EVAPORAÇÃO LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA 2

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

EVAPORAÇÃO

LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA 2

---

1.  INTRODUÇÃO

        A evaporação é uma operação unitária que tem por finalidade concentrar soluções constituídas de solventes voláteis e solutos considerados não-voláteis através da evaporação parcial do solvente (MILCENT, 2013).

Como os solutos são considerados não voláteis, no equilíbrio a fase gasosa ou o evaporado só contém solvente, ou seja, a fração de solvente no evaporado é de 100% ( ysolvente=1; ysoluto=0). Porém, na fase líquida, que é a solução a ser concentrada, há frações tanto de soluto quanto de solvente (xsolvente e xsoluto) (MILCENT e PEREIRA, 2013).

As fontes de energia comumente utilizadas em um evaporador são o vapor da água e a energia elétrica. O vapor d’água é produzido a partir da combustão e a energia elétrica a partir de energia eólica, hidrelétrica, nuclear, entre outros (MILCENT e PEREIRA, 2013).  

Um esquema geral do processo de evaporação é descrito a seguir (MILCENT e PEREIRA, 2013):

[pic 1]

Figura 1: Esquema de evaporação

Este processo descrito na figura 1 é conhecido como evaporação de simples efeito. É um processo em que se utiliza apenas um evaporador, porém tem um gasto energético elevado. A nível industrial, faz-se necessário a utilização de múltiplos efeitos. A evaporação por múltiplos efeitos é um processo em que há a associação de vários evaporadores, neste sistema o evaporado de um efeito é utilizado como fluido de aquecimento no próximo efeito. Esta configuração não resulta em uma produção maior que o simples efeito, sua vantagem é a economia de energia(MILCENT e PEREIRA, 2013).

2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

        

        Com o equipamento devidamente montado, adicionou-se uma solução 50% água e álcool no evaporador, possuindo um volume inicial de 800mL. O evaporador foi ligado com uma pressão de vácuo de aproximadamente 200 mmHg. Ao notar que o processo de evaporação do álcool começou, acionou-se um cronômetro e a válvula do álcool de resfriamento do condensador foi aberta. Coletou-se numa primeira etapa aproximadamente 20mL em 21 minutos e 40 segundos e em uma segunda medição, coletou-se aproximadamente 15mL em 51 minutos e 15 segundos. O experimento tinha como propósito pelo menos 8 medições em 20 e 20mL, porém não foi possível completar, realizando, então, apenas 2.        

        Ao remover o álcool diminuiu-se a concentração da solução que inicialmente estava 50%. Então, nesse caso, como é uma solução de dois líquidos, sendo o álcool o que será evaporado, é ele quem será o solvente, enquanto a água, que permanecerá na solução mais concentrada, será o soluto.

Com essas informações, juntamente com os dados coletados, foi possível calcular a “capacidade” ou taxa de remoção que é uma medida referente ao desempenho do evaporador, para cada uma das medições, como é mostrado a seguir:

[pic 2]

[pic 3]

Sendo , massa específica do álcool etanol (solvente), que é igual a 0,789g/mL. Assim:[pic 4]

Para primeira medição:

[pic 5]

[pic 6]

Para segunda medição:

[pic 7]

[pic 8]

        Como um total das duas medições, tem-se que:

[pic 9]

[pic 10]

        Além disso, foi calculado a nova concentração do produto, também para ambas medições, da seguinte forma:

[pic 11]

A massa específica da água (1g/mL) será necessária para converter o volume em gramas, assim:

        Para a primeira medição:

[pic 12]

        Para a segunda medição:

[pic 13]

        Como um total das duas medições, tem-se:

[pic 14]

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

        A Tabela 1 irá apresentar de forma mais organizada os cálculos realizados durante o experimento.

Tabela 1 – Resultados do processo de evaporação em operação batelada.        

Experimento	Volume coletado [mL]	Tempo de coleta [min]	Taxa de remoção volumétrica [mL/min]	Taxa de remoção mássica [g/min]	Concentração do soluto (água) [g/L]
1	20	21,667	0,923	0,728	513
2	15	51,250	0,293	0,231	523
TOTAL	35	72,917	0,479	0,379	523

        Os resultados obtidos no experimento 1 e 2 relacionado a evaporação do álcool em solução 50% em água revelam que o primeiro apresentou uma taxa de remoção do álcool de 0,923mL/min, enquanto que no experimento 2 essa taxa foi de 0,293, o que pode-se inferir que no primeiro experimento a evaporação foi mais efetiva, sendo que no segundo experimento a taxa de remoção volumétrica foi aproximadamente 3x inferior ao do primeiro.