RelatArio Curva Binodal

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
1 
 
 
CURVA BINODAL 
 
 
CIDREIRA, A.C.M , MENDES, L.Y.P., RIBEIRO,W.R.A ,ROUMIE,J.P.R, REIS, C.S. 
FONSECA, W. S. 
Grupo A 
 
Universidade Federal do Maranhão, Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Departamento 
de Engenharia Química. 
E-mail para contato: anykrolyne@hotmail.com 
 
 
RESUMO – A curva binodal, é um mecanismo utilizado em processos de extração 
líquido-líquido, indicando a zona heterogênea que possibilita a realização da operação. 
O experimento teve como objetivo a construção da curva binodal para o sistema 
ternário água, ácido acético e acetato de etila. Foram utilizadas 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. Para homogeneizar a fase 
heterogênea formada utilizou-se ácido acético em ambos os casos. Foram obtidas 
curvas binodais satisfatórias quando comparadas com os dados encontrados na 
literatura. Concluiu-se, a partir do aspecto da região de heterogeneidade, que o 
equilíbrio líquido-líquido do sistema estudado é do tipo 1, que os valores do método 1 
se aproximaram mais do dados teóricos da célula 1 e que os dois métodos tiveram uma 
boa aproximação dos dados teóricos para célula 2 . A partir de dados da literatura, 
verificou-se que o aumento da temperatura reduz a área delimitada pela curva binodal. 
 
1. INTRODUÇÃO 
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. 
 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. Esse 
equilíbrio é representado por diagramas de fase triangulares ou diagramas ternários. 
 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 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
2 
 
pares parcialmente miscíveis, ou seja, sistemas do tipo II ou III podem virar sistemas do tipo 
(TREYBAL, 1963). 
 
Figura 1 – Representação do diagrama ternário 
Em condições nas quais o sistema analisado apresenta duas fases heterogêneas, as 
composições das mesmas, correspondem aos pontos sobre a curva que formam as chamadas 
linhas de amarração, em equilíbrio. Na Figura 1, a linha PQ representa uma dessas linhas de 
amarração. Diante disso, o presente experimento tem por objetivo construir a curva binodal do 
sistema ternário composto por Água + Ácido acético + Acetato de etila em uma temperatura 
de 20 ºC, classificando o tipo de ELL atingido pelo sistema. 
2. METODOLOGIA 
O experimento foi dividido em duas etapas, denominadas célula 1 e célula 2, ambos 
realizados a temperatura de 20 °C. 
Célula 1: Utilizou-se uma solução de acetado de etila, que foi titulado com 100 ml de 
água destilada, contida na célula. A solução foi agitada de maneira moderada ao longo do 
experimento até a formação de uma segunda fase, observada visualmente através de um cone 
opaco formado. Após 2 minutos de agitação mais intensa, observou-se que o cone ainda era 
visível, ou seja, ainda existia 2 fases. Dessa forma, foi coletado o volume de acetado 
adicionado a célula. Com isso feito, titulou-se o ácido acético na solução heterogênea, até que 
voltasse a ser uma solução homogênea, e também foi coletado o volume de ácido utilizado 
para tal feito. Admitindo que a temperatura foi mantida em 20 °C, repetiu-se o experimento 
até obter 9 pontos. 
Célula 2: O procedimento foi similar ao realizado na célula 1, modificando apenas que, 
a célula 2 continha uma solução de acetato de etila, que foi titulada com água. Nessa etapa, a 
formação da segunda fase foi observada através da formação de bolhas na célula. Após anotar 
o volume de água utilizado para tornar a solução heterogênea, titulou-se ácido acético até que 
a solução se tornasse homogênea. O volume de ácido também foi anotado. 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
3 
 
