P2 - Extração Liquido-Liquido

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EXPERIMENTO 2
	Extração Líquido-líquido
	
	Júlia Silvestre e Maria Eduarda Oliveira Silva
	
	Departamento de Engenharia Química, Curso de Química Industrial, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil
	
	Professor: Luciano Costa Almeida
	
	Data da prática: 11/06/2021; Data de entrega do relatório: 05/07/2021
	
Resumo
Extração líquido-líquido é uma operação unitária de transferência de massa que consiste em transferir um soluto entre líquidos imiscíveis. Esse processo se dá pelo equilíbrio das concentrações do soluto em cada fase, considerando a afinidade existente entre as substâncias. Para observar essa operação, condições de equilíbrio foram produzidas ao misturar, nas proporções corretas, água, ácido acético e clorofórmio. Com esses dados foi possível plotar um gráfico ternário que representa o equilíbrio. As conoidais foram determinadas pela titulação do ácido acético presente em cada fase, nas misturas de diferentes proporções. Os coeficientes de partição também foram determinados considerando a razão da concentração do soluto em cada fase nas misturas. Os valores obtidos foram 0,4223, 1,5625 e 0,3346 para as misturas A, B e C, respectivamente. Os coeficientes obtidos não foram satisfatórios. Seu significado prático é que a maior parte do soluto continuou na fase aquosa, quando, em uma extração bem sucedida, deveria ter sido transferida para a fase orgânica. Em relação ao coeficiente de seletividade, a mistura B também teve um desempenho melhor que as outras, com um coeficiente de 3,1801.
Laboratório de Físico-Química 2, Júlia Silvestre e Maria Eduarda Oliveira Silva, Extração Líquido-líquido.
Palavras chaves: ácido acético; equilíbrio; extração líquido-líquido; coeficiente de partição; coeficiente de seletividade.
Sumário
Introdução	1
Metodologia	2
Resultados e Discussão	3
Conclusão	5
Referências	5
Introdução
	A extração líquido-líquido (ELL) é uma operação unitária realizada por transferência de massa, com base teórica no equilíbrio líquido-líquido. Nesse sistema, um soluto é removido de um diluente pela adição de um solvente que possui maior afinidade com esse soluto. O solvente escolhido precisa ser o mais imiscível possível em relação à solução de alimentação. [1]
O soluto é distribuído entre as fases formadas até que a mistura atinja o equilíbrio. A distribuição ocorre de acordo com o coeficiente de partição, que é a razão entre a concentração do soluto no extrato e no rafinado. [2] No final do processo tem-se duas fases: o extrato, rico em soluto, e o rafinado, pobre em soluto. [1]
	A extração Líquido-líquido é utilizada quando a destilação não é eficaz, como em misturas azeotrópicas ou se os componentes possuírem volatilidade parecida, ou quando é muito custosa, geralmente se a concentração do soluto for baixa. [2] Normalmente, precisa-se realizar outro procedimento para separar o solvente do soluto posteriormente, como uma destilação ou centrifugação. [2]
	Para uma boa eficiência na extração deve-se atentar a alguns cuidados. O primeiro é a seleção do solvente, já que ele está intimamente ligado com o coeficiente de partição. Um bom solvente precisa ter seletividade, ou seja, interagir muito bem com o soluto. Ele precisa, como dito anteriormente, ser pouco miscível com o diluente, muito miscível com o soluto e facilmente recuperável para reuso. As características físico-químicas também são observadas no momento da escolha: toxicidade, inflamabilidade, corrosividade, viscosidade, tensão interfacial, massa específica, ponto de ebulição, estabilidade, além do preço, sempre prezando pela segurança e pela economia. [2] 
	A temperatura influencia na extração. Ela pode ser aumentada para diminuir a viscosidade dos líquidos, facilitando assim a transferência de massa, ou controlada devido a baixa pressão de vapor de algum componente da extração. [2] Para sistemas em batelada é comum a utilização de alimentação cruzada, onde as correntes são perpendiculares entre si. Já para processos contínuos, que precisam separar um grande volume, costuma-se utilizar alimentação em contracorrente. [2] 
	O coeficiente de partição é um importante parâmetro para avaliação do desempenho da extração de líquido líquido, visto que quanto maior o valor do coeficiente de partição, melhor a separação do soluto para fase extrato, e menor a quantidade de solvente utilizada para extração. Este parâmetro pode ser calculado através da equação 1 [2].
				(1)
	
