Análise das Propriedades Termodinâmicas do Acetato de metilaAntonio Valkayvson Fernandes Batista Lucas Kelvin Andrade Fonsêca Dept. Eng. Química – UFRN, e-mail: [email protected]/ [email protected] 1. Abstract The objective of this work is to perform the analysis of pressure, volume and density data of P-xylene provided by Peng-Robinson equation-of-state program and from then, elaborate graphical representation of pressure versus volume in the spreadsheet application Excel, detailing the steps of the procedure. The program data were compared with data from a scientific article to verify its accuracy and the absolute error and relative error deviation calculated were organized in a table. Also was prepared a diagram pressure versus temperature in order to analyze the behavior of liquid and vapor curves and isotherms for each temperature. The comparison of theoretical and experimental data showed an acceptable error which becomes greater with increasing temperature. 2. Introdução No atual trabalho, as propriedades termodinâmicas da substância pura p-xileno, também conhecido como 1,4-Dimetilbenzeno, foram exploradas e comparadas para o intervalo de temperatura desejado. Esse composto é um hidrocarboneto aromático, um dos três isômeros conhecidos genericamente por xileno. É utilizado em grande escala para a fabricação de ácido tereftálico, que serve de base para o plástico PET. A comparação dos dados teóricos com experimentais determinam uma maior exatidão sobre, por exemplo, pontos de pressão de saturação e densidade, os quais são essenciais pois o conhecimento dessas informações permite o controle sobre todo o processo industrial que exija um determinado estado físico da substância. 3. Metodologia A atividade realizada foi desenvolvida, inicialmente, com os dados teóricos do componente p-xileno (C8H10) fornecidos pelo programa Peng-Robinson da equação de estado. Em seguida os valores experimentais foram obtidos no programa DIPPR (DIADEM) e por fim foi realizada uma análise comparativa de dados na planilha eletrônica do Excel. 3.1. Peng-Robinson A atividade realizada foi desenvolvida de início com os dados do componente pxileno (C8H10) fornecidos pelo programa Peng-Robinson da equação de estado. Para elaborar a curva de vapor e líquido saturados na representação gráfica de pressão versus volume no Excel, foram obtidos dados no Peng-Robinson entre 1 bar de pressão até a pressão crítica de 35,1 bar em temperaturas entre seu ponto de ebulição (411,5K) e o ponto crítico (616,2K). Na curva de líquido sub-resfriado, os dados utilizados foram para uma temperatura intermediária de 511,5K em um intervalo entre a pressão de Nesse caso foram analisados dados de uma mesma faixa de temperatura e com intervalos semelhantes para que houvesse uma visualização mais coerente. 4. Para encontrar os valores de pressão experimental foi utilizada a equação de Pressão em função de temperatura fornecida pelo DIPPR P(T) = exp (A+(B/T)+(ClnT)+(DT^E)). Por fim. pressão de vapor e densidade do líquido. utilizou-se transformação simples para unidade de bar com a finalidade de padronizar os dados. D= 0.2. Para cada comparação (densidade.3. C= -20. os dados para obtenção da curva do vapor super-aquecido foram encontrados entre uma pressão baixa de 0. 4. 