Relatório Curva Binodal- 2021.2

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CURVA BINODAL
A.C. R Fernandes1, D.M. Silva1, E.F.Silva1, H.V.A. Soares1, P.I.A.Cunha1, R.A.N.Silva1 
1 Universidade Federal do Maranhão, Ciências e Tecnologias 
E-mail para contato: helena.soares@discente.ufma.br
RESUMO – Os processos de extração líquido-líquido, indica a zona heterogênea que possibilita a realização da operação. O experimento teve como objetivo a construção da curva binodal para o sistema ternário com os seguintes componentes: água, ácido acético e acetato de etila. Utilizou-se duas células, sendo a primeira com água e o agente titulante o acetato de etila, e a segunda célula com acetato de etila, na qual a água foi o agente titulante. Em ambas as células, o ácido acético foi utilizado para homogeneizar a fase heterogênea formada. As curvas bimodais foram satisfatórias quando comparadas com os dados encontrados na literatura. A partir do aspecto da região de heterogeneidade, o equilíbrio líquido-líquido do sistema estudado é do tipo 1.
 
1. INTRODUÇÃO 
O tratamento de uma mistura é feito, por destilação ou extração, sendo a primeira preferida na maioria dos casos. A extração torna-se viável, no entanto, em casos de misturas azeotrópicas, de volatilidade relativa próxima da unidade, ou, ainda, em misturas aquosas pouco concentradas [4].
A extração líquido-líquido é uma técnica que permite separar componentes de uma mistura líquida colocando-a em contato com um segundo líquido, no qual é imiscível ou só parcialmente miscível, e que é capaz de remover seletivamente, um ou mais compostos da mistura. O solvente que se seleciona para o processo de extração deve ter grande afinidade com o soluto, de tal modo que, no processo de mistura, o soluto fique preferencialmente retido na fase do solvente [4].
Figura 1 – Representação do diagrama ternário
 Dessa forma, o melhor planejamento de uma extração líquido – líquido requer o conhecimento termodinâmico do sistema a ser trabalhado, isto é, como se apresenta o equilíbrio entre as fases e a dependência das condições impostas pela operação. Através do diagrama triangular, obtém-se uma a forma mais direta de representar as relações de equilíbrio: a curva binodal, representada na Figura 1 pela curva NPCQM.
 A curva binodal separa a zona de miscibilidade parcial entre o diluente e o solvente (abaixo da curva), da zona de miscibilidade total (acima da curva). A Figura 1 mostra um sistema ternário de apenas uma área de miscibilidade parcial, no entanto, há outros sistemas com dois ou até três pares parcialmente miscíveis. De acordo com o número de pares ou áreas, a curva binodal é classificada em tipo I, tipo II e tipo III. Sistemas do tipo I são mais facilmente separados, mas com a variação da temperatura, é possível diminuir a quantidade de pares parcialmente miscíveis, ou seja, sistemas do tipo II ou III podem virar sistemas do tipo [4]. 
O ácido acético em solução aquosa pode ser extraído pela adição de um solvente de extração. Entre outros, o acetato de etila é comumente empregado nessa separação, apesar de ser parcialmente miscível em água, por apresentar alto coeficiente de distribuição, ou seja, maior quantidade do ácido acético (soluto) dissolvido em seu meio. O objetivo deste trabalho é determinar a curva binodal do sistema ternário água + ácido acético + acetato de etila a 20°C e classificar o tipo do equilíbrio líquido-líquido do sistema
 
2. EQUAÇÕES 
Visto que a temperatura no interior da célula permanece constante a 20 ºC, têm-se a relação da massa da substância adicionada à célula com o volume:
 (1)
 (2)
Sendo assim, para cada ponto obtido, calcula-se os valores das frações molares de cada componente e assume-se que esse ponto pertence à curva binodal experimental. Forma-se, portanto, o diagrama ternário.
3. CAMPANHA EXPERIMENTAL
3.1. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
· 3 Bureta de 25 ml;
· Cronômetro; 
· Água;
· Béquer;
· Tabela de aquisição de dados;
· Acetato de etila;
· Ácido acético; 
· Sistema de agitação magnética;
· Célula encamisada;
· Bastão magnético;
3.2. METODOLOGIA
Figura 2- Fluxograma do procedimento
4. RESULTADOS
4.1. DIAGRAMA TERNÁRIO
A partir dos volumes de água, ácido acético e acetado de etila encontrados no experimento das células 1 e 2, Tabela 1, utilizando as propriedades das substâncias puras, Tabela 2, através das Equações 1 e 2, calculou-se as frações molares de cada componente presentes nas diferentes misturas, Tabela 3. 
Tabela 1a – Volume experimental na Célula 1 à temperatura de 20°C. 
	Água 
	Ácido acético 
	Acetato de etila 
	100 
	26,2
	5,0 
	100 
	27,2
	5,4
	100 
	29,6
	7,8
	100 
	32
	8,6
	100 
	32,4
	9,4 
	100 
	34,8
	13,2
	100 
	38,0
	15,6
	100 
	41,4
	18,0 
	100 
	43,4 
	20,0
Tabela 1b - Volumes obtidos na Célula 1 à temperatura de 20°C.
	Água 
	Ácido acético 
	Acetato de etila 
	3,25 
	2,4
	100 
	4,6
	2
	100 
	5,5
	7,8
	100 
	7,8
	8,2 
	100 
	8,2
	9,0
	100 
	8,6
	9,8
	100 
	13,2
	14,8
	100 
	16,1
	20,6
	100 
	22,5
	23,4
	100 
	
