Equilíbrio líquido-líquido - Relatório

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III 
TURMA 02 
 
 
 
 
PRÁTICA 1 - Equilíbrio líquido-líquido para o sistema água- 
clorofórmio-ácido acético. 
PRÁTICA 2 - Equilíbrio líquido-líquido para o sistema água- 
querosene-ácido acético. 
 
 
 
 
DAVID ASSIS SILVA DOS SANTOS 
JONAS DA SILVA RODRIGUES 
THAMYRES FREIRE DA SILVA 
VICTÓRIA SHIRLEY CÂMARA FERREIRA 
VITOR PHABLO DE ARAÚJO DANTAS 
YURI GALILLEU SILVA COSTA 
 
 
Mossoró/RN 
2018 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 6 
2 OBJETIVOS .................................................................................................................. 7 
2.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................... 7 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 7 
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................ 8 
4 MATERIAIS ............................................................................................................... 11 
5 METODOLOGIA ........................................................................................................ 11 
5.1 DETERMINAÇÃO DOS PONTOS DE SOLUBILIDADE MÚTUA ................. 12 
5.2 DETERMINAÇÃO DOS PONTOS DA CURVA BINODAL ............................ 13 
5.3 DETERMINAÇÃO DAS TIE-LINES .................................................................. 13 
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................... 14 
7 CONCLUSÃO ............................................................................................................. 20 
8 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 21 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 - Esquema ilustrativo do diagrama de fases de um sistema com formação de duas 
fases líquidas.....................................................................................................................7
 Erro! Indicador não definido. 
Figura 2 - Representação gráfica de sistemas ternários. .Erro! Indicador não definido.8 
Figura 3 - Curva de equilíbrio e gráfico ternário com binodal e tie lines. ................ Erro! 
Indicador não definido.9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 - Componentes dos tubos (Experimento 1) ... Erro! Indicador não definido.11 
Tabela 2 - Componentes dos tubos (Experimento 2)......................................................12
 Erro! Indicador não definido. 
Tabela 3 - Volumes do experimento 1............................................................................12
 Erro! Indicador não definido. 
Tabela 4 - Composições do experimento 2.....................................................................13 
Erro! Indicador não definido.Tabela 5 – Determinação dos pontos de solubilidade 
mútua (Prática 1) .......................................................... Erro! Indicador não definido.15 
Tabela 6 - Curva binodal (Prática 1). .......................... Erro! Indicador não definido.16 
Tabela 7 - Pontos da tie lines em m.[%] (Prática 1) ..... Erro! Indicador não definido.16 
Tabela 8 – Determinação dos pontos de solubilidade mútua (Prática 2) ....................... 17
 .......................................................................................... Erro! Indicador não definido. 
Tabela 9 - Curva binodal (Prática 2) ........................... Erro! Indicador não definido.18 
Tabela 10 – Pontos das tie lines em m[%] (Prática 2) .. Erro! Indicador não definido.18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE GRÁFICOS 
 
Gráfico 1 – Ternário do sistema água-clorofórmio-ácido acético com tie lines (Prática 1)
 ...................................................................................... Erro! Indicador não definido.16 
Gráfico 2 – Curva de equilíbrio para o ácido acético (Prática 1)....................................17
 Erro! Indicador não definido. 
Gráfico 3 – Ternário do sistema água-querosente-ácido acético com tie lines 
(Prática 2).........................................................................................................................19
 Erro! Indicador não definido. 
Gráfico 4 – Curva de equilíbrio para o ácido acético ( Prática 2).....................................19 
Erro! Indicador não definido. 
 
6 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
A separação de componentes é baseada na transferência de massa de uma fase 
para outra. Na separação de componentes ocorre a criação ou o incremento de uma 
segunda fase. No processo de separação de substancia em equilíbrio liquido-liquido 
(ELL) ocorre a formação de uma fase leve, chamada de extrato e uma fase pesada 
denominada refinado. 
 A ELL tem por base a diferença de solubilidade dos líquidos imiscíveis e o 
objetivo é a concentração do soluto. Necessita de contato entre a solução líquida com o 
solvente, separação das fases e recuperação do solvente. Para analisar o comportamento 
de estabilidade entre as fases é construído um diagrama de fase ternário em um triângulo 
de Gibbs. 
 As práticas 1 clorofórmio-água-ácido acético com o sistema em ELL e a prática 
2 querosene-água-ácido acético visam as determinações dos pontos de solubilidade 
mútua, dos pontos da curva binodal e tie lines, para cada caso de acordo com os dados 
coletados na aula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
2 OBJETIVOS 
 
2.1 OBJETIVO GERAL 
 
 Determinar o diagrama de solubilidade de misturas de três componentes. 
 