 
4. RESULTADOS 
4.1. Diagrama Ternário 
Os volumes obtidos, nas células 1 e 2, dos componentes (água, ácido acético e acetato 
de etila) estão apresentados na Tabela 1a (Célula 1) e na Tabela 1b (Célula 2). 
Tabela 1a - Volumes obtidos na Célula 1 
Água Ácido acético Acetato de etila 
100 3,8 8 
100 4,2 9,2 
100 7,8 11 
100 9 12 
100 11,8 13 
100 15,8 15,4 
100 16,5 15,5 
100 18 16,3 
100 18,8 17,5 
 
Tabela 1b - Volumes obtidos na Célula 2 
Água Ácido acético Acetato de etila 
2,8 6,2 100 
5,6 8,2 100 
8,5 12,7 100 
12,6 15,4 100 
14,2 17,2 100 
16,3 18,2 100 
17,7 20 100 
20,6 25 100 
25,5 27,4 100 
 
A Tabela 2 abaixo contém algumas propriedades dos componentes envolvidos na 
mistura. 
Tabela 2 - Propriedades dos Componentes 
Densidade a 20°C (g/cm3) 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
4 
 
Água Ácido acético Acetato de etila 
0,998 1,049 0,901 
Massa Molar (g/mol) 
Água Ácido acético Acetato de etila 
18,015 60,052 88,107 
 
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 em cada célula. 
 
Tabela 3a- Frações molares Célula 1 
Água Ácido acético Acetato de etila 
0,973947 0,01167 0,014383 
0,970661 0,012855 0,016484 
0,957029 0,023538 0,019433 
0,9519 0,027014 0,021086 
0,942325 0,035062 0,022613 
0,92743 0,046205 0,026365 
0,925378 0,048145 0,026477 
0,920093 0,052222 0,027685 
0,9161 0,054307 0,029594 
 
A Tabela 4 contém os valores teóricos das frações molares no sistema ternário água, 
ácido acético e acetato de etila. 
 
Tabela 4 – Equilbrio líquido-líquido sistema água + ácido 
acético + acetato de etila a 20ºC (Sorensen e Arlt 1980) 
Água Ácido Acetato de Etila 
Célula 1 
0,9633 0,0186 0,0181 
0,9391 0,0368 0,0241 
0,9263 0,0456 0,0281 
0,8979 0,0636 0,0386 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
5 
 
Célula 2 
0,2004 0,0661 0,7334 
0,2873 0,1085 0,6043 
0,3333 0,1242 0,5425 
0,4288 0,1439 0,4273 
 
 
A partir dos dados das Tabelas 3a, 3b e 4, construiu-se a Figura 1, que contém o sistema 
ternário teórico e experimental, pela 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. 
Dois métodos foram utilizados para construir a curva experimental. No Método 1, a primeira 
fração de ácido acético considerada foi 0, sendo esta combinada com as primeiras frações 
obtidas de água e acetato de etila. Esse padrão se manteve, utilizando sempre o dado anterior 
da fração de ácido acético. Para o Método 2, cada dado foi relacionado com o seu 
correspondente, sendo o primeiro dado de fração molar de água relacionado com o primeiro 
dado de ácido acético e o
primeiro dado de acetato. E assim seguiu-se normalmente. 
 
Figura 2- Diagrama ternário para o equilíbrio Ácido Acético, Acetato de Etila e Água a 
20°C 
Percebe-se na Figura 2 que as curvas experimentais possuem desvios em relação à curva 
teórica. Logo, fez-se necessária uma análise quantitativamente de erros e desvios. Para isso, 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
6 
 
foram usadas as frações molares de acetato e ácido acético como parâmetros. As tabelas 5a e 
5b mostram esses desvios para as células 1 e 2, respectivamente. 
Tais erros podem ser 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. 
 
