Equilibrio de Fases - Calculos e Metodos ELV - Termodinamica

Equilíbrio de fases Termodinâmica II Termodinâmica II Equilíbrio termodinâmico Revisão de conceitos Equilíbrio de fases em sistemas sem reação química Equilíbrio de fase de substância pura Critérios para o equilíbrio de fases Cálculos de fugacidade Equilíbrio de fase de misturas Critérios para o equilíbrio de fases Análise qualitativa do equilíbrio Propriedades de misturas Cálculos de fugacidade Equilíbrio de fases em sistemas com reação química Balanço de massa Balanço de energia Cálculos de conversão e composição de equilíbrio Equilíbrio de fases Termodinâmica II Equilíbrio líquidovapor ELV Termodinâmica II Equilíbrio de fases Termodinâmica II Objetivos da aula Relacionar as informações que já foram vistas para os cálculos de fugacidade do líquido e do vapor Entender os cálculos do equilíbrio líquidovapor utilizando os modelos 𝜑 𝛾 e 𝜑 𝜑 Aplicar a Lei de Raoult e a Lei de Raoult modificada para realizar cálculos no equilíbrio líquido vapor Equilíbrio de fases de misturas Cap 13 Cap 81 Cap 10 Leia também Cálculos do ELV መ𝑓𝑖 𝑣 መ𝑓𝑖 𝑙 No equilíbrio መ𝑓𝑖 𝑣 መ𝑓𝑖 𝑙 No equilíbrio Cálculos do ELV Método 𝝋 𝜸 Utilização de equações de estado para predizer o comportamento do vapor e modelos de atividade para predizer o comportamento de líquidos Método utilizado quando a fase líquida é uma mistura em que cada substância se encontra na fase líquida nas condições de T e P da mistura መ𝑓𝑖 𝑣 መ𝑓𝑖 𝑙 No equilíbrio 𝜑𝑖 𝑣𝑃 𝛾𝑖𝑓𝑖 𝑙 𝑦𝑖 𝜑𝑖 𝑣𝑃 𝛾𝑖𝑥𝑖𝑓𝑖 𝑙 Misturas Rigor alto na fase vapor e líquido a partir da Regra de LewisRandall 𝑦𝑖 𝜑𝑖 𝑣𝑃 𝛾𝑖 𝐻𝑒𝑛𝑟𝑦𝑥𝑖ℋ𝑖 Cálculos do ELV Substância pura Misturas Rigor alto na fase vapor e líquido a partir da Lei de Henry Método 𝝋 𝜸 መ𝑓𝑖 𝑣 መ𝑓𝑖 𝑙 No equilíbrio Cálculos do ELV Método 𝝋 𝝋 Utilização de equações de estado para predizer tanto o comportamento do vapor quanto do líquido Esse método é considerado uma boa aproximação para a fase líquida quando temos hidrocarbonetos ou gases dissolvidos Simplificações መ𝑓𝑖 𝑣 መ𝑓𝑖 𝑙 𝑦𝑖 𝜑𝑖 𝑣𝑃 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑓𝑖 𝑙 𝑦𝑖𝑃 𝑥𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 Lei de Raoult válida para baixas P e quando o líquido é uma solução ideal Lei de Raoult modificada válida para baixas P 𝑦𝑖𝑃 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 Misturas Rigor alto na fase vapor e líquido a partir da Regra de LewisRandall Cálculos do ELV 𝑦𝑖𝑃 𝑥𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑖 12 𝑁 Fase vapor gás ideal baixas P Fase líquida solução ideal quando as espécies que compõe o sistema são quimicamente similares Validade Lei de Raoult Cálculos do ELV 𝑦𝑖𝑃 𝑥𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑖 12 𝑁 Fase vapor gás ideal baixas P Fase líquida solução ideal quando as espécies que compõe o sistema são quimicamente similares Validade Lei de Raoult Cálculos do ELV Só é aplicável em condições abaixo do ponto crítico Serve como base de comparação para o comportamento de sistemas mais complexos Cálculos do ELV Lei de Raoult Cálculo do ponto de bolha e ponto de orvalho Ponto de bolha calcule 𝑦𝑖 e 𝑃 dado 𝑥𝑖 e 𝑇 ou calcule 𝑦𝑖 e 𝑇 dado 𝑥𝑖 e 𝑃 Ponto de orvalho calcule 𝑥𝑖 e 𝑃 dado 𝑦𝑖 e 𝑇 ou calcule 𝑥𝑖 e 𝑇 dado 