ESTUDO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR À TEMPERATURA CONSTANTE DE UMA MISTURA BINÁRIA ETANOL E ÁGUA
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- Rafaela Beretta Stachinski
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1 ESTUDO DO EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR À TEMPERATURA CONSTANTE DE UMA MISTURA BINÁRIA ETANOL E ÁGUA Thals Cainã ds Sants Barbalh; Jéssyca Emanulla Saraiva Prira; Makzia Mayara da Csta Fritas; Ana Laura Olivira Sá Litã Univrsida Fral d Ri Gran d Nrt, Prgrama Pós-Graduaçã m Engnharia Química jssycamanulla@htmail.cm tbarbalhq@liv.cm makziamayara@htmail.cm analaurasalita@htmail.cm RESUMO O tanl, amplamnt utilizad m indústrias químicas, farmacêuticas cmbustívis, é uma substância btida através da frmntaçã amid açúcars. Quand misturada cm água, rsulta na frmaçã um azótrp difícil sparaçã. N transcrrr ds ans fram ralizads muits studs sbr Equilíbri Líquid-Vapr (ELV) ssa mistura, ns quais nã s p tr crtza bas práticas labratriais trm sid ralizadas. Nss sntid, prsnt trabalh tm cm bjt avaliar a cnsistência ds xprimntais para quilíbri istérmic d sistma Etanl () Água (2). Os btids na litratura fram submtids as tsts ára ds svis, bm cm fi ralizada uma prdiçã utilizand ml cficint ativida UNIFAC aliad a EDE Sav-Rdlich-Kwng (SRK) cm assciaçã Cubic-Plus-Assciatin (CPA) também ml EDE Sav-Rdlich-Kwng (SRK) cmbinada cm a rgra mistura MHV2 para scrvr ambas as fass d sistma pr últim ml cálcul d cficint ativida cm a quaçã Hilbrand & Scatchard. Os xprimntais s mstraram cnsistnts trmdinamicamnt, n tst ára btv razõs 0,890 tst ds svis btv svis cmpsiçã vapr 0, Quand aplicad primir ml, vrifica-s qu st cnsguiu scrvr manira satisfatória s, prém sgund aprsntu um mnr svi, snd st ml qu mlhr scrvu quilíbri d sistma binári. Analisand ml Hilbrand & Scatchard bsrvu-s qu msm nã scrv aquadamnt s xprimntais. Palavras-chavs: ELV, tanl, água, UNIFAC.. INTRODUÇÃO frmaçã um azótrp difícil sparaçã [MACIEL, 202]. Atualmnt, tanl aprsnta um Dntr s prcsss sparaçã papl imprtant para str industrial, mprgads na indústria química, a stilaçã spcialmnt, é cnsirada cm um ds mais imprtants. cmbustívis, atuand cm cmpnnt da A sparaçã ds cmpnnts uma mistura gaslina. Dstacam-s ainda, as aplicaçõs nsts prcsss rqur um cnhcimnt d nas indústrias químicas farmacêuticas. Essa cmprtamnt das fass, líquida vapr, m substância quand misturada à água, rigina a quilíbri [OLIVEIRA t al., 202]. para a indústria
2 A mlagm simulaçã, rduzm as praçõs nrsas snvlvimnt m spndidas scala n industrial, trnand-s, prtant, um métd ssncial para a avaliaçã ds prcsss [GUERRA, 200]. Para tant, é ncssári cnhcimnt prpridas prmitam trmdinâmicas caractrizar qu scrvr cmprtamnt d sistma cm um td. Para qu ssa tapa crra md satisfatóri é suma imprtância qu tdas as suas análiss cisõs s basim m mair cnfiança, ntr s quais s pm citar s btids através d Equilíbri Líquid-Vapr (ELV). O prsnt trabalh tm cm bjtiv Tabla : Dads xprimntais istérmics ELV para sistma binári Etanl + Água T (K) studar a mlagm simulaçã d sistma binári Etanl-Água à altas prssõs tmpratura cnstant (T= K). mlagm X 0 0,08 0,048 0,084 0,55 0,84 0,232 0,264 0,326 0,34 0,463 0,572 0,648 0,77 0,78 0,862 0,923 0,966 Y 0 0,59 0,288 0,367 0,438 0,458 0,49 0,503 0,528 0,535 0,6 0,658 0,704 0,749 0,797 0,862 0,99 0, Tst cnsistência ds xprimntais Para sts tsts fram utilizadas duas 2. METODOLOGIA Para P (KPa) 475, , , , , , , ,604 84, , ,384 97, , , , , , , ,8545 frramntas distintas, Excl CONSIST simulaçã trmdinâmica d sistma binári Etanl Água 2, sb cndiçõs tmpratura cnstant, fi xtraíd da litratura um cnjunt xprimntais aprsntad n trabalh Barr-David Ddg [959]. A Tabla aprsnta s para tst ára svis, rspctivamnt. Os xprimntais sã analisads a fim vrificar s s msms pssum cnsistência trmdinâmica u nã. Nst stud, tst fi snvlvid para um sistma binári Etanl Água 2, à tmpratura cnstant. quilíbri para um T = K.