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
 Determinar os diagramas ternários de solubilidade dos sistemas água-
clorofórmio-ácido acético e água-querosene-ácido acético e curvas de equilíbrio. 
. 
 
8 
 
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
 Equilíbrio pode ser sinônimo de permanência de estado ou de ausência de 
mudanças. Na termodinâmica, ela significa não somente a ausência de mudanças, mas 
também a ausência de qualquer tendência para mudanças em uma escala macroscópica 
(SMITH; VAN NESS; ABBOTT, 2007). 
A temperaturas suficientemente inferiores aquelas em que se verifica o 
aparecimento do equilíbrio líquido-vapor, pode observar-se a formação de fases líquidas 
(ou sólidas) total ou parcialmente imiscíveis (LABVIRTUAL EQ UC). Como 
apresentado na Figura 1. 
Figura 1: Esquema ilustrativo do diagrama de fases de um sistema com formação de duas 
fases líquidas. 
 
Fonte: 
http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=15
0&Itemid=303 
 
Em sistemas multifásicos em equilíbrio, o número de variáveis independentes que 
devem ser especificadas arbitrariamente para estabelecer o seu estado intensivo é dado 
pela célebre regra das fases de J. Willard Gibbs, que deduziu com base e argumentos 
9 
 
teóricos em 1875 (SMITH; VAN NESS; ABBOTT, 2007). A regra pode ser descrita pela 
Equação 1. 
F= 2 – π + N (1) 
Para o estado intensivo de um sistema ser estabelecido, a temperatura, a pressão e 
a composição de todas as suas fases devem ser especificadas, sendo essas variáveis 
presentes na regra das fases (SMITH; VAN NESS; ABBOTT, 2007). 
 O objetivo da ELL é dividir a corrente de entrada em produto extraídoe produto 
refinado, com a separação do solvente podendo ser usado novamente no processo. 
Segundo Ocon e Tojo (1999) para que a ELL aconteça é necessário que haja contato do 
solvente e com o soluto, a separação das fases líquidas formadas e a recuperação do 
solvente. 
 A representação da interação entre os líquidos da extração pode se apresentar 
em forma de gráficos, onde para a mistura de três componentes em equilíbrio temos um 
ternário. Neste diagrama, os vértices representam os componentes puros; sobre cada lado 
se representam as misturas binárias dos componentes que se encontram nos vértices 
correspondenes a esse lado quando, em qualquer ponto do interios representa uma mistura 
ternária, de tal modo que a quatidade relativa de cada componente da mistura é 
proporcional ao lado oposto (OCON; TOJO, 1999). A Figura 2 mosta a representação de 
um ternário. 
 
Figura 2 – Representação gráfica de sistemas ternários. 
 
Fonte: Ocon; Tojo (1999) 
10 
 
A curva binodal separa a zona de miscibilidade parcial dos componentes A e B 
(abaixo da binodal), da zona de miscibilidade total (acima da binodal) (LABVIRTUAL 
EQ UC). Tie lines são as retas dentro da binodal, segundo Gonçalves (1994) a uma dada 
temperatura, é o segmento de recta que une a composição de duas fases (conjugadas) em 
equilíbrio uma com a outra. A curva binodal e tie lines podem ser vistas na Figura 3. 
 
Figura 3 – Curva de equilíbrio e gráfico ternário com binodal e tie lines. 
 
