Equilíbrio líquido-vapor do sistema ternário etanol + água + 1-etil-3-metil imidazólio cloreto: experimental e modelagem termodinâmica

Abstract

Os dados de equilíbrio a pressões baixas e elevadas são importantes para estabelecer as condições corretas de pressão e temperatura para os processos de separação e para fornecer a capacidade do solvente, as composições das fases e a seletividade do solvente. A separação do sistema etanol-água é de grande importância para a indústria devido a numerosas aplicações do etanol anidro. Em todas essas aplicações, o etanol deve ser livre de água e, para isso, é necessário adicionar um terceiro componente na destilação para quebrar o azeótropo. Podem ser adicionados diferentes solventes como o benzeno, hexano, etilenoglicol, sais e, nos últimos anos, tem-se visto muitos estudos com líquidos iônicos. Com isso, o objetivo deste trabalho é a utilização de um líquido iônico (1-etil-3-metil imidazólio cloreto) como terceiro componente, visando a desidratação do etanol, além da avaliação do efeito deste líquido iônico no comportamento do equilíbrio líquido-vapor entre a água e o etanol. Os dados experimentais foram medidos, em triplicata, sob pressão normal, em um ebuliômetro tipo Othmer (300 mL de volume), com dois condensadores, feitos de vidro de borosilicato. As determinações das amostras foram feitas em um densímetro digital. Os dados foram medidos com soluções de etanol-água em diferentes concentrações molares (0,2 a 0,95), variando a fração mássica de líquido iônico de 0,05 a 0,60, para avaliar o comportamento dos dados de equilíbrio do sistema etanol-água-[emim][Cl].Os resultados mostraram que o [emim][Cl] é um solvente promissor, pois "quebra" o azeótropo entre a água e etanol a partir de 20% de líquido iônico, e a concentração de etanol na fase vapor foi maior com o aumento da fração mássica de LI.O modelo NRTL foi utilizado para correlacionar os dados experimentais de equilíbrio, estimando-se os parâmetros binários, aplicando-se a metodologia do ponto de bolha. Os desvios em relação à temperatura e a composição molar da fase vapor foram 0,147 °C e 0,049, respectivamente. O líquido iônico, recuperado de uma solução para outra, passou por uma análise de RMN para avaliar se não houve alteração na sua estrutura e, constatou-se que, após ser recuperado, e novamente reutilizado, o solvente não perdeu as características originais. As volatilidades relativas foram superiores a 1 para as frações mássicas a partir de 20%, confirmando a quebra do azeótropo. A energia livre de Gibbs em excesso apresentou valores que mostram um desvio positivo para todas as frações mássicas trabalhadas e os dados experimentais foram consistentes termodinamicamente