Onde Ce é a concentração do soluto no extrato e Cr é a concentração do soluto no rafinado. 
O coeficiente de seletividade (β) é a razão do soluto e do solvente de alimentação no extrato e no rafinado. Pode-se determiná-lo pela equação 2.
 (2)
	Sendo A o solvente inerte da alimentação, B o solvente extrator e C o soluto.
Metodologia
Materiais e equipamentos
· 3 buretas de 50 mL;
· 2 erlenmeyers de 250 mL;
· 6 erlenmeyers de 125 mL;
· 3 anéis para suporte;
· 3 funis de separação de 125 mL;
· 1 pipeta volumétrica de 5 mL;
· 2 provetas de 50 mL;
· 1 balão volumétrico de 5 mL;
· 1 balão volumétrico de 500 mL;
· 1 béquer de 50 mL;
· Hidróxido de sódio 2 M;
· Clorofórmio;
· Ácido acético glacial;
· Fenolftaleína.
Procedimento experimental
a) Obtenção dos dados de equilíbrio
Em um Erlenmeyer de 250 mL, adiciona-se 10 mL de clorofórmio e 3 mL de água. Após, com o auxílio de uma bureta, adiciona-se ácido acético sob agitação até a obtenção de uma solução clara. 
	Posteriormente, adiciona-se 2 mL de água e ácido acético até a obtenção de uma solução clara novamente. Repete-se o procedimento adicionando 5 mL, 10 mL, 20 mL e 30 mL de água ao Erlenmeyer, anotando o volume de ácido acético gasto a cada adição de água. 
Em outro erlenmeyer, adiciona-se 2 mL de clorofórmio e 5 mL de água, adiciona-se ácido acético até não haver mais turbidez da mistura e anota-se o volume gasto de ácido. 
Repete-se o processo adicionando-se mais 5 mL, 10 mL , 20 mL, 30 mL e 50 mL de água, anotando para cada caso o volume de ácido gasto.
b) Obtenção dos dados para construção das conodais 
	Prepara-se as misturadas e agita-se até as camadas se separarem. Anota-se o volume de cada fase formada. 
Depois, toma-se 5 mL de cada fase e titula-se as alíquotas com hidróxido de sódio 2M e anota-se os volumes gastos do titular. 
Resultados e Discussão
a) Construção da curva de equilíbrio
	Os volumes de água e ácido acético gastos para titulação de 10 mL de clorofórmio estão apresentados na Tabela 1. 
	Tabela 1. Volumes de água e ácido acético, em mL, gastos para titulação de 10 mL de clorofórmio. 
	Volume total de água (mL) 
	Volume ácido acético (mL) 
	Volume ácido acético e 2 mL de água (mL)
	Volume total de ácido acético (mL)
	5
	9,2
	4,3
	11,5
	7
	10,1
	3,7
	11,8
	12
	12,0
	14,1
	24,1
	22
	11,3
	26,4
	35,7
	32
	10,5
	35,2
	43,7
	Os volumes de água e ácido acético gastos na titulação de 2 mL de clorofórmio estão apresentados na Tabela 2. 
	Tabela 2. Volumes de água e ácido acético, em mL, gastos para titulação de 2 mL de clorofórmio. 
	Volume água (mL) 
	Volume ácido acético (mL) 
	5
	7,6
	10
	11,5
	20
	17,7
	30
	22,4
	50
	30,6
	Para a construção da curva de equilíbrio, determinou-se a fração mássica, tendo em vista que a massa específica da água, ácido acético e clorofórmio, a 20°C, são respectivamente, 0,997 g/cm3 (a 25°C) [4], 1,05g/cm3[5] e 1,48 g/cm3[6] (a 20°C). Os resultados obtidos de fração mássica no rafinado e no extrato estão apresentados nas Tabelas 3 e 4.
	Tabela 3. Frações mássicas do clorofórmio, ácido acético e água no rafinado. 
	Fração mássica clorofórmio
	Fração mássica ácido acético
	Fração mássica água 