Fonte: Autoria própria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
4 MATERIAIS 
 
Os materiais utilizados na prática 1 foram: 
 6 Erlenmeyers 
 1 Bureta de 25 ml 
 3 Pipetas de 5ml 
 3 Balões de separação graduados de 100 ml 
 1 Agitador magnético com “peixinho” – barra magnética 
 NaOH 1M 
 Ácido acético glacial 
 Clorofórmio 
 Fenolftaleína 
 Suporte universal 
 Garras metálicas 
Já para a prática 2 foram: 
 6 Tubos de ensaio 
 6 Erlenmeyers 
 1 Béquer pequeno 
 1 Bureta de 25 ml 
 3 Pipetas de 10 ml 
 3 Balões de separação graduados de 100 ml 
 Solução NaOH 1M 
 Ácido acético glacial 
 Querosene 
 Água destilada 
 Estante para tubos de ensaio 
 Suporte universal 
 Garra metálica 
 Solução de fenolftaleína 
 
5 METODOLOGIA 
 
As práticas de ELL foram baseadas no seguinte procedimento experimental. 
 
12 
 
5.1 DETERMINAÇÃO DOS PONTOS DE SOLUBILIDADE MÚTUA 
 
 Foram separados tubos de ensaio e enumerados, de 1 a 6. Nos tubos 1 e 2 foram 
adicionados 2 mL de Clorofórmio, 2 mL de água nos tubos 3 e 4 e 2 mL de ácido acético 
nos tubos restantes. Posteriormente, foram adicionados, gota a gota, os elementos da 
Tabela 1 (abaixo), nos respectivos tubos que foram agitados até que houvesse a formação 
de duas fases. 
Tabela 1. Componentes dos tubos (Experimento 1). 
Fonte: Autoria Própria (2018). 
Para o segundo experimento, onde o clorofórmio é substituído pelo querosene, 
foi aplicada a mesma metodologia, Tabela 2. 
Tabela 2. Componentes dos tubos (Experimento 2). 
Fonte: Autoria Própria (2018). 
 
Tubo Componente Gotejado 
1 Clorofórmio Ácido acético 
2 Clorofórmio Água 
3 Água Ácido acético 
4 Água Clorofórmio 
5 Ácido acético Água 
6 Ácido acético Clorofórmio 
Tubo Componente Gotejado 
1 Querosene Ácido acético 
2 Querosene Água 
3 Água Ácido acético 
4 Água Querosene 
5 Ácido acético Água 
6 Ácido acético Querosene 
13 
 
5.2 DETERMINAÇÃO DOS PONTOS DA CURVA BINODAL 
 
No experimento 1, foi adicionado a um erlenmeyer 10 mL de clorofórmio e 1 mL 
de água. Sobre um agitador mecânico adicionou-se, com auxílio de uma bureta, ácido 
acético até a completa miscibilidade dos três componentes. Com uma pipeta, foram 
adicionados mais 3 mL de água. O processo de mistura é reiniciado, e torna-se homogênio 
com a adição de ácido acético para cada novo volume de água, 5, 10, 20 e 30 mL. Foram 
coletados os volumes adicionados. 
No experimento 2, preparou-se três tubos de ensaio com ácido acético em 
diferentes proporções de água (25, 50 e 75%) em um volume total de 8 mL. Todas as 
misturas foram tituladas com querosene até o surgimento de duas fases, os volumes de 
querosene adicionados foram coletados. 
5.3 DETERMINAÇÃO DAS TIE-LINES 
 
 Para o experimento 1, preparou-se as mistura mostradas na Tabela 3, utilizando 
um balão de separação, com suas devidas marcações A, B e C. Todas as misturas foram 
agitadas e deixadas em descanso por 5 minutos. 
 
Tabela 3. Volumes do experimento 1. 
Volume (mL) A B C 
Clorofórmio 9 9 9 
Ácido acético 4 8 2 
Água 7 3 9 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 Após os 5 minutos, foram retirados e pesados 5 mL de cada fase formada, sendo 
posteriormente tituladas com NaOH 1M utilizando como indicador a fenolftaleína. Foram 
anotados os volumes de NaOH gastos em cada camada. 
 Para o experimento 2, preparou-se em 3 balões de separação uma mistura de 30 
mL com as devidas composições (Tabela 4). Cada mistura foi agitada e deixado descansar 
por 5 minutos. 
 
14 
 
Tabela 4. Composições do experimento 2. 
 Ácido acético Querosene Água 
Mistura I 50% 30% 20% 
Mistura II 30% 40% 30% 
Mistura III 10% 30% 60% 
Fonte: Autoria própria (2018). 
As fases foram separadas e seus volumes anotados. Retirados 5 mL de cada uma, as 
mesmas foram tituladas com NaOH 1 M com presença do indicador fenolftaleína. 
Novamente os volumes foram anotados. 
 
