- Propõe-se a separação de uma mistura equimolar de acetona e clorofórmio por meio da operação unitária de destilação clássica (separação dos constituintes da mistura em duas correntes: topo e fundo da coluna). Para realizar tal estudo, foram obtidos dados de equilíbrio para o sistema na temperatura de
(considerada a temperatura média da coluna de destilação), tendo-se obtido os resultados mostrados abaixo. Pede-se:
a. Representação do diagrama
versus x e
versus y.
b. Análise do comportamento da mistura de acetona e clorofórmio quando comparada à Lei de Raoult.
c. Análise da possibilidade de realização da operação unitária supramencionada.
Dados/Informações Adicionais:
Dados de ELV para o sistema acetona (1) + clorofórmio (2) à temperatura de
.
p (kPa)
x
y
69,38
0,000
0,000
66,11
0,104
0,066
63,07
0,198
0,153
61,25
0,298
0,269
60,60
0,401
0,414
62,01
0,502
0,562
64,53
0,591
0,676
68,29
0,695
0,793
72,75
0,797
0,879
77,13
0,865
0,946
81,75
1,000
1,000
- Pressão de vapor para misturas líquidas - Lei de Raoult:
em que
é a pressão de vapor do constituinte
na temperatura de operação, e
é a fração molar de
na fase líquida.
- Composição do vapor - Lei de Dalton:
em que
é a pressão parcial de um dado constituinte na fase gasosa. A fração molar da fase gasosa é dada por:
em que
é a fração molar da fase gasosa.
- Coeficiente de distribuição:
- Volatilidade relativa:
em que
é a volatilidade relativa.
a. Representação do diagrama
b. Análise do comportamento da mistura de acetona e clorofórmio quando comparada à Lei de Raoult.
c. Análise da possibilidade de realização da operação unitária supramencionada.
Dados de ELV para o sistema acetona (1) + clorofórmio (2) à temperatura de
p (kPa) | x | y |
69,38 | 0,000 | 0,000 |
66,11 | 0,104 | 0,066 |
63,07 | 0,198 | 0,153 |
61,25 | 0,298 | 0,269 |
60,60 | 0,401 | 0,414 |
62,01 | 0,502 | 0,562 |
64,53 | 0,591 | 0,676 |
68,29 | 0,695 | 0,793 |
72,75 | 0,797 | 0,879 |
77,13 | 0,865 | 0,946 |
81,75 | 1,000 | 1,000 |
Passo 1
O enunciado pede para estudarmos uma mistura equimolar de acetona (
) e clorofórmio (
) à temperatura média de
e com dados experimentais de equilíbrio líquido-vapor (tabela de
versus
e
). O conteúdo é destilação clássica, onde vamos usar:
– Lei de Raoult para prever a pressão total ideal , em que
são as pressões de vapor dos puros;
– Lei de Dalton para composições de vapor ;
– cálculo de coeficiente de distribuição ;
– volatilidade relativa .
– Lei de Raoult para prever a pressão total ideal
– Lei de Dalton para composições de vapor
– cálculo de coeficiente de distribuição
– volatilidade relativa
Passo 2
Primeiro encontramos as pressões de vapor dos puros
(acetona) e
(clorofórmio) diretamente pelos extremos da tabela:
A curva ideal de Raoult é
No mesmo gráfico, marcamos os pontos experimentais
e
da tabela. O resultado qualitativo é:
– A curva versus
experimental possui um mínimo em cerca de
;
– A curva versus
experimental sai de
em
e vai a
em
.
– A curva
– A curva
Passo 3
Comparando experimento com o ideal de Raoult observamos que, para todo
,
Isto indica desvio negativo à Lei de Raoult, ou seja, interações fortes entre acetona e clorofórmio que tornam a mistura menos volátil que o previsto. O mínimo em
caracteriza um azeótropo de pressão mínima (isto é, a
C a mistura boia a maior temperatura).
Passo 4
Para quantificar a dificuldade de separação, calculamos o coeficiente de distribuição de acetona:
usando alguns pontos da tabela:
Como
fica ao redor de
–
, a separação por destilação comum é muito ineficiente.
Passo 5
Devido ao desvio negativo e ao ponto azeotrópico (cerca de
,
), a destilação clássica não consegue chegar a compostos puros além desse azeótropo. Só se obtém no topo da coluna uma corrente com a composição azeotrópica, não sendo possível separar completamente acetona e clorofórmio por destilação simples.
Resposta
(a) No diagrama
versus
, a curva ideal é a reta
e os pontos experimentais mostram um mínimo em
. No diagrama
versus
, traçamos os pontos
da tabela, ligando
em
a
em
.
(b) Há forte desvio negativo em relação à Lei de Raoult ( ), indicando interações fortes e formação de azeótropo de pressão mínima.
(c) A volatilidade relativa próxima de e a presença do azeótropo impedem a separação completa por destilação clássica; só se atinge a composição azeotrópica.
(b) Há forte desvio negativo em relação à Lei de Raoult (
(c) A volatilidade relativa próxima de