Dados de equilíbrio líquido-vapor do sistema ternário etanol-água-propilenoglicol à pressão normal: avaliação experimental e modelagem termodinâmica

Abstract

A produção de etanol anidro, devido à presença do azeótropo no sistema etanol-água, é inviável usando a destilação convencional, sob pressão atmosférica. Um dos métodos utilizados é a destilação extrativa, que consiste na adição de um terceiro componente ao processo, capaz de alterar a volatilidade relativa dos compostos da mistura inicial e assim, promover a desidratação do etanol. Diante disso, este trabalho propõe o uso do propilenoglicol como terceiro componente na destilação, uma vez que esses dados não foram encontrados na literatura. Para isso, é necessário o conhecimento dos dados de equilíbrio líquido-vapor do sistema etanol - água – propilenoglicol, que foram medidos utilizando um ebuliômetro semelhante ao de Othmer, a pressão atmosférica. As soluções foram preparadas variando a fração molar de etanol de 0,1 a 0,9, em base livre de solvente. A fração mássica de propilenoglicol variou conforme a razão solvente/alimentação (S/F), sendo de 0,10; 0,20 e 0,50. Os experimentos foram realizados em triplicata e as análises das amostras foram feitas em um densímetro digital. Os resultados experimentais mostraram que o uso de propilenoglicol, como agente de separação no sistema etanol-água, promoveu a “quebra” do azeótropo e, consequentemente, o enriquecimento do etanol na fase de vapor. Para todas as relações estudadas, a fração molar de etanol na fase vapor foi superior a 0,99, sendo favorável ao processo de destilação a utilização da razão S/F de 0,10, devido ao menor consumo de propilenoglicol. A modelagem termodinâmica foi realizada usando os modelos de NRTL e Wilson, e ambos apresentaram boa correlação aos dados experimentais. Os maiores desvios obtidos foram de 5,01% para a fração molar da fase vapor e 0,48% para a temperatura, para o modelo de NRTL e de 2,76% para a fração molar da fase vapor e 0,38% para a temperatura, para o modelo de Wilson. A simulação do processo de destilação extrativa foi feita no simulador ProSimPlus, e os resultados obtidos mostraram que uma coluna extrativa com 13 estágios é necessária para produzir um destilado com 99,6% molar em etanol.