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
A seguir são apresentados os dados e as discussões obtidas com os experimentos. 
PRÁTICA 1 - Equilíbrio líquido-líquido para o sistema água- clorofórmio-ácido acético 
 
Por meio da aplicação da técnica cloud point, obtivemos a composição das 
soluções utilizando o Excel para os devidos cálculos. Os resultados estão representados 
na Tabela 5. 
Tabela 5: Determinação dos pontos de solubilidade mútua. 
 
Água Querosene Ácido Acético 
Tubos Volume [ml] Massa[g] 
Fração 
m.[%] Volume[mL] Massa[g] 
Fração 
m.[%] Volume[mL] Massa[g] 
Fração 
m.[%] 
1 - - - 2 2,966 0,903910 0,15 0,3153 0,096089 
2 0,06 0,06 0,019828 2 2,966 0,980171 - - - 
3 2 2 0,863818 - - - 0,15 0,3153 0,136181 
4 2 2 0,899907 0,15 0,22245 0,100092 - - - 
5 0,3 0,3 0,124895 - - - 2 2,102 0,875104 
6 - - - 0,3 0,4449 0,174682 2 2,102 0,825317 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
 
 
 
 
 
15 
 
Em seguida, em uma solução foi adicionado Ac. Acético para determinação do 
ponto de miscibilidade entre os três líquidos. As composições onde se verificou 
miscibilidade são apresentadas na Tabela 6. 
 
Tabela 6: Curva binodal. 
Ponto Fração água m.[%] Fração Clorofórmio m.[%] Fração Ac. Acetico m.[%] 
1 0,019828156 0,980171844 0 
2 0,060365695 0,895223263 0,044411042 
3 0,131164313 0,48629169 0,382543997 
4 0,278266462 0,458521292 0,263212246 
5 0,407269111 0,317884258 0,274846631 
6 0,518131962 0,197023 0,284845039 
7 0,670174887 0,144039037 0,185786076 
8 0,899907759 0,100092241 0 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
Na terceira parte do experimento, as fases aquosas e orgânicas foram tituladas 
com NaOH para determinação de suas composições. Os resultados obtidos estão 
presentes na Tabela 7. 
 
Tabela 7: Pontos da tie lines em m.[%]. 
tubos x Água x Clorofórmio x Ácido Acético 
1 Inferior 0,912109 0 0,087891 
1 Superior 0 0,697957 0,302043 
2 Inferior 0,722137 0 0,277863 
2 Superior 0 0,439031 0,560969 
3 Inferior 0,973367 0 0,026633 
3 Superior 0 0,818221 0,181779 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
Com os dados das Tabelas 5, 6 e 7, foi possível então construirum ternário do 
sistema água – clorofórmio – ácido acético. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
Gráfico 1 – Ternário do sistema água- clorofórmio-ácido acético com tie lines. 
 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
 
Como podemos observar, apenas 2 tie-lines foram plotadas, já que a outra tie-line 
ficaria totalmente fora do envelope de fases. O motivo de tal erro pode estar associado a 
segunda ou terceira parte do experimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
Gráfico 2 - Curva de equilíbrio para o ácido acético. 
 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
 
 
 
PRÁTICA 2 - Equilíbrio líquido-líquido para o sistema água- querosene-ácido acético 
 
 
 Depois de ser aplicada a técnica chamada de cloud point, obtivemos os resultados 
calculados no programa Excel que são apresentados na Tabela 8 . 
 
Tabela 8: Determinação dos pontos de solubilidade mútua. 
 Água Querosene Ácido Acético 
Tubos Volume[mL] Massa[g] 
Fração 
m.[%] Volume[mL] Massa[g] 
Fração 
m.[%] Volume[mL] Massa[g] 
Fração 
m.[%] 
1 - - - 2 1,516 0,905804678 0,15 0,15765 0,094195322 
2 0,15 0,15 0,090036014 2 1,516 0,909963986 - - - 
3 2 2 0,926934396 - - - 0,15 0,15765 0,073065604 
4 2 2 0,967015114 0,09 0,06822 0,032984886 - - - 
5 0,15 0,15 0,06660746 - - - 2 2,102 0,93339254 
6 - - - 0,12 0,09096 0,041478185 2 2,102 0,958521815 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
Na segunda parte do experimento onde foi titulado cada mistura com querosene 
para a obtenção de dados para da curva binodal apresentados na Tabela 9. 
 
