ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: Exercitando Modelos UNIFAC Para Predição de Dados de Equilíbrio Líquido-Líquido
AUTORES: MOURA, J.P. ( UNISAM) ; PINTO, F.A. (CEDTEC)
RESUMO: O objetivo deste trabalho é a comparação dos valores preditos de fração molar através dos modelos UNIFAC original e UNIFAC modificado com os valores experimentais para equilíbrio de fases liquido-liquido do sistema binário composto pela água e 1-pentanol. Através do software utilizado na disciplina de Termodinâmica Química foi possível programar as equações e avaliar a acuidade destes modelos, calculando as composições das fases para diferentes valores de temperaturas. observa-se que o modelo UNIFAC original é muito sensível a mudanças na temperatura. Verifica-se que, o aumento da temperatura diminui a diferença entre o valor predito e o valor experimental, apresentando o seu menor valor na temperatura de 80ºC.
PALAVRAS CHAVES: termodinâmica; modelos; unifac
INTRODUÇÃO: Diversos processos que têm importância industrial, como a destilação, a absorção e a extração, colocam em contato duas fases que podem não estar em equilíbrio. Os critérios termodinâmicos do equilíbrio entre as fases exprimem-se em termos de propriedades especiais; a termodinâmica também fornece equações que relacionam estas propriedades às composições das fases, à temperatura e à pressão. Por este motivo, a relação entre os critérios de equilíbrio e a realidade física é feita principalmente mediante o coeficiente de fugacidade fi, no caso de fases vapor e o coeficiente de atividade gi, no das fases liquidas.
O modelo de UNIFAC é utilizado para o cálculo dos coeficientes de atividades em misturas multicomponentes e o seu modelo modificado foi desenvolvido com o objetivo de melhorar a predição desejada. As vantagens do uso do UNIFAC modificado são alcançadas pelo emprego de uma parte combinatorial modificada e pela utilização de uma ampla base de dados para ajustar a dependência da temperatura com parâmetros dos grupos de interação simultaneamente para equilíbrio líquido-vapor (VLE), equilíbrio líquido-líquido (LLE), hE (entalpia de excesso), e dados de g¥ (gama infinito). Os modelos UNIFAC tem sido melhorados e amplamente utilizados em simulações de projetos industriais e devem ser discutidos em cursos de graduação em Química no sentido de ampliar a visão do graduando em aspectos que o livro-texto didático não alcança.
MATERIAL E MÉTODOS: O trabalho computacional foi feito na disciplina de Termodinâmica Química. Um sistema composto por moléculas polares (pentanol-água) foi utilizado para checar a aplicação dos modelos. A fim de calcular os valores das composições nas duas fases líquidas, foi necessário, primeiramente, obter os valores dos coeficientes de atividade (g) através das equações dos modelos de contribuição de grupos UNIFAC original (Fredenslund et al.,1977; Reid et al., 1986) e UNIFAC modificado (Gmehling, J; Li, J. e Schiller, M., 1993).
A abordagem do equilíbrio líquido-líquido necessita de um modelo que represente os coeficientes de atividade das espécies envolvidas. Métodos de contribuição de grupos são ferramentas disponíveis e aplicáveis nesses casos. Dados de equilíbrio de fases líquido-líquido podem ser encontrados na literatura (Yung-Hsiang Pai, Li-Jen Chen, 1998). Os valores experimentais de concentração molar xI[1] de um dos componentes na mistura binária em uma das fases, em função da temperatura, na faixa de 10 a 80°C, era fixado para a obtenção do valor de xII[1]. Compara-se esse valor de xII[1] com o valor experimental de xII[1] e em seguida usando o valor de xII[1] calculado, retorna-se na equação de equilíbrio e calcula-se o valor de xI[1] até a convergência. Após este cálculo compara-se novamente o valor de xI[1] com o experimental.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os valores preditos das composições das fases em equilíbrio apresentam desvios absolutos acurados, para os dois modelos, se observados os resultados para a fase I. Referente a fase II percebe-se que o UNIFAC modificado apresentou valores médios de desvios, em todos os pontos, bem mais comportados, o que o distingue para uma maior aplicação ao projeto de equipamentos para a indústria. Observa-se que o modelo UNIFAC original é muito sensível a mudanças na temperatura. Verifica-se que, o aumento da temperatura diminui a diferença entre o valor predito e o valor experimental, apresentando o seu menor valor na temperatura de 80ºC. Enquanto que para o modelo UNIFAC modificado o desvio mantém-se em torno de um valor médio (0,028 ± 0,004), o que mostra que este modelo é mais estável com relação á faixa de temperatura.
CONCLUSÕES: Dados experimentais isobáricos para o sistema 1-pentanol-água foram utilizados para verificar os modelos. Os valores preditos das composições das fases em equilíbrio apresentam desvios absolutos acurados, para os dois modelos, se observados os resultados para a fase I. Referente a fase II percebe-se que o UNIFAC modificado apresentou valores médios de desvios, em todos os pontos, bem mais comportados, o que o distingue para uma maior aplicação ao projeto de equipamentos para a indústria.
AGRADECIMENTOS: À DIREÇÃO DA FACULDADE UNISAM PELO APOIO CONSTANTE À PESQUISA CIENTÍFICA.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Gmehling, Jurgen; Li, Jiding and Schiller Martin A modified UNIFAC Model. 2 Present Parameter Matrix and Results for Different Thermodynamic Properties, Ind Eng Chemical Res., 1993, 32, 178-193.
Pai, Yung-Hsiang and Chen, Li-Jen Liquid- liquid equilibria of two binary systems: water+1-pentanol and water+2-methyl-2-butanol and two ternary systems: water + 1-pentanol + 2-butyloxyethanol and water + 2-methyl-2-butanol + 2-butyloxyethanol, Fluid Phase Equilibria 155 (1999), pg 95-105.
Reid, Robert C.; Prausnitz, J. M.; Poling, Bruce E. The Properties of GASES & LIQUIDS, 1986, fourth edition, Singapore pg 311-332.
Fredenslund, A, Gmehling., J. e Rasmussen, P., Vapor-liquid equilibria using UNIFAC - a group contribution method – Elsevier Sci. Publish. Company , 1977.
