa mudança de estado se torna limitada. As moléculas que se desprendem do líquido para a fase gasosa acabam se chocando com a superfície do líquido e do recipiente, perdendo energia aos poucos até que se condense novamente. Sempre que essa taxa de vaporização e condensação são idênticas, temos um equilíbrio entre a fase líquido-vapor. A pressão que é exercida pelas moléculas vaporizadas do produto/líquido é a conhecida pressão de vapor.

Logo, de forma resumida, a pressão de vapor será uma medida que analisa a tendência de evaporação do produto/líquido. Sempre que o líquido tiver uma alta pressão de vapor, mais volátil ele será, tendo como consequência uma menor temperatura de ebulição.

Para que se possa determinar curvas de equilíbrio de uma determinada substância pura é necessário o conhecimento dos potenciais mecânicos que influenciam diretamente no equilíbrio líquido-vapor de um sistema isolado, como temperatura e pressão.

A análise e definição das curvas de equilíbrio de uma substância pura são fundamentais para que, futuramente, possa se definir a mesma curva para mistura de substâncias. Isso torna possível não só definir a capacidade de evaporação de produtos e misturas usados no dia a dia, como torna também possível o estudo da separação e extração de substâncias pontuais dessas misturas através do processo de destilação considerando também o ponto de bolha e ponto de orvalho, por exemplo.

Nos processos de destilação e de extração líquido-líquido são de particular interesse os dados de equilíbrio líquido-vapor para uso nas equações de balanço de massa e de energia dos equipamentos, desta forma é preciso estar atento a metodologias que facilitem a obtenção dos dados de equilíbrio (FILHO, 1993).

MATERIAIS

• Célula de vidro para sistemas de baixa pressão;
• Termômetro;
• Bomba a vácuo;
• Manômetro;
• Banho ultratermostático;
• Chapa aquecedora com agitação magnética;
• Peixinho magnético;
• Trapp;
• Garras;
• Suporte;
• Água destilada deionizada;
• Etanol ou Éter etílico.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Será utilizada a Célula de equilíbrio de vidro de volume nominal de 250 mL.

[pic 2]

Figura 1 - Montagem da célula de baixa pressão.

Colocar 150 mL de água destilada/deionizada; ou Etanol ou Éter etílico no interior da célula e, em seguida, fecha-la devidamente com cuidado.  Montar com o auxílio das mangueiras e torneira o circuito: de vácuo/vacuômetros e manômetro, montando conforme Figura 2.

Colocar um “trapp”, em um banho ultratermostático com água gelada, antes da bomba de vácuo para protege-la dos vapores.  (Obs.: Não precisa conectar as seringas de amostras, pois será monitorado apenas a pressão versus temperatura.)

[pic 3]

Figura 2 - Célula montada para equilíbrio liquido e vapor de substâncias puras

Colocar a Célula montada com (água destilada/deionizada; ou Etanol ou Éter etílico) e no Banho termostático com agitação magnética ou na chapa aquecedora com agitação magnética. Com a válvula do vácuo aberta, regular a temperatura do sistema de aquecimento para atingir temperatura de ebulição da substância escolhida.

Em seguida, ligar a agitação magnética e ligar o sistema de vácuo regulando-o apenas para succionar vapores para o trapp. Manter a ebulição, sob leve vácuo (com monitoramento dos vacuômetros), deixar a ebulição ocorrer por, aproximadamente 1 minuto, para purgar todo ar atmosférico de dentro da Célula. Em seguida, fechar as válvulas do vácuo, desligar a bomba de vácuo.  Manter a condição de ebulição e esperar a pressão estabilizar.

Em seguida, proceder ao abaixamento lento da temperatura, monitorando (registrando no manômetro de Tubo em U) os valores da pressão versus temperatura, no intervalo da temperatura da ebulição até a ambiente.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

        Na Tabela 1 e 2 são apresentados os dados obtidos experimentalmente da curva de saturação do etanol e da água, respectivamente. Tais valores foram confrontados com os valores teóricos obtidos pela equação de Antoine (Equação 1), resultando assim em discrepância calculada (). Os parâmetros estimados da equação de Antoine para o etanol e para a água estão expostos na Tabela 3.[pic 4]

Etanol
P (mmHg)	T (°C)	P (calculada)	[pic 5]
759,100	78,140	755,256	3,844
750,100	77,940	749,294	0,806
675,100	75,280	673,656	1,444
600,000	72,420	599,557	0,443
525,000	69,160	523,540	1,460
450,000	65,580	449,546	0,454
375,000	61,400	374,474	0,526
300,000	56,600	301,582	-1,582
225,000	50,570	227,341	-2,341

Tabela 1: Pontos da curva de saturação do etanol.