Exercícios de Termodinâmica

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Termodinâmica - Lista 3 – Capítulo 5
A resolução de alguns problemas requer valores de pressões de vapor de espécies puras como função da temperatura ou
do calor de vaporização em uma dada temperatura, estes dados podem ser encontrados na tabela B.2 em anexo.
1. Determine (a) o calor de vaporização e (b) a entropia de vaporização do benzeno a 80 °C. Para isto considere que
a equação de Antoine representa a relação Psat(T) e que na equação de Clausius podemos dizer que o vapor é um
GI com um volume muito maior que o líquido. Compare o resultado obtido para o calor com o valor
experimental disponível na tabela B.2.
Resp. (a) 31,93 kJ/mol (b) 90,4 J/mol/K
2. Uma substância pura está contida em um recipiente de volume rígido a 300 K e 1 bar. Existe equilíbrio líquido-
vapor e o sistema é aquecido até que a pressão seja igual a 21 bar. O equilíbrio líquido-vapor é mantido durante
todo o processo. (a) Qual deve ser a temperatura se considerarmos que o volume do vapor é bem representado
pela equação do GI? (b) Qual deve ser a temperatura se o volume do vapor for representado por uma equação
tipo virial com 2 termos Z=1B ' P , onde B'=-1 10-7 m3/J. Para todo este problema: admita que a entalpia
de vaporização é constante e igual a 16,628 kJ/mol e que o volume molar do líquido é muito pequeno frente ao
do vapor.
Resp. a) 552,16 K b) 523,3 K
3. Supondo que a lei de Raoult seja válida, realize os seguintes cálculos para o sistema benzeno (1)/tolueno (2):
a. Dados x1 = 0,33 e T = 100 °C, ache y1 e P (P bolha).
b. Dados y1 = 0,33 e T = 100 °C, ache x1 e P (P orvalho).
c. Dados x1 = 0,33 e P = 120 kPa, ache y1 e T (T bolha).
Resp. (a) P = 109,3 kPa, (b) P = 92,16 kPa e (c) T = 103,3 °C
4. Para o sistema etil etanoato(1)/n-heptano(2) a 343,15 K, ln1=0,95 x2
2
, ln 2=0,95 x1
2
, P1sat = 79,80
kPa e P2sat = 40,50 kPa. Considerando a lei de Raoult modificada válida, (a) calcule a pressão do ponto de bolha
para a dada temperatura, quando x1 = 0,05. (b) Determine a pressão e a composição do azeótropo para a mesma
temperatura.
Resp. (a) P = 47,97 kPa, (b) Paz = 81,37 kPa e x1az = 0,857
5. Uma mistura de cicloexanona(1)/fenol(2) com x1=0,6 está em equilíbrio com o seu vapor a 144 °C. A lei de Raoult
modificada é considerada válida e, para o problema e nestas condições, ln1=−2,1 x2
2
,
ln2=−2,1 x1
2
, P1sat = 75,20 kPa e P2sat = 31,66 kPa. (a) Determine a pressão e a composição do equilíbrio.
Um colega determinou que este sistema forma um azeótropo com composição y1az=0,294, (b) qual seria a
pressão de azeotropia? (c) Você acha (justifique) que a composição do azeótropo informada está correta? (d)
Construa um esboço do diagrama de fases para a dada temperatura (curvas P vs. x1 e P vs y1).
Resp. (a) P = 38,19 kPa e y1=0,84 (b) Paz = 26,40 kPa (c) Sim
6. Uma solução binária concentrada na espécie 2 está em equilíbrio com uma fase vapor contendo as duas espécies
1 e 2. A pressão desse sistema bifásico é 1 bar e a temperatura é de 25 °C. Determine as composições x1 e y1,
dados H1 = 200 bar e P2sat = 0,10 bar. Enuncie e justifique as considerações feitas.
Resp. x1=4.502 × 10-3 e y1=0,9
7. Uma mistura contendo quantidades equimoleculares de benzeno (1), tolueno (2) e etilbenzeno (3) é flasheada
para dadas condições de T e P. Determine as composições das fases líquidas e vapor e a fração de vapor da
separação. A temperatura é 110 °C e a pressão é (a) 100 kPa e (b) 110 kPa. Considere que a Lei de Raoult se
aplica.
Resp. V= (a) 0,574, (b) 0,352
8. Um sistema binário formado pelas espécies 1 e 2 é constituído por fases líquida e vapor em equilíbrio numa data
temperatura T. A fração molar global da espécie 1 no sistema é z 1=0,65. Na temperatura T, ln γ1=0,67 x2
2
,
ln γ2=0,67 x1
2
P1sat = 32,27 kPa e P2sat = 73,14 kPa. Considerando a Lei de Raoult Modificada: (a) Em que
faixa de pressões esse sistema pode existir como duas fases nas T e z1 fornecidas? (b) Para uma fração molar na
fase líquida x1=0,75, qual é a pressão P e qual fração de vapor do sistema? (c) O sistema exibe ou não um
azeótropo?
Resp. (a) 43,86 a 56,74 kPa, (b) P = 51,89 kPa e v=0,379, (c) Não
9. Queremos separar mistura de ciclohexanona(1)/fenol(2) em um vazo de flash. A alimentação é composta por
60 % em base molar do componente 1. (a) Utilizando apenas um equipamento deste tipo, operando a 144 °C,
qual a faixa de pressão em que haverá possível separação? (b) Qual é a máxima pureza possível (em termos de
fração molar) para o componente 2 na temperatura fornecida. Considerar válida a Lei de Raoult e que na
temperatura de trabalho P1sat = 75,20 kPa e P2sat = 31,66 kPa.
Resp. a)48,5 kPa < P < 57,784 kPa b) no ponto de orvalho: x2=0,613
10. Uma mistura constituída por 40 % em mol de isobutano(1) e 60 % em mol de n-pentano(2) é alimentada a um
vaso de flash a 49 °C. (a) Se a pressão de operação do vaso for 3,2 bar, haverá separação de fases nestas
condições? (b) Em caso positivo, calcule quanto vapor e quanto líquido deixam o separador por mol de
alimentação e a composição de cada corrente. Considere que a mistura é bem representada pela Lei de Raoult e
que as pressões de saturaçao dos componentes na temperatura de 49 °C são P1sat = 665,65 kPa, P2sat = 154,71 kPa.
Resp. a) Sim b) 21,4 % de vapor