Questionário Termodinâmica - Engenharia Química - Equilíbrio Líquido-Vapor e Diagramas de Fase

Termodinâmica para Eng Química Professor Daniel Loureiro Questionário 2 1 Uma mistura binária de fração molar z1 é flasheada para as condições T e P Para cada uma das seguintes opções determine as frações molares no equilíbrio x1 e y1 das fases líquida e vapor formadas e a fração molar V do vapor formado Considere que a lei de Raoult se aplica Dica Utilize a seguinte expressão P P k sat i i a Acetonalacetonitrila2 z1 075 T 340 K P 115 kPa b Benzenoletilbenzeno2 z1 050 T 100ºC P 075atm 2 Para o sistema binário representado na figura abaixo responda o que se pede nos itens a seguir a Dê a composição e a temperatura de ebulição do azeótropo b Dê a temperatura crítica de solubilidade dos líquidos A e B c Dê as composições e as quantidades relativas das fases presentes num sistema contendo 03 mol de A e 07 de B a 40C d Descreva as transformações que ocorrem no sistema do item c quando ele é aquecido de 30C até 80C numa situação a pressão constante 3 Um diagrama de fases vaporlíquido para uma mistura binária das espécies 1 e 2 a 293 K é mostrado na figura a seguir Responda as seguintes perguntas a Em 293 K qual é o valor da Pressão Saturada de 1 b Considere uma mistura de 02 mol espécie 1 e 08 mol espécie 2 a 04 bar e 293 K i Qual fase ou fases estão presentes ii Qual é a composição de cada fase iii Quantos mols há em cada fase c Considere uma mistura de 12 mol espécie 1 e 08 mol espécie 2 a 04 bar e 293 K i Qual fase ou fases estão presentes ii Qual é a composição de cada fase iii Quantos mols há em cada fase d Estime o valor do parâmetro de ajuste de um parâmetro de Margules A e Considere a operação de flash em estado estacionário descrita aqui Quais são os valores para a vazão LA e composição x1A da corrente líquida de saída e da vazão VA e composição y1A das correntes de vapor de saída f Considere a operação de flash em estado estacionário de dois estágios descrita aqui Quais são os valores para as taxas de fluxo e composições das correntes de saída de líquido e vapor 4 Tetraidofurano 1 e água 2 se separam em duas fases líquidas a 1 bar e 50C Os dois parâmetros da equação de Margules apresentados a seguir foram obtidos para este sistema binário A 7395 Jmol B 1380 Jmol Determine a composição de cada fase líquida Dica lembrese da relação de igualdade das fugacidades que há entre as fases nesta condição ou seja no equilíbrio Termodinâmica para Eng Química Professor Daniel Loureiro Questionário 1 1 Estime ϕ1 e ϕ2 para uma mistura equimolar de metietilcetona 1 tolueno2 a 50C e 25 kPa Tabela 1 Segundos coeficientes viriais Ij Trij B0 B1 Bij cm3mol 11 0603 0865 1300 1387 22 0546 1028 2045 1860 12 0574 0943 1632 1611 2 Para a H2O a uma temperatura de 300C e pressões de até 10000 kPa 100 bar calcule os valores de fi e ϕi a partir dos dados nas tabelas de vapor e represente graficamente esses valores em relação a P 3 Para o sistema etileno1 propileno2 como um gás estime as fugacidades e os coeficientes de fugacidades dos dois componentes numa temperatura de 150C e pressão de 30 bar com fração molar de 1 igual a 035 Considere que a mistura é uma solução ideal 4 Calcule o coeficiente de fugacidade de um gás a 300 K e 50 bar de pressão O gás tem a seguinte composição massa 20 de metano 30 de etano e 50 de propano Dados R 831372 barcm3gmolK Tabela 1 Frações molares Componente Massa 100 kg de gás MM gmol kgmol yi 1 20 16043 2 30 3007 3 50 44097 Tabela 2 Segundos coeficientes viriais ij Trij B0 B1 Bij 11 1574 0121 0113 41300 22 0983 0351 0046 185260 33 0811 0507 0275 397009 12 1244 0215 0070 89935 13 1130 0264 0036 133221 23 0893 0424 0138 271797 5 Estime um valor para o coeficiente de fugacidade do vapor 1buteno a 250C e 80 bar Para tal utilize o princípio dos estados correspondentes 6 O laboratório A reporta os seguintes resultados para os valores equimolares de GE para misturas líquidas de benzeno 1 e 1hexanol 2 GE 805 Jmol a T 298 K GE 785 Jmol a T 323 K O laboratório B reporta os seguintes resultados para valores equimolares de HE para o mesmo sistema HE 1060 Jmol a T 313 K Os resultados dos dois laboratórios são termodinamicamente consistentes entre si Justifique e explique a sua resposta 7 Glicerol 1 e etilbenzilamina 2 formam duas fases líquidas parcialmente miscíveis A 220C e 1 atm as composições das duas fases são dadas por x1α 09 e x1β 02 A partir desses dados calcule os parâmetros da equação de Margules de 2 parâmetros 8 Os parâmetros de Wilson para uma mistura de etanol 1 1propanol 2 e água 3 a 60C são Δ12 1216 Δ21 0617 Δ13 0203 Δ31 0838 Δ23 0048 Δ32 0612 Calcule a fugacidade do etanol na mistura líquida que contém 30 de etanol 20 de 1propanol e 50 de água a 60C e 1 bar 9 A seguir encontrase uma regra prática Em um sistema binário ELV a baixa pressão a fração molar de equilíbrio na fase vapor y1 corresponde a uma mistura líquida equimolar é aproximadamente sat sat sat P P P y 2 1 1 1 onde Pisat é a pressão de vapor das espécies puras Claramente essa equação é válida se a lei de Raoult se aplica Prove que ela também é válida para o ELV descrito pela equação yiP xiγiPisat i 1 2 N com lnγ1 Ax22 lnγ2 Ax12 10 Considere um vapor que contém 30 de npentano 1 30 de cicloexano 2 20 de nhexano 3 e 20 de nheptano 4 a 1 bar Determine a temperatura na qual a primeira gota líquida se condensa Qual composição do líquido 11 Uma mistura binária em fase líquida contém 48 de etanol 1 em água 2 a 70C Determine a pressão na qual esse líquido inicia a vaporização Qual a composição do vapor A energia de Gibbs em excesso pode ser descrita pela equação de Margules com dois parâmetros tendo eles os seguintes valores A 3590 Jmol B 1180 Jmol