3 3.. Tst da ára ativida d cmpnnt i; Para a trminaçã da cnsistência ds a prssã saturaçã d cmpnnt i; crrspn éa xprimntais fi aplicad tst prssã ttal d sistma; cnsistência das áras. Est tst srá cficint fugacida da fas vapr aplicad assumind a fas vapr ial. Dsta calculada a partir uma quaçã stad frma, m funçã P, T, y; tm-s qu avaliar apnas s rprsnta crrspn a cficints ativida ( ) a partir ds cficint fugacida da fas vapr para xprimntais ELV, ist é, tmpratura (T), cmpnnt pur i, à prssã saturaçã; prssã (P), fraçã da fas líquida (x) fraçã sta crrlaçã fas slida (y). nrmalmnt s p nglignciar, snd ntã,. A anális da cnsistência ds d ELV basia-s na razã ntr as áras da [] curva acima abaix ln (γ/γ2) igual a Em qu sã as fraçõs mlars d cmpnnt i nas fass liquida vapr, rspctivamnt; é cficint zr, v sr mair 0,7. Para uma scriçã mais talhada quant a cnsistência ds, sgu a Tabla 2: Tabla 2: Critéri qualida ds ELV basad n tst cnsistência ds svis* da ára. Class T u P** (%) A <0,25 B 0,25-0,50 0,90-0,95 Bns, aplicávis para prjt crrlaçã C 0,50-,00 0,80-0,90 D,00-2,00 0,70-0,80 Pm sr aplicads, mas cm bastant prcauçã E >2,00 A/B Dfiniçã 0,95-,00 Dads prciss, aquads para qualqur us <0,70 Aplicávis para trabalhs n alta prcisã nã é rqurida Inacitávis, sugr-s stimar ELV pr utr caminh * O svi abslut médi m y v sr mnr qu 0,0 para cnsistnts ( y<0,0) ** Dsvi rlativ.
4 3..2 Tst ds svis utilizand ml Hilbrand & Scatchard, qu irá CONSIST stimular s cficints ativida. Finalmnt, irá s vrificar s s mls O prgrama cmputacinal CONSIST aplicads scrvm satisfatriamnt s frnc s svis rlativs d cálcul da xprimntais através gráfics d cmpsiçã da fas vapr m rlaçã as cálcul rrs rlativs. xprimntais, além frncr parâmtrs imprtants cm s cficints fugacida ativida. Para btnçã ds svis ds mais parâmtrs, é ncssári frncr ntrada P-x-y para istérmics, tmpratura crítica, mmnt dipl, 3.. Tst cnsistência ds xprimntais 3... Tst da ára prssã crítica, parâmtr slvataçã, parâmtr assciaçã, 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO fatr cmprssibilida crític rai giraçã A Figura rprsnta graficamnt tst cnsistência ára para sistma Etanl -Água 2 à tmpratura cnstant. médi Prdiçã ds ELV Na prdiçã ds istérmics d ELV sftwar sclhid fi SPECS dis mls cálculs fram tstads para sistma m stud. O primir é ml cficint ativida UNIFAC cmbinad cm a EDE Sav-RdlichKwng (SRK) cm assciaçã Cubic-PlusAssciatin (CPA) cm uma abrdagm γ-ϕ, sgund ml cm uma abrdagm ϕ-ϕ, n srá utilizada uma EDE d tip SavRdlich-Kwng (SRK) qu irá calcular s parâmtrs ambas as fass cmbinada cm a rgra mistura MHV2. O trcir é Figura : Tst cnsistência ára para sistma Etanl -Água 2 a K A cnsistência ds ELV fi ncntrada pla razã ntr as áras A (acima da curva) A2 (abaix da curva) cm mstra a Figura, através d métd intgral u também pl métd d trapézi. O
