Relatório eq. líquido líquido

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Equilíbrio Líquido-líquido
Amanda Anielly Mói, 19111-4
Beatriz Caroline da Costa, 19196-5
Bruna Ferraz Tonholo, 19198-1
Gustavo Dutra de Sa Benini,19330-0
João Paulo Correa, 19333-4
Mariah Sanches Freitas, 19549-5
Profª Dr.ª Mônica Maria Gonçalves
Engenharia Química, 9º Semestre 
São João da Boa Vista – 05 de abril de 2017
sumÁrio
1.	Objetivo	3
2.	Introdução	3
3.	Fundamentação teórica	3
4.	Materiais e Métodos	6
4.1.	Materiais	6
4.2.	Métodos/Procedimento	6
4.3.	Materiais	7
4.4.	Métodos/Procedimento	7
5.	Resultados e discussão	8
5.1.	Discussão dos resultados.	11
6.	Conclusão	12
7.	Referências Bibliográficas	12
1. Objetivo
Obter experimentalmente os dados referentes ao equilíbrio líquido-líquido da curva binodal e das linhas de amarrações do sistema ternário água - ácido acético - acetato de etila.
2. Introdução
Dados do equilíbrio líquido-líquido são fundamentais para o estudo dos processos de separação por extração. Num processo de extração líquido-líquido adiciona-se um solvente parcialmente miscível com a mistura original (constituída por diluente e soluto), porém capaz de solubilizar o soluto. A escolha do melhor solvente e das condições ótimas de operação do processo de extração podem ser determinadas através da simulação de uma coluna de extração por estágios, onde são empregados modelos dos coeficientes de atividade para calcular o equilíbrio líquido-líquido.
3. Fundamentação teórica
Os dados de equilíbrio líquido-líquido são representados, usualmente, num gráfico denominado diagrama ternário. Estes gráficos representam isotermas numa pressão suficiente para manter o sistema inteiramente líquido. O uso de tais diagramas demonstra as relações de fase nos sistemas líquidos ternários.
Diagramas de fases são mapas que permitem prever a microestrutura de um material em função da temperatura e composição de cada componente, e fase é uma porção homogênea do material que tem propriedades físicas ou químicas uniformes.
Nos casos de sistemas de três componentes, heterogêneos, é viável fixar a temperatura e a pressão variando somente as composições do sistema, este sendo representado mediante a utilização de um triângulo equilátero, no qual cada um dos vértices indica um dos componentes puros e em cada lado deste triângulo faz-se a leitura de composição do sistema ternário.
A solubilidade de dois líquidos miscíveis pode ser significativamente alterada com a adição de um terceiro componente. Este componente sendo solúvel em apenas um dos outros dois compostos, a solubilidade mútua dos dois líquidos diminui. Entretanto, quando este terceiro componente é dissolvido em qualquer um dos outros dois, a solubilidade mútua aumenta.
A prática realizada tem finalidade de traçar o diagrama de equilíbrio. Faz-se a construção de uma curva binodal, ou curva de solubilidade, para uma temperatura através das relações de solubilidade do sistema de três componentes.
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.
Adiciona-se um solvente parcialmente miscível, em um processo de extração líquido-líquido, com a mistura original (diluente + soluto) capaz de solubilizar o soluto. A escolha do solvente e das condições de operação deste processo de extração pode ser determinada através da simulação de uma coluna de extração por estágios, na qual são aplicados modelos dos coeficientes de atividade para o cálculo do equilíbrio líquido-líquido e modelos de regressão UNIQUAC.
Esses modelos possuem parâmetros de interação intermolecular que necessitam ser previamente determinados a partir de dados experimentais do equilíbrio líquido-líquido, isto é, precisam-se conhecer as linhas de amarração experimentais envolvendo solvente e mistura do diluente mais soluto.
Determina-se uma linha de amarração através de análise. Agita-se a mistura heterogênea em uma célula por trinta minutos à temperatura constante, após, deixa-se decantar até atingir o equilíbrio, tiram-se amostras de cada uma das fases, analisa-se e determinam-se suas composições, obtendo-se uma linha de amarração. Repete-se o procedimento para diferentes proporções dos componentes, assim, determinando várias linhas de amarração ao longo da região de duas fases.
A prática inclui as relações de solubilidade de um sistema de três componentes com a finalidade de se traçar as linhas de amarração para uma determinada temperatura, pré-estabelecida. Analisa-se o sistema através da titulação. Dessa forma, pode-se determinar somente a composição do ácido em cada uma das fases, para cada concentração de ácido. As demais composições são conhecidas através da curva binodal do sistema.
4. Materiais e métodos
Este experimento foi realizado em duas partes, primeiramente a parte para determinação da curval binodal e em seguida a parte para determinação das linhas de amarração. A seguir serão descritos cada uma delas separadamente.
