Estudo do equilíbrio líquido-vapor do sistema água+etanol+líquido iônico visando a separação do álcool anidro

Anhydrous ethanol is used in chemical, pharmaceutical and fuel industries. However, current processes for obtaining it involve high cost, high energy demand and use of toxic and pollutant solvents. This problem occurs due to the formation of an azeotropic mixture of ethanol + water, which does not allow the complete separation by conventional methods such as simple distillation. As an alternative to currently used processes, this study proposes the use of ionic liquids as solvents in extractive distillation. These are organic salts which are liquids at low temperatures (under 373,15 K). They exhibit characteristics such as low volatility (almost zero/ low vapor ), thermal stability and low corrosiveness, which make them interesting for applications such as catalysts and as entrainers. In this work, experimental data for the vapor pressure of pure ethanol and water in the pressure range of 20 to 101 kPa were obtained as well as for vapor-liquid equilibrium (VLE) of the system ethanol + water at atmospheric pressure; and equilibrium data of ethanol + water + 2-HDEAA (2- hydroxydiethanolamine acetate) at strategic points in the diagram. The device used for these experiments was the Fischer ebulliometer, together with density measurements to determine phase compositions. The experimental data were consistent with literature data and presented thermodynamic consistency, thus the methodology was properly validated. The results were favorable, with the increase of ethanol concentration in the vapor phase, but the increase was not shown to be pronounced. The predictive model COSMO-SAC (COnductor-like Screening MOdels Segment Activity Coefficient) proposed by Lin & Sandler (2002) was studied for calculations to predict vapor-liquid equilibrium of systems ethanol + water + ionic liquids at atmospheric pressure. This is an alternative for predicting phase equilibrium, especially for substances of recent interest, such as ionic liquids. This is so because no experimental data nor any parameters of functional groups (as in the UNIFAC method) are needed

O etanol anidro tem ampla aplicação em indústrias química, farmacêutica e de combustíveis. No entanto, os processos atuais para a sua obtenção envolvem custo elevado, alta demanda de energia e a utilização de solventes tóxicos e poluentes. Esse problema ocorre devido à formação de azeótropo na mistura etanol + água, não permitindo a separação completa por métodos convencionais tais como destilação simples. Como uma alternativa aos processos atualmente utilizados, este estudo propõe a utilização de líquidos iônicos como agentes na destilação extrativa. Trata-se de sais orgânicos líquidos a baixas temperaturas (abaixo de 373,15 K). Suas características, tais como baixa volatilidade (pressão de vapor muito baixa), estabilidade térmica e baixa corrosividade os tornam interessantes para aplicações como catalisadores e solventes. Neste trabalho, dados experimentais de pressão de vapor de etanol e água puros na faixa de pressão de 20 a 101 kPa, assim como dados de equilíbrio líquido-vapor(ELV) do sistema etanol + água a pressão atmosférica, e dados de equilíbrio do sistema etanol + água + 2-HDEAA (acetato de 2-hidrodietanolamina) foram obtidos em pontos estratégicos do diagrama. O dispositivo usado para esses experimentos foi o ebuliometro de Fischer, juntamente com medidas de densidade para determinar a composição das fases. Os dados obtidos apresentaram coerência com dados da literatura e consistência termodinâmica, desta forma, a metodologia foi devidamente validada. Os resultados foram favoráveis, com o aumento da concentração de etanol na fase vapor, porém o aumento não demonstrou ser elevado. O modelo preditivo COSMO-SAC (COnductor-like Screening MOdels Segment Activity Coefficient), desenvolvido por Lin e Sandler (2002), foi aplicado para os cálculos de predição de Equilíbrio Líquido-Vapor do sistema etanol + água com líquido iônico a pressão atmosférica. Essa é uma alternativa para a previsão do equilíbrio de fases, especialmente para substâncias de interesse recente, tais como líquidos iônicos, uma vez que nem dados experimentais, nem parâmetros de grupos funcionais (como no método UNIFAC) são necessários