	0,1869
	0,5005
	0,3126
	0,1191
	0,4825
	0,3984
	0,0718
	0,4478
	0,4804
	0,0528
	0,4169
	0,5302
	0,0351
	0,3782
	0,5867
	Tabela 4. Frações mássicas do clorofórmio, ácido acético e água no extrato. 
	Fração mássica clorofórmio
	Fração mássica ácido acético
	Fração mássica água 
	0,4662
	0,3778
	0,1560
	0,4348
	0,3616
	0,2037
	0,2856
	0,4851
	0,2293
	0,2005
	0,5044
	0,2951
	0,1608
	0,4950
	0,3442
Para construçãoda curva de equilíbrio o primeiro ponto do extrato foi excluído. Utilizando o Software OriginⓇ e os dados acima, plotou-se o gráfico ternário com curva de equilíbrio, que pode ser visto na Figura 1. 
Figura 1. Gráfico ternário com a curva de equilíbrio para clorofórmio, água e ácido acético.
b) Obtenção das conodais 
A percentagem de ácido acético em peso em cada camada da fase aquosa foi determinada com base nos dados obtidos a partir da titulação com hidróxido de sódio, tais dados estão apresentados na Tabela 5. 
	Tabela 5. Valores de massa, em gramas, e volume de hidróxido de sódio, em mL, utilizados para titulação da fase aquosa em cada mistura. 
	Mistura
	Volume NaOH 2M
	Massa da solução
	A
	34,1
	5,2
	B
	14,41
	5,5
	C
	26,0
	5,1
	Com base nos dados da Tabela 5, e sabendo que o hidróxido de sódio utilizado na titulação tem molaridade 2 mol/L, e ainda que a massa molar do ácido acético é de 60,052 g/mol, pode-se calcular a massa percentual do ácido acético em cada camada do rafinado. Tais resultados estão apresentados na Tabela 6. 
	Tabela 6. Massa e percentagem em peso de ácido acético calculada em cada camada do rafinado. 
	Mistura
	n NaOH
	Massa ácido acético
	Massa percentual
	A
	0,0682
	4,0955
	78,7605
	B
	0,0288
	1,7307
	31,4672
	C
	0,0520
	3,1227
	61,2295
	Os dados da titulação com hidróxido de sódio que foram utilizados para determinação da percentagem em peso de ácido acético em cada camada do extrato estão apresentados na Tabela 7. 
	Tabela 7. Valores de massa, em gramas, e volume de hidróxido de sódio, em mL, utilizados para titulação da fase orgânica em cada mistura. 
	Mistura
	Vol. NaOH (mL)
	Massa da solução (g)
	A
	14,4
	6,7
	B
	22,5
	6,3
	C
	8,7
	7,0
	Da mesma maneira determina-se a percentagem de ácido acético em cada camada do extrato. Tais resultados estão apresentados na Tabela 8. 
	Tabela 8. Massa, em gramas, e porcentagem em peso de ácido acético calculada em cada camada no extrato. 
	Mistura
	n NaOH (mol)
	Massa ácido acético (g)
	Massa (%)
	A
	0,03
	1,7295
	25,8134
	B
	0,05
	2,7023
	42,8943
	C
	0,02
	1,0449
	14,9272
Sabe-se que uma extração é ideal quando o rafinado apresenta uma menor percentagem de soluto em comparação com o extrato ou preferencialmente uma percentagem quase nula do soluto no rafinado. Então, percebe-se que esta extração não apresentou um bom desempenho, visto que a percentagem do ácido acético no rafinado é superior ao do extrato. 
Para aumentar o rendimento desta extração, pode-se realizar a extração em mais etapas até que a quantidade de ácido acético no rafinado fosse inferior à quantidade no extrato. 
c) Obtenção do coeficiente de partição e seletividade
