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O segredo da destilação: por que os engenheiros químicos dependem tanto de dados de equilíbrio de gás-líquido?
Em engenharia química e termodinâmica, o equilíbrio de vapor-líquido (VLE) descreve a distribuição de uma substância química nas fases de vapor e líquido.Esses dados fornecem uma referência crítica e ajudam a projetar e otimizar o processo de destilação, especialmente na tecnologia de destilação fracionária.
Engenheiros químicos usam dados de equilíbrio de gás-líquido para projetar torres de fracionamento mais eficientes para a separação ideal.
O núcleo do equilíbrio de gás-líquido é que, quando o líquido e seu vapor atingem um estado de equilíbrio, a concentração de cada componente no líquido tem uma relação fixa com a concentração correspondente no vapor.A realização desse estado de equilíbrio depende da mudança de temperatura e pressão, porque a pressão de vapor de equilíbrio do líquido está intimamente relacionada à concentração de fase líquida.
Diferentes diferenças voláteis em diferentes substâncias são a chave para a separação durante o fracionamento.Quando uma mistura de líquido é aquecida ao seu ponto de ebulição, alguns componentes no líquido são convertidos em vapor, e o vapor resultante atinge um equilíbrio de gás-líquido entre o vapor e o líquido.Nesse ponto de equilíbrio, a concentração de componentes no líquido e no vapor é específica, o que fornece uma base teórica para o processo de separação.
Em qualquer sistema, o equilíbrio de gás-líquido pode ser efetivamente alcançado com o controle e o design adequados.
Descrição do equilíbrio de gás-líquido pela termodinâmica
Na termodinâmica, a análise do equilíbrio de gás-líquido varia de acordo com o número de componentes no sistema.Para sistemas puros (componentes únicos), o estado de equilíbrio de gás-líquido pode ser descrito usando a igualdade de pressão e temperatura do ar.Quando as fases de líquido e gás atingem o equilíbrio, sua pressão e temperatura devem ser iguais entre si para que todo o sistema possa ser estável.
No entanto, em sistemas de vários componentes, a situação pode ser mais complicada.Para misturas de múltiplos componentes, simulações de computador e o uso de dados experimentais se tornam particularmente importantes porque possibilitam o cálculo do equilíbrio de gás-líquido.No momento, os dados do saldo de gás-líquido podem não apenas ajudar os engenheiros a prever o comportamento sob diferentes condições, mas também apoiar o design e operação otimizados.
Aplicação da destilação
A destilação é um processo de isolamento de uma mistura de acordo com as diferenças de volatilidade de diferentes componentes.A eficácia desse processo depende dos dados do equilíbrio de gás-líquido, pois eles determinam as condições operacionais necessárias na coluna de fracionamento em cada estágio.O design da coluna de destilação não apenas leva em consideração a composição da mistura inicial, mas também leva em consideração a temperatura e a pressão operacionais.
Analisando dados de equilíbrio de gás-líquido, os engenheiros podem maximizar a eficiência da separação e alcançar a economicamente a produção industrial.
Curva de destilação e gráfico
Na prática, os dados de equilíbrio de gás-líquido destilado geralmente são apresentados graficamente, como diagramas de ponto de ebulição.Esses gráficos representam a concentração de cada componente muda à medida que a mistura de líquido evapora em diferentes temperaturas sob pressões específicas.A interseção dessas curvas de ponto de ebulição pode até mostrar o fenômeno da azeotropia que certos componentes se formarão.
Por exemplo, quando um azeótropo é formado entre dois líquidos, a composição de vapor e líquido da mistura da mistura não pode ser separada em uma proporção específica, o que dificulta o fracionamento.Nesse caso, usando os dados apropriados de equilíbrio de gás-líquido, o engenheiro é capaz de projetar um processo especial de separação para superar essa dificuldade.
Conclusão
Os dados do equilíbrio de gás-líquido durante a destilação é uma ferramenta poderosa para engenheiros químicos.O uso adequado dos dados de equilíbrio de gás-líquido pode tornar o design da destilação mais preciso e eficiente, o que afeta diretamente o desenvolvimento sustentável e os benefícios econômicos da indústria.Em separação eficiente, aprender a melhor utilizar esses dados será, sem dúvida, um desafio constante e um problema de pensamento?
