Estudo do Equilíbrio líquido-vapor para sistema ternário etanol- água-1-etil-3-metilimidazólio

Abstract

O Brasil é o segundo maior produtor mundial de etanol, utilizando como matéria prima a cana-de-açúcar. Para produzir o biocombustível, a cana-de-açúcar passa por diversas etapas de produção, após a remoção de impurezas e da fermentação, e é gerada uma mistura de etanol e água como produto. Após este processo, para obter o etanol anidro, a mistura é obrigada a passar por um processo de desidratação, sendo que a presença de um azeótropo (89,4% em massa de etanol, a 351,35 K), inviabiliza a separação completa entre o etanol e água a pressão atmosférica. Para a completa separação entre os dois componentes são utilizadas a destilação azeotrópica ou a extrativa, dependendo da volatilidade da substância. Porém, em ambos os sistemas, é necessário o uso de um terceiro componente, alterando a volatilidade relativa do sistema binário. Devido a isso, dados de equilíbrio do sistema ternário etanol-água-solvente são essenciais para o projeto e síntese dos processos. Vários solventes já foram estudados para a quebra do azeótropo do sistema água-etanol, incluindo sais (NaCl, CaCl2, acetatos de sódio de potássio), solventes orgânicos (benzeno, etilenoglicol, etc.) e líquidos iônicos (LI). Sendo assim, este trabalho tem como objetivo a medida de dados de equilíbrio líquido-vapor do sistema ternário etanol-água-1-etil-3-metilimidazólio etilsulfato, à pressão atmosférica. A escolha deste líquido iônico deve-se à falta de informações na literatura sobre o comportamento desse sistema e à importância da busca de outros solventes que possam ser recuperados e reutilizados para essa separação. Para isso, os dados foram medidos usando-se um ebuliômetro do tipo Othmer e as análises de composição foram feitas usando um densímetro digital. Os experimentos foram realizados, em triplicata, usando diferentes frações mássicas de líquido iônico (20, 30, 40 e 60% m/m), variando-se a concentração de etanol na solução. Os parâmetros energéticos de interação do sistema ternário foram estimados para o modelo NRTL e os desvios relativos médios foram inferiores a 7%, tanto na composição da fase vapor, quanto na pressão. O etanol foi enriquecido usando-se todas as frações mássicas de LI, indicando que a menor fração pode ser utilizada em processos de separação, visto que o azeótropo foi quebrado. Esse estudo mostrou que o LI é um solvente que pode ser utilizado para a produção de etanol anidro com uma pureza elevada e, após o uso, pode ser recuperado do produto para posterior uso, sem ter alteração de suas propriedades