 
 
0
10
20
30
40
50
60
0 5 10 15 20 25 30
Fa
se
 o
rg
ân
ic
a 
( 
%
 )
Fase aquosa ( % )
Curva de equilíbrio
18 
 
 
Tabela 9: Curva binodal. 
Tubo Fração água m.[%] Fração querosene m.[%] Fração Ac. Acetico m.[%] 
 
1 23,95% 0,54% 75,51% 
2 48,35% 0,82% 50,82% 
3 73,44% 0,83% 25,73% 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
 Na terceira parte para a obtenção das tie-lines, Tabela 10, formou-se a fase 
orgânica com rica em querosene + uma parte de ácido acético e outra com ácido acético 
+ água. Com os volumes da titulação foi possível o cálculo da porcentagem em massa dos 
componentes. Considerou-se que na fase orgânica existe apenas querosene e ácido 
enquanto na fase aquosa existe apenas ácido acético e água. 
 
Tabela 10: Pontos da tie lines em m.[%]. 
tubos x água x querosene x Ácido Acético 
1 Inferior 29,19% 0,00% 70,81% 
1 Superior 0,00% 94,51% 5,49% 
2 Inferior 47,95% 0,00% 52,05% 
2 Superior 0,00% 97,72% 2,28% 
3 Inferior 84,23% 0,00% 15,77% 
3 Superior 0,00% 99,97% 0,03% 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
 Dessa maneira, foi construído um diagrama ternário para melhor visualização do 
sistema água – querosene - ácido acético, onde podemos notar a grande área de 
imiscibilidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
Gráfico 3 – Ternário do sistema água- querosene-ácido acético com tie lines. 
 
Fonte: Autoria própria (2018). 
 
O Gráfico foi obtido para demonstrar a relação do ácido acético com os outros 
dois componentes onde o eixo x é a composição do ácido acético na fase orgânica e o y 
na fase aquosa. 
 
Gráfico 4 - Curva de equilíbrio para o ácido acético. 
 
Fonte: Autoria própria (2018). 
7 CONCLUSÃO 
 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6
Fa
se
 A
q
u
o
sa
 [
%
]
Fase Orgânica [%]
20 
 
Os diagramas ternários, como as curvas de equilíbrio apresentados neste relatório 
permitem uma melhor visualização da solubilidade dos binários, como também a região 
de imiscibilidade entre os três líquidos onde deve haver a extração. 
Ao estudar os diagramas ternários exibidos, observamos que para o sistema 
água/clorofórmio/ac. acético há o ácido acético é totalmente miscível com a água e com 
o clorofórmio, enquanto que o binário água e clorofórmio são parcialmente miscíveis. Já 
para o sistema água/querosene/ac. acético o ácido acético e a água são totalmente 
miscíveis, enquanto o querosene é parcialmente imiscível com a água e o querosene. 
Como essa imiscibilidade é muito alta o envelope de fases compreende praticamente todo 
o ternário. 
A respeito do ternário do sistema água/clorofórmio/ac. acético em que se é 
possível observar uma irregularidade na binodal e nas tie-lines, é difícil identificar em 
qual momento da realização da prática esses erros ocorreram. Mas as possíveis causa 
destes erros são devidos a leitura errada dos dados, equívocos na condução do 
experimento e também descuido no registro dos dados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8 BIBLIOGRAFIA 
 
EQUILÍBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO. Disponível em: 
<http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=111&Itemid=138>. 
Acesso em: 01 fev. 2018. 
Smith, J. M., Van Ness, H. C. e Abbott, M. M., Introdução à Termodinâmica da 
Engenharia Química, 7a Ed., LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de 
Janeiro, 2007. 
Ocon García Joaquín y Tojo Barreiro Gabriel. “Problemas de ingeniería química” vol. 
II Ed. Aguilar (1999). 
GONÇALVES, M. CLARA . DIAGRAMAS DE FASE TERNÁRIOS . MAIO, 1994. 
Disponível em: 
<https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/3779578030027/DT.pdf>. Acesso em: 03 
fev. 2018.