	Através da equação 1, pode-se calcular o coeficiente de partição para as três misturas, obtendo 0,4223 na mistura A; 1,5625 na mistura B e 0,3346 na mistura C. Então, observa-se que a extração na mistura B foi melhor em comparação com as demais misturas. 
	Para o cálculo da seletividade usa-se a equação 2. Considerando que o clorofórmio e a água são totalmente imiscíveis entre si, pode-se afirmar que, tanto a porcentagem de água no extrato, quanto a porcentagem de clorofórmio no rafinado são nulas. Dessa forma, simplifica-se a equação 2 na equação 3 abaixo.
 (3)
	O resultado obtido foi de que o coeficiente de seletividade nas misturas A, B e C, são, respectivamente 1,2697, 3,1801 e 1,6332. Novamente observa-se que a extração na mistura B ocorreu de forma mais eficiente. 
Conclusão
Extração líquido líquido é uma operação unitária, onde ocorre a transferência de massa um soluto é removido de um diluente a partir da adição de um solvente que apresenta uma maior afinidade com o soluto e é imiscível com o diluente. 
A extração do ácido acético no clorofórmio utilizando água como solvente inerte não apresentou um bom desempenho, visto que, nas misturas A e C, a porcentagem em massa de ácido acético presente na fase aquosa foi maior que na fase orgânica. Na mistura B ocorreu o inverso. Entretanto, a porcentagem do soluto na fase orgânica ainda não é satisfatória, com um valor de 42,89%.
O coeficiente de partição confirma essa informação. A mistura B obteve o maior, 1,5625. A mistura A e mistura C obtiveram 0,4223 e 0,3346, respectivamente.
O coeficiente de seletividade segue a mesma linha, mostrando que o solvente foi seletivo o suficiente para realizar a extração, principalmente na mistura B, cujo coeficiente de seletividade foi 3,1801. As misturas A e C obtiveram 1,2697 e 1,6332, respectivamente. 
Referências
[1] PORTUGAL. PORTAL DE LABORATÓRIOS VIRTUAIS DE PROCESSOS QUÍMICOS. Fundamentos. Disponível em: labvirtual.eq.uc.pt/ siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=63&Itemid=148#2. Acesso em: 01 jul. 2021.
[2]LOPES, Flávio Marcio Pereira. Estudos de Equilíbrio Líquido-líquido na Extração de Poliaromáticos. 2012. 102 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Química, Centro de Tecnologia e Geociências, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2012. Disponível em: repositorio.ufpe.br/handle/123456789/11811 Acesso em: 01 jul. 2021.
[3] ALMEIDA, L. C.. Prática 2: Extração Líquido Líquido. Recife, Pernambuco [s.d.]. 
[4] LIDE, David R. (ed.). Handbook of chemistry and physics. 84. ed. [S.I.]: Crc Press, 2003. 2475 p.
[5] SIGMA ALDRICH. Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos - FISPQ: ácido acético glacial. Ácido Acético Glacial. Disponível em: https://www.merckmillipore.com/Web-INTL- Site/en_US/-/USD/ShowDocument-File?ProductSKU=MDA_CHEM-137000&DocumentType=MSD&DocumentId=137000_SDS_BR_Z9.PDF&DocumentUID=464716&Language=Z9&Country=BR&Origin=null. Acesso em: 01 jul. 2021.
[6] MERCK. Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos - FISPQ: clorofórmio. Clorofórmio. 2017. Disponível em: www.farmacia. ufmg.br/wp-content/uploads/2018/10/FISPQ-Clororf%c3%b3mio-6.pdf. Acesso em: 01 jul. 2021.