𝑦𝑖 e 𝑃 Cálculos do ELV Lei de Raoult Cálculo do ponto de bolha e ponto de orvalho Ponto de bolha calcule 𝑦𝑖 e 𝑃 dado 𝑥𝑖 e 𝑇 ou calcule 𝑦𝑖 e 𝑇 dado 𝑥𝑖 e 𝑃 Ponto de orvalho calcule 𝑥𝑖 e 𝑃 dado 𝑦𝑖 e 𝑇 ou calcule 𝑥𝑖 e 𝑇 dado 𝑦𝑖 e 𝑃 𝑦𝑖𝑃 𝑥𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑖 12 𝑁 𝑖 𝑦𝑖 1 𝑖 𝑥𝑖 1 𝑃 𝑖 𝑥𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑃 1 ൘ σ𝑖 𝑦𝑖 𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 Ponto de bolha Ponto de orvalho Desvios da Lei de Raoult desvios positivos Cálculos do ELV Lei de Raoult Moléculas semelhantes se atraem Desvios da Lei de Raoult desvios positivos Cálculos do ELV Lei de Raoult Moléculas semelhantes se atraem Azeótropos Figura Pressure vs liquid and vapor mole fractions Pxy at equilibrium for a chloroform anhexane b at a constant temperature of 318 K and b acetone achloroform b at 328 K Both systems exhibit azeotropes Cálculos do ELV Lei de Raoult 𝑦𝑖𝑃 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑖 12 𝑁 Fase vapor gás ideal baixas P Fase líquida solução não ideal inserção do termo 𝛾𝑖 Validade Coeficiente de atividade função da T e composição da fase baseado em valores experimentais Lei de Raoult modificada Cálculos do ELV Lei de Raoult modificada 𝑦𝑖𝑃 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑖 12 𝑁 𝑖 𝑦𝑖 1 𝑖 𝑥𝑖 1 𝑃 𝑖 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑃 1 ൘ σ𝑖 𝑦𝑖 𝛾𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 Cálculos do ELV Lei de Raoult modificada Cálculo do ponto de bolha e ponto de orvalho Ponto de bolha Ponto de orvalho Lei de Henry solubilidade de gases em líquidos 𝑦𝑖𝑃 𝑥𝑖ℋ𝑖 𝑖 12 𝑁 ℋ𝑖 é a constante de Henry Onde Fase vapor gás ideal baixas P Fase líquida soluto muito diluído no líquido Validade Cálculos do ELV Lei de Henry Cálculos do ELV Correlações para 𝐾 𝐾𝑖 𝑦𝑖 𝑥𝑖 𝐾 medida da tendência de uma dada substância química se dividir preferencialmente entre fase líquida e vapor 𝐾𝑖 1 tendência a estar na fase vapor 𝐾𝑖 1 tendência a estar na fase líquida Razão de equilíbrio 𝐾𝑖 𝑦𝑖 𝑥𝑖 𝐾 medida da tendência de uma dada substância química se dividir preferencialmente entre fase líquida e vapor 𝐾𝑖 1 tendência a estar na fase vapor 𝐾𝑖 1 tendência a estar na fase líquida Lei de Raoult 𝐾𝑖 𝑦𝑖 𝑥𝑖 𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑃 Lei de Raoult modificada 𝐾𝑖 𝑦𝑖 𝑥𝑖 𝛾𝑖𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑃 Cálculos do ELV Correlações para 𝐾 Ponto de bolha quando 𝒙 é conhecido 𝑖 𝑦𝑖 1 𝐾𝑖 𝑦𝑖 𝑥𝑖 𝑖 𝐾𝑖𝑥𝑖 1 Ponto de orvalho quando 𝒚 é conhecido 𝑖 𝑥𝑖 1 𝑖 𝑦𝑖 𝐾𝑖 1 Cálculos do ELV Correlações para 𝐾 Ponto de bolha quando 𝒙 é conhecido 𝑖 𝑦𝑖 1 𝛼𝑖𝑗 𝑦𝑖 𝑥𝑖 𝑦𝑗 𝑥𝑗 𝐾𝑖 𝐾𝑗 𝑖 𝐾𝑖𝑥𝑖 1 Ponto de orvalho quando 𝒚 é conhecido 𝑖 𝑥𝑖 1 𝑖 𝑦𝑖 𝐾𝑖 1 𝐾𝑖 𝑦𝑖 𝑥𝑖 Volatilidade relativa Cálculos do ELV Correlações para 𝐾 Balanço de massa 𝐹 𝑉 𝐿 Balanço de massa por componente 𝐹𝑧𝑖 𝑉𝑦𝑖 𝐿𝑥𝑖 i 1 n 𝐹 𝑧 V 𝑦 L 𝑥 Cálculos do ELV Flash Balanço molar 𝑓 𝑣 𝑙 𝐹 𝑧 V 𝑦 L 𝑥 Considerando 𝒇 𝟏 1 𝑣 𝑙 Balanço molar por componente 𝑧𝑖 𝑣𝑦𝑖 𝑙𝑥𝑖 𝑧𝑖 𝑣𝑦𝑖 1 𝑣𝑥𝑖 Cálculos do ELV Flash Balanço molar 𝑓 𝑣 𝑙 𝐹 𝑧 V 𝑦 L 𝑥 Considerando 𝒇 𝟏 1 𝑣 𝑙 Balanço molar por componente 𝑧𝑖 𝑣𝑦𝑖 𝑙𝑥𝑖 𝑧𝑖 𝑣𝑦𝑖 1 𝑣𝑥𝑖 𝑧𝑖 𝑣𝑦𝑖 1 𝑣 𝑦𝑖 𝐾 𝑦𝑖 𝐾𝑍𝑖 1 𝑣𝐾 1 Considerando 𝑖 𝑦𝑖 1 𝑖 𝑍𝑖𝐾𝑖 1 𝑣𝐾𝑖 1 1 Solução trivial 𝑣 1 Cálculos do ELV Flash