5 rsultad da razã ntr as áras fi 0,8 s mstrand cnsistnt, cnfirmand assim, a 3.2. Prdiçã d quilíbri líquidvapr da mistura binária aquaçã sss xprimntais cm as lis trmdinâmicas. Para a prdiçã ds quilíbri líquid-vapr, pltu-s s calculads Tst Cnsistência ds Dsvis Uma utra manira stud sts fram cmparads xprimntais para studad. primir O as sistma binári ml studad cnsistência é a anális svi, utilizu uma abrdagm gama/phi n a fas utilizand sftwar CONSIST, n qual fi vapr fi scrita EDE Sav-Rdlich- pssívl btr s svis rlativs para Kwng (SRK) cm assciaçã Cubic-Plus- cálcul da fas vapr m cmparaçã as Assciatin (CPA) s cficints xprimntais através das intraçõs ativida fram calculads pl ml ralizadas pl prgrama. Para s s UNIFAC cficint cm p sr mstrarm cnsistnts s svis calculads vrificad na Figura 2. vm sr mnrs qu 0,0. A Tabla 3 mstra s rsultads btids para sistma m stud através d CONSIST, n fi vrificad um rr rlativ 0,00833 cnfirmand, qu s xprimntais sã cnsistnts. Tabla 3: Tst cnsistência svis para sistma Etanl -Água 2. Dsvi Istérmic DESVIO P 0,06493 DESVIO y 0,00833 Figura 2: Cmparaçã ds xprimntais ( ) ds calculads pl ml SRK+CPA+ UNIFAC ( ) para ELV da mistura tanl água 2 a tmpratura K. O ml scrv UNIFAC cficint razavlmnt s xprimntais, cm mstra a Figura 2. Utilizand uma sgunda abrdagm, ϕϕ, n ambas as fass utilizaram a msma
6 EDE d tip SRK, cmbinada cm a rgra mistura MHV2, qu utiliza ml Tabla 4: Rsultads ds svis rlativs (%) m rlaçã as xprimntais UNIFAC 3 cficints para calcular Ml Err Y (%) Err P (%) SRK+CPA+UNIFAC cf. T= K 2,86,4 SRK+UNIFAC 3 cf. T= K 0,93,8 cficint ativida, cnstatu-s qu ml é capaz prdizr s quilíbri d sistma studad, cm p sr bsrvad na Figura 3. O ml Hilbrand & Scatchard nã s aqua para scrvr s xprimntais. Ist v-s a fat qu a quaçã Hilbrand & Scatchard é indicada para sistma cm sluçõs rgulars, n stas sã finidas cm aqula cuja variaçã da ntrpia é a msma qu a uma Figura 3: Cmparaçã ds xprimntais ( ) ds calculads pl ml SRK+MHV2 ( ) para ELV da mistura Etanl Água 2 a tmpratura K. D manira gral, as intrprtaçõs sluçã ial, ntrtant para uma sluçã rgular Hilbrand stá variaçã nã é nula. Assim, cm sistma m stud é uma sluçã nã ial, sta quaçã nã s aplica para cálcul d cficint ativida. das Figuras 2 3 sã analiss qualitativas m rlaçã a prdiçã quilíbri 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS m cmparaçã as xprimntais clhids da litratura. Vrifica-s qu Diant d qu fi stud é pssívl ml UNIFAC 3 cficint aliad a EDE vrificar qu s xprimntais ELV SRK cm rgra mistura mlhr prdiz s btids na litratura para sistma binári Etanl -Água 2 aprsntam bns rsultads xprimntais, visualizad na Tabla 4. cm p sr sã cnsistnts trmdinamicamnt sgund a classificaçã Smith, Van Nss Abbtt (996).
7 Na prdiçã ds ralizada para s mls SRK+CPA+UNIFAC SRK+MVH2+UNIFAC, bsrvu-s qu s msms s mstram satisfatóris, n ntant, ml qu mlhr scrvu s fi SRK+MVH2+UNIFAC. utilizad ml Já na prdiçã Hilbrand & Scatchard vrificu-s qu st nã s aqua para scrvr s xprimntais. 5. REFERENCIAS MACIEL, J. C. S. L. Estud d quilíbri líquid-vapr d sistma água+tanl+líquid iônic visand a sparaçã d álcl anidr. 202, 28p. Dissrtaçã Mstrad, Univrsida Fral d Ri Gran d Nrt. Natal-RN. OLIVEIRA, H. M. N. t al. Vapr-Liquid Equilibria fr pntan+dcan and hptan+dcan at lw prssurs. Jurnal f Chmical and Enginring Data, v. 47, p , GUERRA NETO, D. B. Dtrminaçã quilíbri líquid-vapr a altas prssõs para sistmas hidrcarbnts assimétrics. 200, 00p. Dissrtaçã Mstrad, Univrsida Fral d Ri Gran d Nrt. Natal-RN. BARR-DAVID, F., DODGE, B. F., 959, Vapr-liquid Equilibrium at High Prssurs, J. Chm. Eng. Data, 4, SMITH, J. M., VAN NESS, H. C., ABBOTT, M. M. Intrductin t Chmical Enginring Thrmdynamics, Nw Yrk: Editr McGraw-Hill; 5ª d., 996.
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