Relatório Termodinâmica Equilíbrio Líquido vapor

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Após o experimento, realizou-se a análise termodinâmica para verificar qual modelo apresenta melhores resultados no equilíbrio líquido-vapor. Para isso, utilizaram-se alguns modelos, equações e parâmetros para realização dos cálculos.

- Lei de Raoult: (Eq.1)

[pic 1]

Onde:

• P: pressão;
•  e : frações dos compostos usados na mistura (água e etanol);[pic 2][pic 3]
•  e : pressões de saturação dos compostos usados.[pic 4][pic 5]

- Equação de Antoine com 3 parâmetros: (Eq. 2)

[pic 6]

Onde:

• T: temperatura (neste caso foi usada em Kelvin);
• : pressão de saturação (neste caso foi usada em KPa);[pic 7]
• A, B, C: constantes específicas de cada componente.

Constantes para a água: A = 16,2886; B = 3816,44; C = - 46,13.

Constantes para o etanol: A = 16,8969; B = 3803,98; C = - 41,68.

- Modelo de Margules para 2 sufixos: (Eq. 3)

[pic 8]

[pic 9]

Onde:

• : coeficiente de atividade (mede a não idealidade dos líquidos);[pic 10]
• A, B: constantes específicas da mistura.

Constantes da mistura: A = 0,7947; B = 1,6022.

Observação: Usou-se o modelo de Margules para 2 sufixos, pois considerou-se as interações entre as moléculas do tipo 2-2.

- Modelo de Wilson: (Eq. 4)

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

Onde:

•  e : volumes molares a temperatura T da substância pura;[pic 14][pic 15]
•  e : constantes independente da composição e da temperatura;[pic 16][pic 17]
• R: constante universal dos gases reais ou perfeitos.

 Constantes:  = 339,1160 J/mol;  = 4450,75932 J/mol; R = 8,31451 J/mol.K.[pic 18][pic 19]

Observação: Para o modelo de Margules e de Wilson a pressão é igual a

[pic 20]

Além disso, para calcularmos a composição da fase vapor no modelo de Raoult usa-se:   e .[pic 21][pic 22]

Já nos modelos de Margules e Wilson, a composição da fase vapor é encontrada através de:   e . [pic 23][pic 24]

Com isso, foi possível realizar as analises termodinâmicas das etapas do experimento.

1ª Etapa:

Realizou-se com uma mistura de 25% de água (x1)e 75% de etanol (x2). Inicialmente o experimento foi realizado com P = 1atm e  = 81,3ºC (ou 354,3K). Substituindo nas equações acima com as respectivas constantes, foram encontrados os seguintes resultados:[pic 25]

• Antoine:  e ;[pic 26][pic 27]
• Lei de Raoult: ; e as composições da fase vapor [pic 28][pic 29]
• Modelo de Margules: ; e as composições da fase vapor [pic 30][pic 31]
• Modelo de Wilson: ; e as composições da fase vapor [pic 32][pic 33]

Em seguida, com a mesma mistura, realizou-se o experimento a vácuo, com P = -230mmHg e  = 73,2ºC (ou 346,2K). Com isso, produziram-se os seguintes resultados: [pic 34]

• Antoine:  e ;[pic 35][pic 36]
• Lei de Raoult: ; e as composições da fase vapor [pic 37][pic 38]
• Modelo de Margules: ; e as composições da fase vapor [pic 39][pic 40]

Observação: Os valore de  e  para o modelo de Margules, permaneceram iguais a parte do experimento com P = 1atm e a mesma composição. Isso porque esse modelo não considera o efeito da temperatura, apenas as concentrações dos compostos.[pic 41][pic 42]

• Modelo de Wilson: ; e as composições da fase vapor [pic 43][pic 44]

2ª Etapa:

Realizou-se com uma mistura de 75% de água (x1) e 25% de etanol (x2). Inicialmente o experimento foi realizado com P = 1atm e  = 85,5ºC (ou 358,5K). Substituindo nas equações acima com as respectivas constantes, foram encontrados os seguintes resultados:[pic 45]

• Antoine:  e ;[pic 46][pic 47]
• Lei de Raoult: ; e as composições da fase vapor [pic 48][pic 49]
• Modelo de Margules: ; e as composições da fase vapor [pic 50][pic 51]
• Modelo de Wilson: ; e as composições da fase vapor [pic 52][pic 53]

Em seguida, com a mesma mistura, realizou-se o experimento a vácuo, com P = -140mmHg e  = 75ºC (ou 348K). Com isso, produziram-se os seguintes resultados: [pic 54]

• Antoine:  e ;[pic 55][pic 56]
• Lei de Raoult: ; e as composições da fase vapor [pic 57][pic 58]
• Modelo de Margules: ; e as composições da fase vapor [pic 59][pic 60]
• Modelo de Wilson: ; e as composições da fase vapor [pic 61][pic 62]

A partir dos dados obtidos, foi possível observar que existem diferenças entre os modelos utilizados e os dados experimentais, isso porque no modelo de Raoult as fases líquida e vapor são consideradas ideais, no modelo de Margules não se considera o efeito da temperatura e consegue-se calcular as interações e, por fim, o modelo de Wilson considera a composição local levando em conta o volume molar das substâncias e a temperatura.

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