O que Significa Tudo Isso?

calculados (Tabela 34.2). (Isso explica minha escolha de temperaturas para

a Tabela 34.1.) Também mostro as diferenças, absoluta e percentual, entre os dados experimentais e o que calculei. Essas diferenças são da ordem de 1% ou menos, um acordo realmente muito bom.

Então agora, para quaisquer dois líquidos, se você tem seus pontos de ebulição normais e pressões de vapor em qualquer outra temperatura, pode gerar o diagrama de temperatura-fração molar.

 

O que Significa Tudo Isso?

Voltando ao diagrama de temperatura-fração molar (Fig. 34.2), suponha que você inicia com uma mistura tal que as frações molares são as seguintes: álcool isobutílico, 0,60; álcool isopropílico, 0,40. No diagrama, essa composição é dada pelo ponto A à temperatura ambiente de 20°C. Agora, você aquece a mistura e caminha do ponto A para o ponto B. O líquido tem a mesma composição; só está mais quente.

A 95°C, ponto B, a mistura ferve. Vapor, com a composição no ponto C, sai do líquido (a linha horizontal que liga a composição do vapor à composição do líquido é a linha de amarração líquido-vapor), e esse vapor condensa (ponto C para ponto D), digamos, em algum lugar do caminho subindo na sua coluna de destilação.

Olhe a composição desse novo líquido (ponto E). É mais rico no componente de ebulição inferior. O ciclo de etapas B-C-D representa uma destilação.

Se você aquecer esse novo líquido, mais rico em álcool isopropílico (ponto D), obterá vapor (composição no ponto G ao longo de uma linha de amarração horizontal) que condensa no líquido H. Assim, o ciclo de etapas D-G-H é outra destilação. As duas etapas representam duas destilações.

TABELA 34.2 Dados Experimentais e Calculadosa

 

Cálculos de Temperatura em Função da Fração Molar

 

Pressão de vapor a

Composto P.eb. normal 100°C (Moore) ΔH (vap) calculado

 

2-Propanol 82,3 1.440 torr 9.515,73 cal/mol

 

2-Metil-1-propanol 108,2 570 torr 10.039,70 cal/mol

 

Comparação Entre os Dados de Moore e Dados Calculados (T = 100°C)

 

Parâmetro Composto Moore Calc.

 

Pressão de 2-Propanol 1.440 1.440,05 

 

vapor 2-Metil-1-propanol 570 570,02 

 

Fração molar 2-Propanol 0,219 0,2184

 

(no líquido) 2-Metil-1-propanol 0,781 0,7861

 

Fração molar 2-Propanol 0,415 0,4137

 

(no vapor) 2-Metil-1-propanol 0,585 0,5863

 

Dados de Fração Molar do 2-Propanol Líquido

 

# T (°C) X Calc. X Lit. Dif. Dif.%

1 83,2 0,9458 0,9485 –0,0027 –0,286

 

2 85,4 0,8213 0,8275 –0,0062 –0,748

 

3 86,9 0,7425 0,7450 –0,0025 –0,331

 

4 88,7 0,6540 0,6380 0,0160 2,505

 

5 90,9 0,5539 0,5455 0,0084 1,540

 

6 95,8 0,3591 0,3455 0,0136 3,949

 

7 99,9 0,2215 0,2185 0,0030 1,357

 

8 103,4 0,1191 0,1155 0,0036 3,096

 

9 106,2 0,0458 0,0465 –0,0007 –1,507

 

Dados de Fração Molar do 2-Propanol Vapor

 

# T (°C) X Calc. X Lit. Dif. Dif.%

 

1 83,2 0,9785 0,9805 –0,0020 –0,201

 

2 85,4 0,9228 0,9295 –0,0067 –0,723

 

3 86,9 0,8820 0,8875 –0,0055 –0,618

 

4 88,7 0,8300 0,8245 0,0055 0,663

 

5 90,9 0,7615 0,7580 0,0035 0,460

6 95,8 0,5880 0,5845 0,0035 0,600

 

7 99,9 0,4182 0,4270 –0,0088 –2,063

 

8 103,4 0,2533 0,2510 0,0023 0,936

 

9 106,2 0,1070 0,1120 –0,0050 –4,433

a Dados de literatura provenientes de Moore, 3.ed.