4.1. Materiais
Agitadores
Célula
Água destilada
Acetato de etila
Ácido acético
Banho termostático
Proveta
Buretas
4.2. Métodos/ Procedimento	
Colocou-se 100 ml de água destilada em um Becker, adicionando-se acetato de etila até turvar. Usando a bureta com acido acético, adicionou-se cerca de 4 ml deste componente para tornar a mistura homogênea novamente. Com a mistura homogênea, tornou-se a adicionar o acetato de etila até turvar novamente, repetindo-se esse processo 6 vezes.
Repetiu-se o mesmo procedimento com outro Becker, mas inicialmente adicionando-se cerca de 100 ml de Acetato de Etila, em seguida adicionando-se água destilada até turvar, e cerca de 4 ml de Acido Acético para tornar a mistura homogênea, repetindo-se também por 6 vezes.
4.3. Materiais
Agitadores
Elemeyers
Buretas
Água destilada
Ácido Acético
Acetato de Etila
Banho termostático
Proveta
Balança
Indicador
Hidróxido de sódio
4.4. Métodos/ Procedimento
	Colocou-se em cada agitador cerca de 100 ml de solução aquosa de ácido acético, nas composições de 5, 10, 15, 20, 25% em volume, adicionou-se cerca de 100 ml de acetato de etila em cada um e colocou-os sob agitação média por 30min; e em seguida deixou-se decantar durante 30min.
	Atingido o equilíbrio, separou-se 10 elemeyers e pesou-os, dois para cada composição de ácido acético, sendo um para fase aquosa e outro para fase orgânica. Assim, retirou-se 10 ml da fase aquosa (superior) e 10 ml da fase orgânica (inferior), e colocou-se nos elemeyers de acordo com a sequência dos agitadores, pesando-os também logo em seguida. Depois titulou-se com NaOH e fenolftaleína como indicador, e na fase orgânica adicionou-se 5 ml de etanol para evitar a formação de duas fases e inibir a hidrolise alcalina do acetato durante o experimento.	
5. Resultados e discussão
Foram utilizadas duas células para fazer o experimento, realizando seis medições em cada uma delas. Na primeira usou-se água como base, adicionando Acetato de Etila até que a mistura ficasse leitosa, e Ácido acético para homogeneizá-la; e na segunda, Acetato de Etila como base, adicionando água para tornar a mistura leitosa, e Ácido acético para homogeneizá-la. Os volumes utilizados de cada componente estão dispostos na tabela abaixo:
	Ponto
	Água (ml)
	Acetato de Etila (ml)
	Ácido Acético (ml)
	1
	100
	6
	4,6
	2
	100
	8,4
	9
	3
	100
	15
	21
	4
	100
	20
	24
	5
	100
	24,8
	32,4
	6
	100
	40,6
	72,4
	7
	4,6
	100
	10,6
	8
	5,2
	100
	8,6
	9
	3,4
	100
	8,2
	10
	14,8
	100
	2,4
	11
	7,2
	100
	3,2
	12
	7,6
	100
	2,2
Tabela 1: Volume de água, Acetato de Etila e Ácido acético a 20ºC.
Transformação das unidades dos valores da Tabela 1 de ml para g:
Dados: 1 ml= 1cm³
ρ Água – 0,998 g/cm³
ρ Acetato de Etila– 0,901 g/cm³
ρ Acido Acético – 1,049 g/cm³
Para cálculo da transformação de unidadesfoi utilizada a fórmula: m = ρ. V
	Ponto
	Água (ml)
	Acetato de Etila (ml)
	Ácido Acético (ml)
	Massa total (g)
	1
	99,800
	5,406
	4,825
	110,031
	2
	99,800
	7,568
	9,441
	116,809
	3
	99,800
	13,515
	22,029
	135,344
	4
	99,800
	18,020
	25,176
	142,996
	5
	99,800
	22,345
	33,988
	156,133
	6
	99,800
	36,581
	75,948
	212,329
	7
	4,591
	90,100
	11,119
	105,810
	8
	5,189
	90,100
	9,021
	104,310
	9
	3,393
	90,100
	8,602
	102,095
	10
	14,770
	90,100
	2,518
	107,388
	11
	7,186
	90,100
	3,357
	100,643
	12
	7,585
	90,100
	2,308
	99,993
Tabela 2: Massa de cada componente em g.
 
Encontrou-se a porcentagem de cada componente através das seguintes fórmulas: 
% Água = (Massa água/Massa Total) *100 
% Acetato de Etila = (Massa Acetato/ Massa Total) *100 
% Ácido acético= (Massa Ácido/ Massa Total) *100
	Ponto
	Água (ml)
	Acetato de Etila (%)
	Ácido Acético (%)
	1
	99,800
	4,913
	4,385
	2
	99,800
	6,479
	8,082
	3
	99,800
	9,986
	16,276
	4
	99,800
	12,602
	17,606
	5
	99,800
	14,311
	21,768
	6
	99,800
	17,228
	35,769
	7
	4,591
	85,153
	10,508
	8
	5,189
	86,377
	8,648
	9
	3,393
	88,251
	8,425
	10
	14,770
	83,901
	2,345
	11
	7,186
	89,524
	3,336
	12
	7,585
	90,106
	2,308
Tabela 3: Porcentagem de água, Acetato de Etila e Ácido acético.
