TÍTULO: Análise comparativa entre os modelos de NRTL e Raoult utilizando dados experimentais de equilíbrio líquido-vapor de composto binário Álcool Alílico e Acetonitrila

AUTORES: MARTINS, PAULO EDUARDO (UNESP) ; PUPO, M. M. DE S. (UNIT) ; SANTOS, A. (UNIT)

RESUMO: Este trabalho se propõe a levantar dados do equilíbrio Álcool Alílico e Acetonitrila, de interesse para simulações do processo de produção de isopreno, procurando a partir desses dados fazer uma comparação entre os métodos NRTL e Raoult e analisá-los. O equilíbrio líquido-vapor do binário Álcool Alílico e Acetonitrila foi estudado a partir de dados coletados na literatura, determinados a temperatura de 80ºC. Os resultados alcançados a partir das comparações entre os métodos, que mais se aproximaram dos dados experimentais, foram obtidos através do método NRTL. Isto se justifica em função de que as misturas apresentam forças intermoleculares e é exatamente o coeficiente de atividade presente no método NRTL que leva em consideração estas interações.

PALAVRAS CHAVES: acetonitrila, alcool alílico, equilíbrio vapor-líquido

INTRODUÇÃO: Técnicas de simulação de processos industriais vêm sendo utilizadas nos maiores centros de tecnologia do país para compreender os fenômenos físico-químicos presentes nas etapas dos processos, aperfeiçoar o aproveitamento energético das unidades industriais, melhorar a qualidade dos produtos, prever efeitos de mudanças na carga das unidades e resolver problemas operacionais de plantas existentes.
Segundo Mafra (2005), em um projeto de uma indústria química, cerca de 70% dos custos estão relacionados com as unidades de separação e purificação, cujos princípios estão fundamentados no particionamento diferenciado de cada componente entre as fases em equilíbrio.
Para Passos et. al (2007), o conhecimento do equilíbrio de fases é fundamental para eliminar operações onerosas no desenvolvimento industrial e assim economizar energia e capital.
Entre os vários processos existentes na indústria química, destaca-se a produção de isopreno (2-metil-1,3-butadieno), largamente usado na produção de poliisopreno, substituto da borracha natural, sendo a sua aplicação mais nobre a produção de borracha termoplástica SIS, composta de estireno e isopreno (OLIVEIRA, 2005).
Ainda segundo Oliveira (2005), o isopreno é obtido basicamente da destilação extrativa de uma corrente de hidrocarbonetos com cinco atómos de carbono, por intermédio de um solvente misto, contento acetonitrila, água, álcool alílico e acetona.
Este trabalho se propõe a levantar dados de equilíbrio Álcool Alílico e Acetonitrila, de interesse para simulações do processo de produção de isoisopreno, procurando a partir desses dados fazer uma comparação entre os métodos de NRTL e Raoult e analisá-los.

MATERIAL E MÉTODOS: Utilizando valores experimentais (Wilding et al., 2002) de composição da fase líquida e as pressões de vapor dos dois compostos da mistura foram calculadas a pressão total e as composições da fase vapor de forma iterativa em planilha eletrônica empregando a Lei de Raoult, através das equações:

Pi = X1i . Ps1 + X2i . Ps2 (1)

Y1i = X1i . Ps1 / Pi (2)

Para o cálculo iterativo da pressão total e das composições da fase vapor através do Modelo NRTL, as mesmas composições experimentais da fase líquida, juntamente com os parâmetros de iteração T12 , T21 e α, foram empregadas nas equações 3 e 4 supracitadas e achados os coeficientes Y1 e Y2 .

ln Y1 = X2².[T21.(G21 / X1 + X2.G21)²+ T12.G12 /(X2 + X1.G12)²] (3)

ln Y2 = X1².[T12.(G12 / X2 + X1.G12)²+ T21.G21 /(X1 + X2.G21)²] (4)

Onde,

T12 = (g12 - g22) / RT (5)
T21 = (g21 - g11) / RT (6)
G12 = exp (-α12.T12) (7)
G21 = exp (-α12.T21) (8)


De posse destes valores, a pressão foi calculada através da equação:

Pi = X1i . . Ps1 + X2i . . Ps2 (5)

e as composições da fase vapor, através da equação:

Y1i = X1i . . Ps1 / Pi (6)


RESULTADOS E DISCUSSÃO: No Gráfico 1, observamos que as curvas dos dois modelos utilizados, modelo de Raoult e modelo de NRTL, descrevem o mesmo sistema de equilíbrio apresentado, porém há diferenças entre elas.
Estas diferenças existem porque no modelo de Raoult são consideradas as fases líquida e vapor como ideais, já no modelo de NRTL, apenas o vapor é considerado ideal.
As diferenças ainda são agravadas porque para a fase líquida do modelo de NRTL é prevista a “interação local e distinta” para as diferentes moléculas do sistema, o que gera curvas de não idealidade assimétricas, conforme é observado no gráfico 3 abaixo.
Ainda foi observado que os resultados obtidos através do modelo NRTL são os que mais se aproximam dos dados experimentais.






CONCLUSÕES: Para sistemas não ideais, o método de NRTL em relação ao modelo de Raoult fornece uma boa representação dos dados experimentais.
Justifica-se esta melhor representação em função de que as misturas apresentam forças intermoleculares e é exatamente o coeficiente de atividade presente no método de NRTL que vai levar em consideração estas interações.
Em relação a outros modelos pesquisados durante a elaboração deste artigo, cabe salientar que o modelo de NRTL necessita de 3 parâmetros, diferente do modelo de Wilson que requer apenas 2 parâmetros.


AGRADECIMENTOS: Agradecemos à Universidade Tiradentes que através da Coordenação do Curso de Engenharia Ambiental e da PAPGP tem nos apoiado.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: MAFRA, M. R.; Estudo experimental e modelagem termodinâmica do equilíbrio de fases (liquido-líquido e liquido-vapor) de sistemas de interesse da indústria de fenol. Tese de Doutorado. Universidade Estadual de Campinas. Campinas, SP: [s.n], 2005.

OLIVEIRA, L. L; Modelagem e simulação de uma unidade de isopreno. Universidade Federal da Bahia. Tese de Mestrado. Salvador, 2005.

PASSOS, R. H. D.; MACEDO, T. C. P.; MOTA, A. K. S.; AMORIM, J. A.; SCHUHLI, J. B.; CHIAVONE-FILHO, O. ; Modelagem termodinâmica e estudo do comportamento líquido-vapor de sistemas presentes nas águas produzidas em campos de petróleo. In: 4º PDPETRO, Campinas, SP, 2007.

WILDING, W. V.; ADAMS, K. L.; CARMICHAEL, A. E.; HULL, J. B.; JARMAN, T. C.; MARSHALL, T. L. Vapor-Liquid equilibrium measurements for three binary mixtures: Allyl Alcohol/Acetonitrile, 2-Butoxyethanol/Acetic Acid, and 1-Metoxy-2-Propanol/2,3-Epoxy-1-Propanol. Journal of Chemical & Engineering Data. P. 740 – 747, Washington, 2002.