Muito desse trabalho foi realizado utilizando-se uma coluna de

destilação especial, chamada coluna de pratos (Fig. 34.3). Cada prato realmente atua como um balão de destilação com uma coluna eficientíssima, e uma destilação é realmente realizada em um prato físico. Para calcular o número de pratos (etapas de separação ou destilação) para uma coluna de pratos, você simplesmente os conta!

Infelizmente, a coluna de fracionamento que você normalmente tem não é desse tipo. Há um tubo aberto que enche com empacotamento de

coluna (veja “Classe 3: Destilação fracionada” no Capítulo 19) e nenhum prato. As destilações nesse tipo de coluna não são discretas, e a pergunta onde um prato começa e outro termina não tem sentido. Entretanto, se você utiliza esse tipo de coluna, realmente obtém uma separação melhor do que se não utilizasse coluna alguma. É como se você tivesse uma coluna com alguns pratos. E se sua coluna de destilação separa uma mistura tão bem quanto uma coluna de pratos com dois pratos reais, você deve ter uma coluna com dois pratos teóricos.

É possível calcular o número de pratos teóricos na sua coluna se você destila uma mistura líquida de dois componentes de composição conhecida (álcool isobutílico e isopropílico, talvez?) e recolhe algumas gotas do líquido condensado do vapor no topo da coluna. Você precisa determinar a composição desse vapor condensado, geralmente com uma curva de calibração de composições conhecidas contra seus índices de refração (veja

o Capítulo 29, “Refratometria”), e você deve ter o diagrama de temperatura-

fração molar (Fig. 34.2).

Suponha que você fracionou o líquido de composição A, recolheu algumas gotas do vapor condensado no topo da coluna, analisou-o medindo seu índice de refração e viu que esse líquido tinha uma composição correspondente ao ponto J em seu diagrama. Você seguiria o mesmo caminho de antes (B-C-D, uma destilação; D-G-H, outra destilação) e veria que à composição falta o ciclo inteiro para a destilação número 2.

Bem, tudo o que você pode fazer é estimar que ela caia em, digamos, um pouco mais da metade ao longo dessa segunda linha de amarração (ponto K)? OK, então, essa coluna foi oficialmente declarada como tendo 1,6 pratos teóricos. Você pode ter décimos de pratos? Não com uma coluna de pratos, mas certamente com qualquer coluna que não tenha estágios de separação distintos.

Agora, você tem uma coluna com 1,6 pratos teóricos. “É bom?” você pergunta. “Em relação a quê?” eu pergunto. Se essa coluna tem 1,6 m de altura, é terrível. A altura equivalente a um prato teórico (AEPT) é 1 m/prato. Suponha que outra coluna também tivesse 1,6 pratos teóricos, mas apenas 1,6 cm (0,16 m) de altura. A AEPT dessa coluna é 1 cm/prato, e se tivesse 1,6 m de altura, teria 160 pratos. Quanto menor a AEPT, mais eficiente é a coluna. Há mais pratos para o mesmo comprimento.

FIGURA 34.3 Uma coluna de fracionamento constituída de pratos.

 

FIGURA 34.4 Mudando a composição à medida que prossegue a destilação.

Uma última coisa. Existe um ponto F no diagrama de temperatura-

fração molar na Fig. 34.2 com o qual não nos preocupamos. F é o conceito que você obterá quando estender a linha A-B acima para cortar a curva superior e você, então, tentar fazer algo com esse ponto. Encontrei uma tendência interessante em algumas pessoas de estender essa linha até o ponto F. Por quê? Eleve a temperatura de A para B, e a amostra ferve. Quando a amostra ferve, a temperatura para de subir. Aquecer e passar para a destilação está sendo utilizado para evaporar o líquido (calor de vaporização, certo?), e tudo o que você vai ter é vapor, enriquecido no componente de ebulição inferior, com a composição encontrada ao final da linha de amarração horizontal.