Como calcular destilação

Escrito por john brennan | Traduzido por joanna riva
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Como calcular destilação
A destilação separa líquidos em uma mistura a partir da diferença em seus pontos de ebulição (Jupiterimages/Photos.com/Getty Images)

A destilação simples é uma ótima maneira de separar líquidos em uma mistura, como etanol e água. Algumas misturas denominadas azeótropos não podem ser separadas em seus componentes através da destilação; assumindo que a mistura não é um azeótropo, no entanto, a destilação simples é eficaz desde que os pontos de ebulição dos componentes sejam bastante diferentes. Dadas algumas suposições simples, ép ossível calcular a proporção de cada produto no vapor do processo.

Nível de dificuldade:
Moderadamente desafiante

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Instruções

  1. 1

    Determine a pressão de vapor para cada componente presente na mistura. Ela é a pressão parcial de um líquido em um recipiente fechado em equilíbrio com seu vapor (i.e. a quantidade de vapor não está mudando, já que o ar está totalmente saturado). A pressão parcial é a fração da pressão total atribuída a um gás específico numa mistura de gases. É possível encontrar pressões de vapor para muitos líquidos comuns em sites de engenharia. O site hyperphysics.phy.astr.gsu lista a pressão de vapor da água em diferentes temperaturas.

  2. 2

    Converta a pressão de vapor mostrada na tabela para a temperatura na qual a vaporização está acontecendo. É possível realizar essa conversão utilizando a equação de Clausius-Clayperon, que é a seguinte: ln (P2/P1) = (Hvap / R) * (1/T1 - 1/T2), em que ln é o logaritmo natural, P2 é a pressão de vapor na temperatura T2, P1 é a pressão de vapor na temperatura T1, R é a constante dos gases ideais, 8,314 Joules por mol Kelvin, e Hvap é a quantidade de energia absorvida quando um mol de líquido evapora. Você pode encontrar Hvap (entalpia de vaporização) para muitos líquidos comuns no website webbook.nist. Todas as temperaturas em graus Celsius devem ser convertidas para Kelvin adicionando 273,15 antes de utilizar essa equação. Repare, também, que essa equação vale para gases ideais, consequentemente, é apenas uma aproximação na maioria dos casos, já que a maioria dos gases não é ideal.

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    Assuma que a mistura é uma mistura ideal. Isso não será sempre verdade, mas dará uma aproximação decente e simplificará bastante os cálculos.

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    Monte uma equação simples para a destilação conforme o seguinte. A partir da Lei de Raoult, sabemos o seguinte:

    Pressão de vapor do líquido A na destilação = (fração molar do líquido A numa mistura) x (pressão de vapor do líquido A se estivesse puro), onde a fração molar é a porção do número total de moléculas na mistura que é composta pelo líquido A. Para facilitar, vamos nos referir a fração molar do líquido A na mistura como fmA na mistura, e a pressão de vapor do líquido A caso puro como pvA. Também sabemos que a pressão total de todos vapores na destilação é igual a soma das pressões parciais de cada líquido. Portanto, podemos combinar essas equações para encontrar a seguinte: fração molar do líquido A no vapor = ( (fmA na mistura) x (pvA) ) / ( (fmA na mistura) x (pvA) + (fmB na mistura) x (pvB) ). Essa equação nos dá a fração molar do líquido A no vapor para a mistura de dois líquidos, A e B.

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    Calcule a fração molar do líquido A no vapor utilizando a equação da etapa anterior. Por exemplo: Digamos que o líquido B tem uma pressão de vapor de 47 Torr e o líquido A de 600 Torr. A fração molar do líquido B na mistura é de 0,7 e a do líquido A, de 0,3. Se colocarmos esses valores na nossa equação, encontraremos o seguinte para o líquido A: Fração molar do líquido A no vapor = ( (0.3)x(600) ) / ( (0.3)x(600) + (0.7)x(47) ). Fração molar do líquido A no vapor = 0,845. Note que enquanto A constituía apenas um terço da mistura, ele constitui 85 por cento do vapor, e, uma vez que condensarmos o vapor, teremos uma mistura que será de 85% de líquido A. Poderíamos destilar novamente essa mistura para obter uma amostra ainda mais pura. Esta é a maneira que a destilação funciona.

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