Desenhe um diagrama pressão-composição de um sistema líquido-vapor de dois componentes a 310 K , com formação de um azeótropo em
, com interações favoráveis entre os dois componentes. A pressão de vapor do componente 1 puro a 298 K é 30 kPa e do componente 2 puro na mesma temperatura é 25 kPa . Indique no digrama as regiões de líquido, vapor, coexistência de fases, as pressões de vapor dois componentes puros, curva de ponto de bolha, curva de ponto de orvalho e o azeótropo.
Passo 1
O enunciado pede o diagrama pressão–composição (P–x) a
de uma mistura líquida–vapor binária que forma um azeótropo em
. Vamos usar o conceito de curva de ponto de bolha (bubble curve) e curva de ponto de orvalho (dew curve) a temperatura fixa, Raoult modificada para desvio negativo (interações favoráveis) e identificar no gráfico as regiões de líquido puro, vapor puro e de coexistência de fases, além de marcar as pressões de vapor dos componentes puros e o azeótropo.
Passo 2
Para cada componente puro a
precisaríamos de
e
. Como só temos os valores a
(
e
), vamos usá-los qualitativamente como extremos no eixo vertical do diagrama, sabendo que em
o ponto de bolha/de orvalho vale aproximadamente
e em
vale aproximadamente
.
Passo 3
A curva de ponto de bolha é dada pela condição de formação do primeiro vapor:
no caso ideal, mas aqui as interações favorecidas causam desvio negativo, fazendo com que
fique abaixo da reta ideal e atinja um mínimo em
. A curva de ponto de orvalho vem da condição
e também sofre desvio, ficando acima da curva de bolha, mas coincidente com ela no azeótropo.
Passo 4
Como as interações são favoráveis, há desvio negativo de Raoult. O resultado é um azeótropo mínimo de pressão em
, onde as curvas de bolha e orvalho se encontram num ponto de pressão
menor do que
e
. Para
e
as curvas se separam formando a região bifásica.
Passo 5
No diagrama P–x a temperatura constante:
- A região abaixo da curva de ponto de bolha é totalmente líquida.
- A região acima da curva de ponto de orvalho é totalmente vapor.
- A região entre as duas curvas é de coexistência líquido–vapor.
- Em
marque e em marque . - Em
marque o azeótropo mínimo de pressão .
Resposta
Segue um esboço ASCII do diagrama pressão–composição:
P (kPa)
↑
30 ────────• pure 1
\ │
\ │ dew curve
\ │
\ │
Paz ──*──┼─────• azeótropo em x₁=0,3 (bubble=dew)
/ │ /
/ │ / bubble curve
/ │ /
25 ───/────┼─• pure 2
/ │/
/ •
└──────────────────→ x₁
0 0,3 1
\ │
\ │ dew curve
\ │
\ │
Paz ──*──┼─────• azeótropo em x₁=0,3 (bubble=dew)
/ │ /
/ │ / bubble curve
/ │ /
25 ───/────┼─• pure 2
/ │/
/ •
└──────────────────→ x₁
0 0,3 1
Onde:
• curva inferior = ponto de bolha,
• curva superior = ponto de orvalho,
• região abaixo da bolha = líquido puro,
• região acima da orvalho = vapor puro,
• região entre curvas = coexistência líquido–vapor,
• pontos em e
indicam
e
.
• curva inferior = ponto de bolha,
• curva superior = ponto de orvalho,
• região abaixo da bolha = líquido puro,
• região acima da orvalho = vapor puro,
• região entre curvas = coexistência líquido–vapor,
• pontos em