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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA DISCIPLINA: ENGD03 - LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA SEMESTRE 2017.1 PROFESSOR: SILVANA MATTEDI, MARCOS FÁBIO, DANIELA COSTA, JARLON COSTA e ISABELA SALES HORÁRIOS: SEGUNDA E QUARTA DAS 14:50 às 16:40 1. OBJETIVO Determinar a curva binodal do sistema ternário (1) água, (2) ácido acético, (3) acetato de etila a 25°C. 2. TEORIA Dados do equilíbrio líquido-líquido são fundamentais para o estudo dos processos de separação por extração e são comumente representados em coordenadas triangulares. Na Figura 1 está representado um sistema ternário de componentes (1), (2) e (3), numa dada temperatura T e pressão P. De acordo com a Figura 1, o componente (1) é o diluente, o componente (2) o soluto e o componente (3) o solvente. Os componentes (1) e (3) são parcialmente miscíveis, enquanto que (1) e (2) e (2) e (3) são completamente miscíveis entre si. A curva binodal é a curva NPCQM e separa a região de duas fases (sob a curva) da região homogênea. Figura 1: Diagrama Ternário As composições das fases em equilíbrio são representadas por pontos na curva NPC (para a fase I) e por pontos na curva CQM (para a fase II). PQ chama-se linha de amarração e, representa duas fases em equilíbrio. A linha de amarração MN é o caso em que o soluto está infinitamente diluído na mistura de (1) e (3). O ponto crítico C é uma linha de amarração em que as composições de ambas as fases em equilíbrio são iguais. Os tipos de curvas binodais são vários e geralmente são caracterizados pelo número de pares parcialmente miscíveis. Os três tipos básicos são: - Tipo I. Um par parcialmente miscível - Tipo II. Dois pares parcialmente miscíveis - Tipo III. Três pares parcialmente miscíveis Uma revisão mais completa sobre o assunto pode ser encontrada em Sorensen et al. (1979a, b, 1980). 3. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS Células encamisadas, agitadores, banho termostático, termômetro, buretas, água destilada, ácido acético e acetato de etila são os equipamentos e materiais disponíveis para a realização deste experimento. 4. EXPERIMENTAL Os dados de solubilidade para a mistura ternária são determinados utilizando a metodologia do ponto de turvação (cloud point). O vial é fechado com um septo e tampa para evitar qualquer evaporação, e mantido sob agitação usando uma barra magnética. Cada componente é adicionado no frasco utilizando uma seringa. A temperatura no sistema é controlada por circulação de água numa célula de equilíbrio encamisada. As massas são medidas em uma balança analítica e usadas para calcular a composição de componentes na curva binodal. Devem ser determinados pelo menos nove pontos. Procedimento experimental Fase Rica em Água Adicionar 1 g de água destilada no vial e vedar com parafilm Encher e pesar cada seringa com ácido acético, e outra com acetato de etila. Anotar as massas. Gotejar acetato de etila até a solução se tornar turva. Pesar a seringa de acetato de etila e anotar a massa adicionada no vial. Gotejar ácido acético até a solução se tornar translucida. Pesar a seringa de ácido acético e anotar a massa adicionada no vial. Repetir os passos 3 a 6. Fase Rica em Acetato de Etila Adicionar 1 g de acetato de etila no vial e vedar com parafilm Encher e pesar cada seringa com ácido acético e outra com água destilada. Anotar as massas. Gotejar água até a solução se tornar turva. Pesar a seringa de água e anotar a massa adicionada no vial. Gotejar ácido acético até a solução se tornar translucida. Pesar a seringa de ácido acético e anotar a massa adicionada no vial. Repetir os passos 3 a 6. Além da binodal, são medidas algumas linhas de equilíbrio. Nesse sentido, pontos de mistura, com composição conhecida, são escolhidos dentro da região de imiscibilidade, e são pesados em um tubo de vidro com tampa. As misturas preparadas são agitadas e, em seguida, colocado em descanso durante 48 horas para garantir o equilíbrio. Depois, a fase de topo é cuidadosamente separada e pesada. Procedimento experimental Tie-line Preparar duas soluções água/ácido acético/acetado de etila com composição mássica aproximada de 40/10/50 e 20/30/50 Deixar repousar no banho à 25°C por 48h. Identificar a amostra que se separa em duas fases e retirar cada uma das fases utilizando seringas. Explicar porque uma das amostras não se separa em duas fases. Titular utilizando solução de NaOH, usando fenolftaleina como indicador. Estimar a densidade de cada fase utilizando um picnômetro. Para isso, pesa-se o picnômetro vazio e depois contendo 10mL de cada fase. IMPORTANTE: 1. O ácido acético é altamente corrosivo. Muito cuidado no seu manuseio de forma a evitar queimaduras. 2. Após a realização do experimento, lavar todo o material e equipamento utilizado, deixando-o em ordem. 5. CÁLCULOS As curvas binodais experimentais são ajustadas usando a equação Merchuk et al. (1998), Equação 1. 100w3=A exp[(B.100w10,5)−(C.100w13)] (1) Onde 100w3 e 100w1 são as frações mássicas em porcentagem do acetato de etila e da água, respectivamente, e A, B, e C são parâmetros de ajuste obtidos por regressão de mínimos quadrados. Para o cálculo de linhas de amarração são utilizadas quatro equações (Equações 2 a 5) para estimar a composição de cada fase, isto é, a fração mássica da espécie i na fase aquosa ou orgânica, e , respetivamente. (2) (3) (4) (5) onde o índice superior M é a composição da mistura inicial. O parâmetro α é a razão entre a massa da fase superior (orgânica) e a massa total da mistura, 1 representa a água e 3 o acetato de etila. A solução deste sistema fornece a fração de massa (g/g x 100) do acetado de etila e de água nas fases superior e inferior. 5.1. Compare a binodal com os dados da literatura. 5.2. Discuta criticamente o método experimental, indicando as fontes de erro. 5.3. Classifique o tipo de equilíbrio líquido-líquido do sistema estudado e cite exemplos de sistemas com outros tipos de equilíbrio líquido-líquido. 5.4. Modele as linhas de amarração utilizando NRTL ou UNIQUAC. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MERCHUK, J.C.; ANDREWS, B.A.; ASENJO, J.A. Aqueous two-phase systems for protein separation: Studies on phase inversion. Journal of Chromatography B: Biomedical Sciences and Applications 711 (1998) 285-293. REID, R.C., PRAUSNITZ, J.M., E SHERWOOD, T. K., 1988. The Proprieties of Gases and Liquids. 4ª Ed. McGraw-Hill Book Co. SORENSEN, J.M., E ARLT, W., 1980. Liquid-liquid Equilibrium Data Collection. DECHEMA, Chem. Data Series, V, partes 2 e 3. SORENSEN, J.M., MAGNUSSEN, T., RASMUSSEN, P. E FREDESLUND, A.; 1979a, Liquid-Liquid Equilibrium data: Their Retrieval, Correlation and Prediction. Part I. Retrieval. Fluid Phase Equilibrium, 2, 279-308. 1979b. Part II. Correlation. Ibid., 3, 47-82. 1980. Part III. Prediction. Ibid., 4, 151-163 a Reid et al. (1988). b Sorensen et al. (1980).
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