	
	
Tabela 2 – Propriedades físicas dos componentes puros (Reid et al., 1988)
	Componente
	M.M. (g/mol)
	ρ (g/cm³)
	Água
	18,015
	0,998
	Ácido Acético
	60,052
	1,049
	Acetato de Etila
	88,107
	0,901
Os dados das Tabelas 1a,1b e 2 foram utilizados para as construções das Tabelas 3a e 3b, que contém as frações molares dos componentes para a célula 1 e 2. 
Tabela 3a – Frações molares experimentais de água (1), ácido acético (2) e acetato de etila (3) na célula 1 à temperatura de 20°C. 
 Tabela 3b – Frações molares experimentais de água (1), ácido acético (2) e acetato de etila (3) na célula 2 à temperatura de 20°C. 
Para comparação dos resultados experimentais e os pesquisados na literatura, utilizou-se os dados abaixo, Tabela 4.
Tabela 4 – Equilíbrio líquido-líquido sistema água + ácido acético + acetato de etila a 20ºC (Sorensen e Arlt 1980).
	Fração Molar Célula 1
	Fração Molar Célula 2
	Água
	Ácido acético
	Acetato de etila
	Água
	Ácido acético
	Acetato de etila
	0,9633
	0,0186
	0,0181
	0,2004
	0,0661
	0,7334
	0,9391
	0,0368
	0,0241
	0,2873
	0,1085
	0,6043
	0,9263
	0,0456
	0,0281
	0,3333
	0,1242
	0,5425
	0,8979
	0,0636
	0,0386
	0,4288
	0,1439
	0,4273
Com base nos dados experimentais obtidos é possível construir o diagrama ternário com a curva binodal da mistura água, acetato de etila e ácido acético dos resultados experimentais e os da literatura Figura 4.
Figura 4- Diagrama ternário para o equilíbrio Ácido Acético, Acetato de Etila e Água a 20°C
Através da análise da figura é possível determinar que neste sistema o acetato de etila atua como solvente, a água como diluente e o ácido acético como soluto. Percebe-se na Figura 4 que as curvas experimentais possuem desvios em relação à curva teórica. Logo, fez-se necessária uma análise quantitativamente de erros e desvios. 
4.2 ERROS EXPERIMENTAIS
Os erros são evidenciados pelo fato de a leitura dos volumes ter sido feita com a utilização do campo visual. Além disso, a subjetividade para julgar o aparecimento ou não de duas fases pode ter contribuído para tais desvios. A velocidade de agitação não constante é outro fato que influenciou tais resultados. Dessa forma, verifica-se que há uma grande sensibilidade por parte do observador, que pode indicar a presença de erros. 
A construção da curva também se mostrou limitada quanto a coleta de pontos, pontos com maiores concentração de ácido eram difíceis de serem observados, pois na parte superior do diagrama as sensibilidades às variações na adição dos compostos aumentam significativamente, uma vez que as curvas se aproximam do ponto crítico. Desse modo, uma maior coleta de pontos experimentais, contornada a dificuldade de visualização do ponto de viragem, poderia levar a uma melhor curva binodal, baseada em uma maior dispersão dos dados.
4.3. CLASSIFICAÇÃODE EQUILÍBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO
As equações deverão ser escritas em itálico, justificados pela margem esquerda, com numeração consecutiva entre parênteses, rente à margem direita e espaço duplo antes e após a equação. Deverão ser mencionadas no texto, por exemplo, da seguinte forma: “... a substituição da Equação 1 na Equação 3 fornece...”. Equações com mais de uma linha deverão ser numeradas na última linha, entre parênteses e rente à margem direita.
O sistema em questão é considerado do tipo 1, ou seja, possui um par de líquidos parcialmente miscíveis, a água e o acetato de etila. Segundo Treybal (1968) essa mistura de líquidos é considerada uma das mais comuns na extração. A mistura de álcool, água e benzeno também é do tipo 1. No tipo 1 há formação de 1 par parcialmente miscível. Já no tipo 2 há a formação de 2 pares parcialmente miscíveis. E no tipo 3, há a formação de 3 pares parcialmente miscíveis [1]. 
 
