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Notas de aula sobre o curso de engenharia de alimentos da escola de química e alimentos da universidade federal do rio grande (furg), especificamente sobre a disciplina de termodinâmica ii, com foco em problemas relacionados a equilíbrio líquido-vapor de misturas de ácido acético e solventes. Contém informações sobre pressão, temperatura, fração molar, ponto de ebulição e de orvalho, lei de raoult, e processos de separação por destilação.
Tipologia: Provas
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Alexandre Fonseca – 131927
Fernanda de Melo – 111461
Giovanna Roloff Timm – 82227
Júlia de Oliveira Gonzalez – 133947
Ligia Maria Freitas Pereira - 63700
Tainã da Costa Peruzzi – 81566
Disciplina: Termodinâmica II
Professora: Debora Pez Jaeschke
Rio Grande
a. Para pressão de 28 kPa, temperatura de 333,11 K e a fração molar do componente 2
na mistura inicial de 0,2: em que fase se encontra a mistura?
consegue predizer adequadamente os dados experimentais?
a. Justifique a resposta com base nas considerações teóricas do modelo da Lei de Raoult
e relacione com os dados experimentais apresentadas na Figura 1.
Sim, pois para essa lei ser válida o sistema na fase vapor tem que se comportar
como um gás ideal, com baixas pressões, e na fase liquida como uma solução ideal,
quando as espécies que compõe o sistema são quimicamente similares. Na figura 1 a
pressão máxima atingida a T=333,11 K é aproximadamente 53 kPa, o que equivale a
0,523069 atm, estando esse valor abaixo da pressão atmosférica padrão que é 1 atm,
então podemos considerar que o sistema está a baixas pressões. Na fase liquida a
solução deve se comportar como uma solução ideal, e isso acontece na Figura 1, onde
os compostos são acido acético e acetato de etila, pelas estruturas químicas deles
podemos observar que eles as estruturas são quimicamente similares.
b. Seria possível fazer essa avaliação apenas pela visualização do gráfico, sem conhecer
os dados de P, T e composição?
Não, normalmente uma das condições (pressão ou temperatura) e uma das
composições (da fase líquida ou da fase vapor) é definida, e o cálculo das condições
restantes é realizado.
predizer o comportamento no equilíbrio líquido-vapor dessa mistura? Apresente a
relação matemática e indique quais dados seriam necessários conhecer para calcular a
pressão de bolha e de orvalho.
A produção do ácido acético envolve alguns processos como extração líquido-líquido e
destilação, estes processos geram dados importantes de equilíbrio líquido-vapor.
Diversas equações podem ser usadas para predizer o comportamento dos componentes no
equilíbrio líquido e vapor de uma mistura, além da utilização dos gráficos Pxy.
Sendo xi e yi a fração molar de um componente na fase líquida e na fase vapor
respectivamente, partindo de que pressão de vapor (P) em equilíbrio com a solução a uma
determinada temperatura T pode ser calculada pela soma das pressões parciais dos 2
componentes. Tendo em vista essas considerações pode-se chegar na equação da Lei de
Raoult:
y i
P=x i
i
sat
, ¿)
Porém essa equação é válida ao considerarmos que: a fase vapor é um gás ideal ( baixas
pressões) e que a fase líquida também é considerada ideal (quando as espécies que compõe o
sistema são quimicamente similares).
Vale ressaltar que para a determinação das Pressões de saturação de um componente de uma
mistura, pode ser usada a equação de Antoine: onde A,B,C são parâmetros calculados.
ln P i
sat
=A−
A lei de Raoult Modificada é a Lei de Raoult com a inserção de um termo, coeficiente de
atividade: O coeficiente de atividade γ i
é uma grandeza adimensional e relaciona a fugacidade
(f) de uma substância i numa mistura na fase líquida com a fugacidade que esta substância
teria se a mistura fosse ideal.
y i
P=x i
γ i
i
sat
Esta equação é utilizada quando a fase vapor é considerada um gás ideal, a baixas pressões de
operação, porém a fase líquida da mistura não é uma solução ideal.
Um dos critérios para o equilíbrio entre fases é a energia livre de Gibbs porém é uma
propriedade que não se pode calcular com isso aparece potencial químico como forma de
solucionar esse problema, atrelado ao uso de potencial químico está a fugacidade, que através
de uma manipulação e utilizando como referência de gás ideal, pode ser substituída pelo
coeficiente de fugacidade
μ i
−μ i
0
≡ RTln
f i
f i
0
=RTln
f i
y i
=RTln (^) [ φ i ]
O coeficiente de fugacidade pode-se ter idéia das interações que dominam um gás, sejam elas
forças atrativas ou repulsivas, tendo impacto direto no volume ocupado por ele.
A fugacidade f da fase vapor pode ser calculada através da regra de Lewis da fugacidade e
podem ser adotadas 3 tipos de equações quanto ao rigor das considerações a serem feitas:
