EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR DE MISTURAS BINÁRIAS

UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS – UNISINOS

Relatório n.º 1

EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR DE MISTURAS BINÁRIAS

São Leopoldo, 2015

UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS – UNISINOS

UNIDADE DE GRADUAÇÃO

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EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR DE MISTURAS BINÁRIAS

Relatório técnico apresentado comorequisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Termodinâmica Química, ministrada pelo professor PauloRicardo S. da Silva.

São Leopoldo, 2015

RESUMO

O presente trabalho teve por objetivoestudar o equilíbrio líquido-vapor de uma mistura binária constituída por água e ácido acético glacial, através da aplicação dos modelos ideais das Leis de Raoult e de Dalton. A partir de dados coletados na literatura, construiu-se a curva do modelo teórico para a composição dos componentes para a solução de água e ácido acético e se comparou com os valores encontrados experimentalmente. Conclui-se que o comportamento do equilíbrio líquido-vapor da mistura estudada apresentou discrepâncias com os valores observados na teoria.

SUMÁRIO

CAPA..........................................................................................................................................1

FOLHA DE ROSTO...................................................................................................................2

RESUMO....................................................................................................................................3

SUMÁRIO..................................................................................................................................4

1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................5

2 MATERIAIS E MÉTODOS....................................................................................................8

2.1 Materiais................................................................................................................................8

2.2 Preparação da solução de alimentação..................................................................................9

2.3 Procedimentos de aquecimento e destilação.........................................................................9

2.4 Construção da curva de componentes de composição..........................................................9

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES.........................................................................................10

4 CONCLUSÃO.......................................................................................................................14

REFERÊNCIAS........................................................................................................................15

1 INTRODUÇÃO

        O estado de equilíbrio de um sistema a uma temperatura e pressão específica é o estado em que a função de Gibbs é mínima. Na prática, são encontrados vários sistemas constituídos de dois ou mais componentes. Um sistema com diversas fases e componentes, a uma determinada pressão e temperatura, está em equilíbrio de fases quando não há nenhuma força motriz entre as diferentes fases de cada componente.^[1]

        A fase de transição em misturas possui um comportamento diferente daquele das substâncias puras, pois há uma tendência de um componente fazer a transição em um estado diferente do que o outro componente.^[2] Isso significa, por exemplo, que as composições do líquido e do vapor em equilíbrio não são necessariamente as mesmas, sendo o vapor mais rico no componente mais volátil. Isso é comprovado matematicamente pelas Lei de Dalton e Lei de Raoult^[3]. Em outras palavras, pode-se dizer que, no caso de evaporação, o componente mais volátil vaporiza primeiro, a temperatura de pressão constante, com o componente menos volátil evaporando por último. Esse fenômeno é a base do processo da destilação.^[4]

        A destilação simples é uma técnica utilizada para separar um líquido volátil de um soluto não-volátil ou sólido, na qual o vapor é recolhido e condensado, enquanto a destilação fracionada é usada para separar líquidos voláteis, em ciclos de ebulição e condensação sucessivos.^[5]

        A Figura 2 representa graficamente o aquecimento de uma mistura, a pressão constante, durante o processo da destilação fracionada. Nesse tipo de processo, faz-se o uso de uma coluna de fracionamento contínuo (Figura 1), a qual é aquecida em sua parte inferior, fazendo com que exista um gradiente de temperatura ao longo de toda a coluna, sendo o topo mais frio do que a extremidade inferior. Se a temperatura no topo da coluna for T1 e o vapor recolhido neste esteja em equilíbrio com o líquido que existe no prato superior (nº 1), as composições do líquido e do vapor são representadas por l1 e v1. No prato seguinte (nº 2), em uma temperatura um pouco superior, T2, o vapor que abandona esse prato tem uma composição v2. Quando esse vapor sobe ao prato 1, ele é resfriado à temperatura T1, ponto a. Isso significa que uma parte do vapor v2 se condensa para formar l1, o qual, sendo mais rico no constituinte menos volátil, o vapor que abandona o prato é mais rico no componente mais volátil e no equilíbrio sua composição é dada por v1. E isso se repete em todos os pratos da coluna, ou seja, o vapor sobe pela coluna e se resfria, fazendo com que o componente menos volátil condense primeiro e, assim, o vapor se torna cada vez mais rico no componente mais volátil, em sua ascensão. A Figura 1 mostra a curva de composição teórica da composição do vapor, se em cada posição da coluna o líquido estiver em equilíbrio com o vapor. O equilíbrio em cada posição da coluna, ou seja, em cada temperatura, é estabelecido pela redistribuição contínua dos dois componentes entre as duas fases, líquido e vapor, a partir da ascensão do vapor e queda do líquido pela coluna.^[6]