Figura 5- - Curva binodal tipo 1 para sistema água+ácido acético+querosene 
4.4 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
A temperatura e a solubilidade são diretamente proporcionais à temperatura. Em altas temperaturas a região da heterogeneidade diminui cada vez mais até que se chega ao ponto crítico, onde solvente e diluentes se tornam completamente miscíveis entre si [5]. Em outras palavras, com o aumento da temperatura a solubilidade aumenta e em temperaturas mais baixas a solubilidade diminui e isso é percebido com a variação da curva binodal. Diante disso, podemos afirmar que a curva do sistema ternário em análise compreenderia uma área de miscibilidade maior caso o experimento fosse conduzido a 60 graus Celsius. 
 Figura 6 – Sistema água, ácido acético e acetato de etila 60 °C
4.5 PROPLEMA PROPOSTO
Figura 7- Resolução do problema proposto. 
Uma mistura equimolar de 100 ml de Água com Acetato de Etila se encontra na região heterogênea, traçando uma reta até a curva binodal é possível determinar qual o volume de ácido acético necessário para tornar essa mistura equimolar homogênea. Logo com base nos dois métodos utilizados e na curva teórica foi determinado um ponto de composição 0.4375 Água, 0,4375 Aceto de etila e 0.125 ácido acético equivalente à adição de 13 á 16 ml de ácido acético considerando o erro associado ás curvas experimentais e a teórica
 
5. CONCLUSÃO 
O presente sistema com base nos seus dados e especificações caracterizou-se como um sistema tipo I, com um único par de líquidos parcialmente miscíveis. Além disso, a temperatura é um fator que influencia o comportamento da curva binodal, sendo que para o sistema água, ácido acético e acetato de etila, o aumento de temperatura aumenta a solubilidade, observado pela diminuição da área heterogênea
Os desvios foram poucos observados na curva da célula 1, sendo mais predominantes na curva da célula 2. Tais desvios podem ser explicados pela dificuldade em discernir com precisão a formação da fase heterogênea; determinação do ponto de viragem da formação da fase homogênea, durante a adição de ácido acético; a falta de exatidão da leitura dos volumes observados nas buretas; agitação inconstante e ineficiente do sistema.
5. REFERÊNCIAS
[1] MADURO, R.M., 2005. Equilíbrio líquido – líquido em sistemas nicotina + água + extratante. Tese de mestrado, FEQ / UMICAMP, Campinas.
[2] Reid, R.C.; Prausnitz, J.M.; Sherwood, T. K., 1988. The Proprieties of Gases and Liquids. 4ª Ed. McGraw-Hill Book Co.
[3] Sørensen, J.M.; Arlt, W., 1980. Liquid-Liquid Equilibrium Data Collection. DECHEMA, Chemistry Data Series, V, partes 2 e 3, Frankfurt.
[4] TREYBAL, Robert E, 1963. Liquid Extraction, 2nd ed, McGraw-Hill, 
[5] TREYBAL, Robert E., 1968. Mass Transfer Operation. [s.l.]: Mcgraw-hill 
1
2
Célula 1: Adicionou-se 100 ml de acetato de etila na célula, além de preparar-se duas buretas: uma com ácido acético e outra com água destilada
7
Anotou-se o volume de acetato de etila utilizado no ponto em que a mistura se tornou heterogênea, titulou-se ácido acético na solução até que esta voltasse a ser homogênea
3
 Em seguida, titulou-se o acetato contido na célula com água destilada, até a formação uma segunda fase
4
5
Titulou-se ácido acético na solução até que esta voltasse a ser homogênea. Verificou-se o volume do ácido utilizado e repetiu-se todo o procedimento, obtendo-se nove pontos experimentais.
Célula 2: Mediu-se 100 ml de água e adicionou-se esse volume na célula. Em seguida, preparou-se uma bureta com ácido acético e outra com acetato de etila. 
6
Titulou-se o acetato de etila na água contida na célula, mantendo a mistura em agitação moderada e contínua, até observar-se a formação de uma segunda fase
O experimento foi dividido em duas etapas, denominadas célula 1 e célula 2, ambos realizados a temperatura de 20 °C. 
8
Titulou-se ácido acético na solução até que esta voltasse a ser homogênea. Verificou-se o volume do ácido utilizado e repetiu-se todo o procedimento, obtendo-se nove pontos experimentais
ÁguaAc. AcéticoAcetato
0,9159
0,0757
0,0085
0,9126
0,0783
0,0091
0,9027
0,0843
0,0132
0,8954
0,0904
0,0145
0,8932
0,0913
0,0159
0,8818
0,0968
0,0223
0,8706
0,1043
0,0264
0,8593
0,1122
0,0304
0,8520
0,1166
0,0338
ÁguaAc. AcéticoAcetato
0,14470,03370,8217
0,19420,02660,7792
0,20820,09310,6987
0,27040,08960,6400
0,27800,09620,6258
0,28520,10250,6123
0,36340,12850,5082
0,39220,15820,4496
0,46550,15260,3819