Volatilidade relativa - Relative volatility

A volatilidade relativa é uma medida que compara as pressões de vapor dos componentes em uma mistura líquida de produtos químicos. Esta quantidade é amplamente utilizada na concepção de grandes processos de destilação industrial . Com efeito, indica a facilidade ou dificuldade de usar a destilação para separar os componentes mais voláteis dos componentes menos voláteis em uma mistura. Por convenção, a volatilidade relativa é geralmente indicada como . ${\ displaystyle \ alpha}$

As volatilidades relativas são usadas no projeto de todos os tipos de processos de destilação, bem como outros processos de separação ou absorção que envolvem o contato das fases de vapor e líquido em uma série de estágios de equilíbrio .

As volatilidades relativas não são usadas em processos de separação ou absorção que envolvem componentes que reagem entre si (por exemplo, a absorção de dióxido de carbono gasoso em soluções aquosas de hidróxido de sódio ).

Definição

Para uma mistura líquida de dois componentes (chamada de mistura binária ) a uma determinada temperatura e pressão , a volatilidade relativa é definida como

${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {(y_ {i} / x_ {i})} {(y_ {j} / x_ {j})}} = K_ {i} / K_ {j}}$

Onde:
${\ displaystyle \ alpha}$	= a volatilidade relativa do componente mais volátil para o componente menos volátil${\ displaystyle i}$${\ displaystyle j}$
${\ displaystyle y_ {i}}$	= a fração molar de equilíbrio vapor-líquido do componente na fase de vapor ${\ displaystyle i}$
${\ displaystyle x_ {i}}$	= a fração molar de equilíbrio vapor-líquido do componente na fase líquida ${\ displaystyle i}$
${\ displaystyle y_ {j}}$	= a concentração de equilíbrio líquido-vapor do componente na fase de vapor ${\ displaystyle j}$
${\ displaystyle x_ {j}}$	= a concentração de equilíbrio líquido-vapor do componente na fase líquida ${\ displaystyle j}$
${\ displaystyle (y / x)}$	= Constante da lei de Henry (também chamada de valor K ou razão de distribuição vapor-líquido ) de um componente

Quando suas concentrações de líquido são iguais, os componentes mais voláteis têm pressões de vapor mais altas do que os componentes menos voláteis. Assim, um valor (= ) para um componente mais volátil é maior do que um valor para um componente menos volátil. Isso significa que ≥ 1, pois o maior valor do componente mais volátil está no numerador e o menor do componente menos volátil está no denominador. ${\ displaystyle K}$${\ displaystyle y / x}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle K}$

${\ displaystyle \ alpha}$é uma quantidade sem unidade. Quando as volatilidades de ambos os componentes principais são iguais, = 1 e a separação dos dois por destilação seria impossível nas condições dadas porque as composições do líquido e da fase de vapor são as mesmas ( azeótropo ). À medida que o valor de aumenta acima de 1, a separação por destilação torna-se progressivamente mais fácil. ${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$

Diagrama esquemático de uma coluna de destilação industrial de grande escala típica

Uma mistura líquida contendo dois componentes é chamada de mistura binária. Quando uma mistura binária é destilada, a separação completa dos dois componentes raramente é alcançada. Normalmente, a fração de topo da coluna de destilação consiste predominantemente no componente mais volátil e alguma pequena quantidade do componente menos volátil e a fração de fundo consiste predominantemente no componente menos volátil e alguma pequena quantidade do componente mais volátil.

Uma mistura líquida contendo muitos componentes é chamada de mistura de múltiplos componentes. Quando uma mistura de múltiplos componentes é destilada, a fração de cima e a fração de fundo normalmente contêm muito mais do que um ou dois componentes. Por exemplo, alguns produtos intermediários em uma refinaria de petróleo são misturas líquidas de múltiplos componentes que podem conter os hidrocarbonetos alcano , alceno e alcino que variam de metano com um átomo de carbono a decanos com dez átomos de carbono. Para destilar tal mistura, a coluna de destilação pode ser projetada (por exemplo) para produzir:

• Uma fração de cabeça contendo predominantemente os componentes mais voláteis que variam de metano (tendo um átomo de carbono) a propano (tendo três átomos de carbono)
• Uma fração de fundo contendo predominantemente os componentes menos voláteis que variam de isobutano (com quatro átomos de carbono) a decanos (dez átomos de carbono).

Essa coluna de destilação é normalmente chamada de despropanizador.

O designer designaria os principais componentes que governam o projeto de separação como propano como a chamada chave leve (LK) e isobutano como a chamada chave pesada (HK) . Nesse contexto, um componente mais leve significa um componente com um ponto de ebulição mais baixo (ou uma pressão de vapor mais alta) e um componente mais pesado significa um componente com um ponto de ebulição mais alto (ou uma pressão de vapor mais baixa).

Assim, para a destilação de qualquer mistura de múltiplos componentes, a volatilidade relativa é frequentemente definida como

${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {(y_ {LK} / x_ {LK})} {(y_ {HK} / x_ {HK})}} = K_ {LK} / K_ {HK}}$

A destilação industrial em grande escala raramente é realizada se a volatilidade relativa for inferior a 1,05.

Os valores de foram correlacionados empiricamente ou teoricamente em termos de temperatura, pressão e composições de fase na forma de equações, tabelas ou gráficos, como os conhecidos gráficos DePriester . ${\ displaystyle K}$

${\ displaystyle K}$os valores são amplamente usados ​​no projeto de colunas de destilação em grande escala para destilar misturas de múltiplos componentes em refinarias de petróleo, plantas petroquímicas e químicas , plantas de processamento de gás natural e outras indústrias.

Veja também

• Destilação contínua
• Destilação fraccionada
• Destilação a vácuo
• Coluna de fracionamento
• Diagrama de fase
• Prancha teórica
• Método McCabe – Thiele
• Equação de Fenske
• Flash de equilíbrio de um líquido multicomponente
• Volatilidade (química)

Referências

links externos

• Teoria de destilação de Ivar J. Halvorsen e Sigurd Skogestad, Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (role para baixo até: 2.2.3 Valores K e Volatilidade Relativa)
• Destillation Principals por Ming T. Tham, University of Newcastle upon Tyne (role para baixo até Relative Volatility)