 
Tabela 5b – Erros Percentuais Célula 2 
Acetato 
(Experime
ntal) 
Acetato(teó
rico) 
Ácido 
acético 
(Experime
ntal) 
Ácido 
acético 
(teórico) 
Erro% 
(ácido 
acético) 
Erro% 
(acetato) 
0,79517094
9 
0,7334 
0,08421429
7 
0,0661 27,40438 
8,42254553
1 
0,59615777 0,6043 
0,12932978
8 
0,1085 19,19796 
1,34738201
3 
0,51397023
3 
0,5425 
0,13520486
6 
0,1242 8,860601 
5,25894317
3 
0,43468888
2 
0,4273 
0,14850537
2 
0,1439 3,200397 
1,72920253
6 
 
5.2. Tipos de Equilíbrio Líquido-Líquido 
 Na literatura, 4 tipos de equilibrio líquido-líquido são apresentados. O primeiro tipo 
(tipo 0) ocorre quando nenhum par dos líquidos é parcialmente miscível. 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 (MACHADO 2007). 
A Figura 3 abaixo ilustra essas definições. 
Tabela 5a – Frações Molares para a Célula 1 
Acetato 
(Experime
ntal) 
Acetato 
(teórico) 
Ácido 
acético 
(Experime
ntal) 
Ácido 
acético 
(teórico) 
Erro% 
(ácido 
acético) 
Erro% 
(acetato) 
0,01943282
4 
0,0181 
0,02353810
4 
0,0186 26,54894 
7,36366870
8 
0,02261320
7 
0,0241 
0,03506181
9 
0,0368 4,723317 6,16926613 
0,02636453 0,0281 0,04620512 0,0456 1,327023 6,17603042 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
7 
 
 
Figura 3- Tipos de equilíbrio Líquido-líquido. (a) Tipo 0; (b) Tipo 1; (c) e (d) Tipo 2 e (e) 
Tipo 3. 
Figura 4- - Curva binodal tipo 2 para sistema água+ácido acético+querosene 
 
 
 
 
5.3. Influência da Temperatura 
Segundo Treybal (1968) a região de heterogeneidade diminui com o aumento da 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
8 
 
temperatura. Um grande aumento da temperatura pode fazer com que a mistura atinja um 
ponto crítico, onde os componentes se tornam completamente miscíveis entre si. 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. 
 
5.4. Problema Proposto 
 
Figura 4- Resolução do problema proposto. 
Considerando uma mistura de 100 ml de Água e Acetato de Etila de composição molar 
50% água e 50% de acetato de etila foi determinado que este ponto se localiza na região 
heterogênea, logo 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 
0.4228 Água, 0,4228 Aceto de etila e 0.1544 ácido acético equivalente à adição de 14 á 19 ml 
de ácido acético considerando o erro associado ás curvas experimentais e a teórica. 
 
 
6. CONCLUSÃO 
Foi possível construir o diagrama ternário para o sistema água-acetato de etila- ácido 
acético e obter a curva binodal através do experimento. Diante dos resultados obtidos, pode-se 
dizer que se trata de um equilíbrio líquido-líquido do tipo 1, onde há a formação de um par 
parcialmente miscível. Nesse sistema o acetato de etila atua como solvente, a água como 
diluente e o ácido acético como soluto. 
A comparação feita entre os dados experimentais e teóricos para a célula 1 mostrou que 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO – UFMA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA - CCET 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUIMICA – DEEQ 
9 
 
o método 1, que leva em consideração o ponto em que se observa heterogeneidade do sistema, 
se aproximou mais dos dados teóricos. Já para a célula 2 os dois métodos foram eficientes e 
tiveram boa aproximação dos dados teóricos. 
 
7. REFERÊNCIAS 
TREYBAL, Robert E. Liquid Extraction, 2nd ed, McGraw-Hill, 1963. 
 
MADURO, R.M. Equilíbrio líquido – líquido em sistemas nicotina + água + extratante. 
Tese de mestrado, FEQ / UMICAMP, Campinas, 2005. 
 
FIGUEROA, J. E J. Roteiro Experimental: Construção da curva binodal para o sistema 
ternário água, ácido acético e acetato de etila. São Luís: Universidade Federal do Maranhão, 
2019