Parte 2: Determinação das linhas de amarração
Depois de adicionados os volumes necessários de Ácido acético e Acetato de Etila nas células, e esperar o tempo de agitação e decantação, atingindo o equilíbrio, retirou-se 10 ml de cada uma das fases (aquosa e orgânica), e pesou-as, como pode-se observar na tabela abaixo:
	
	Fase aquosa
	Fase orgânica
	%
	Massa do erlenmeyer (g)
	Massa do erlenmeyer + amostra (g)
	Massa amostra (g)
	Massa do erlenmeyer (g)
	Massa do erlenmeyer + amostra (g)
	Massa amostra (g)
	5
	35,702
	45,664
	9,962
	40,463
	49,476
	9,013
	10
	38,766
	48,746
	9,980
	39,866
	48,996
	9,130
	15
	38,847
	44,859
	10,012
	46,521
	55,717
	9,196
	20
	42,294
	53,335
	10,041
	40,595
	49,851
	9,256
	25
	36,168
	46,203
	10,035
	33,493
	42,823
	9,330
Tabela 4: Massa das amostras de fase aquosa e fase orgânica em g.
Posteriormente, fez-se a titulação com uma solução padronizada de NaOH para determinar a concentração do Ácido acético, sendo que para a titulação da fase orgânica adicionou-se 5 ml de etanol para evitar a formação de duas fases e inibir a hidrólise alcalina do acetato de etila durante o procedimento. O volume de NaOH gasto na titulação encontra-se na tabela abaixo:
	%
	Fase aquosa (ml)
	Fase orgânica (ml)
	5
	2,8
	3,7
	10
	5,0
	5,1
	15
	7,3
	8,4
	20
	9,4
	9,2
	25
	13,8
	11,7
Tabela 5: Volume de NaOH gasto na titulação em ml.
Cálculo para obtenção da concentração (porcentagem) de Ácido acético em cada uma das fases:
% Ácido acético: (120*(V NaOH (l)/Massa alíquota))*100
	%
	% Hac (Fase aquosa)
	% Hac (Fase orgânica)
	5
	3,373
	4,926
	10
	6,0
	6,703
	15
	8,749
	10,961
	20
	11,234
	11,927
	25
	16,502
	15,048
Tabela 6: Concentração de Ácido acético em cada fase (aquosa e orgânica).
Através dos cálculos realizados e os valores expressos nas tabelas 3 e 6, foi possível a construção do diagrama a seguir, o qual representa o equilíbrio liquido-liquido do acido acético.
Gráfico 1: Diagrama de equilíbrio para o ácido acético experimental
Gráfico 2: Diagrama de equilíbrio para o ácido acético teórico
5.1. Discussão dos resultados
A comparação dos diagramas ternários obtidos experimentalmente e teoricamente demonstra uma clara certeza de que o diagrama é do tipo 1, onde existem somente dois componentes que são insolúveis entre si em uma dada proporção (no caso o Acetato de Etila e a Água).
Porém, ao fazer a avaliação da tabela de desvios médios, as fortes discrepâncias observadas (principalmente para a composição do Acetato de Etila) permitem a formulação de duas hipóteses: Os modelos não foram capazes de representar adequadamente a região bifásica;
Os dados experimentais carregavam muitos erros práticos, adventos de diversas dificuldades, como, por exemplo, a de garantir que o volume adicionado do componente da rodada fosse exatamente o necessário para que a composição da mistura ficasse em cima da curva binodal. a ponto de perderem a representatividade física diante dos modelos teóricos, tornando-se assim, questionáveis.
6. Conclusão
O experimento realizado foi de grande aprendizado e de certa forma aceitável. O diagrama de equilíbrio obtido experimentalmente aproximou-se bem do digrama teórico, embora apresente pequenas divergências e ressalta-se que foi necessária a exclusão de dois pontos da curva binodal, que se encontravam um pouco fora do esperado.
Este experimento, quando conduzido de maneira apropriada, permite a determinação precisa das curvas de equilíbrio líquido-líquido entre misturas parcialmente miscíveis.
7. Referências bibliográficas
LEVENSPIEL, O., Engenharia das reações químicas, Vol. 1. 2ª edição. Editora Blucher, São Paulo, 1974.
VOGEL, A. I. Análise Química Quantitativa. 6ª edição. Editora LTC (Livros técnicos e Científicos), Rio de Janeiro, 2012.