3.1446 em cm3 bar K−1 mol−1 e TC é a temperatura crítica. foi realizada uma análise da densidade do líquido saturado em função da temperatura tanto para o caso teórico como para o caso experimental.614.1. Do DIPPR foram fornecidos valores do coeficiente do virial usados na densidade do vapor e do gás. a isoterma crítica utilizou dados no intervalo de 5 a 50 bar na temperatura crítica de 616. bem acima da temperatura crítica. VC é o volume crítico em cm3/mol. Resultados e Discussão Após a realização de todas as etapas de obtenção e comparação de dados os seguintes resultados foram encontrados. onde A=146. como também para os experimentais.2K e a isoterma supercrítica utilizou os dados no mesmo intervalo de pressão para uma temperatura de 1500 K.3. Como nesse caso a unidade da equação fornecida era dada em Pa. Valores Teóricos Utilizando o Peng-Robinson para o p-xileno.264 bar) e a pressão crítica.saturação (8. R é a constante dos gases ideais 83. DIPPR E DDBST Os dados pseudo-experimentais utilizados neste trabalho foram obtidos no banco de dados DIPPR (DIADEM) e os experimentais do DDBST (Dortmund Data Bank Software & Separation Technology). Excel A planilha eletrônica do Excel foi utilizada para realizar uma comparação dos dados teóricos obtidos no Peng-Robinson com os dados pseudoexperimentais obtidos no DIPPR. B= -7792. Com os dados. PC é a pressão crítica em bar.43.024578 e E=1. pressão e volume) foi elaborado um gráfico Teórico versus Experimental a fim de possibilitar uma melhor análise visual dos erros. para calor de vaporização. 3. Utilizando a mesma temperatura intermediária. Outras comparações realizadas foram para os dados de pressão do líquido saturado em função da temperatura e do volume do líquido saturado versus temperatura.4 bar e a pressão de saturação. foram obtidos os valores localizador na tabela a seguir: . tal analise foi realizada através da plotagem do gráfico Densidade x Temperatura. Esses erros foram obtidos a partir das fórmulas de erro absoluto EA = XExperimental – XTeórico e erro médio relativo [(|XExperimental – XTeórica|)/ XTeórica]*100. Para o volume do líquido saturado experimentais não fornecidos pelo DIPPR utilizou-se a equação do virial ZC = (PC*VC)/(R*TC) em que ZC é o coeficiente virial. No DDBST foram retirados dados experimentais não disponíveis no DIPPR. 79E-03 2.34E-01 Liquid 7.00E-04 1.77E-02 2.56E-04 8.052 29.27E-01 7.02E-03 1.94E-01 6.98E-02 5.577 20.55E-02 1.01E-03 1.13E-03 2.5 571.51E-03 2.59E-04 7.21E-02 4.278 4.25E-02 1.314 1.42E-04 Density (g/cm^3) Vapor 3.215 15.5 616.36E-04 1.37E-01 7.264 9.74E-03 1.41E-01 6.681 2.54E-03 1.06E-01 6.48E-04 1.5 511.26E-03 4.13E-03 9.05E-02 8.124 2.28E-04 2.5 541.46E-02 1.03E-01 1.471 33.41E-04 4.945 26.74E-04 3.23E-03 1.03E-03 2.53E-01 5.5 491.5 521.53E-04 1.5 461.5 581.44E-04 2.31E-02 1.21E-02 1.85E-04 6.62E-02 1.17E-03 5.368 13.5 451.70E-04 4.723 11.5 601.47E-02 1.5 561.09E-01 5.40E-01 Tabela 01.00E-02 3. Valores de volume do vapor e do líquido em m3/mol e da densidade do vapor e do líquido em g/cm3 para a substância pura p-xileno fornecidos pelo programa Peng – Robinson.56E-04 8.06E-02 1.653 3.013 1.5 551.15E-01 3.011 4.2 P (bar) 1.52E-02 3.5 531.21E-04 1.62E-04 6.50E-04 1.50E-01 4.57E-03 8.222 35.09E-04 1.12E-02 2.19E-04 3.977 8.11E-01 2.5 591.17E-01 7.5 471.0959 Molar volume (m^3/mol) Vapor Liquid 3.98E-03 1.26E-03 2.21E-03 1.82E-01 6.66E-04 5.71E-01 2.72E-01 3.5 481.26E-03 6.864 5.73E-01 5.52E-03 1.46E-04 2.92E-02 7.5 501.07E-01 4.69E-01 6.26E-01 6.79E-04 2.55E-02 4.5 421.99E-03 1.28E-01 1.T (K) 411.02E-02 1.92E-04 2.85E-04 2.92E-01 5.55E-01 6.5 611.31E-01 5.54E-04 4.5 441.5 431.126 22.80E-01 4.279 17. Através do uso desses valores.848 6. foi possível obter o gráfico das equações de estado para o p-xileno: . 0355 2. Dados obtidos do Peng – Robinson. Na área de líquido sub-resfriado o composto encontra-se na fase líquida com o volume variando pouco para grandes variações de pressão e seu grau de liberdade (F = 2 – n° de fases + n° de espécies) é igual a 2. Já à direita da curva do vapor saturado encontra-se o vapor super-aquecido com uma fase e grau de liberdade também 2. Por fim. encontra-se apenas o gás da substância com grau de liberdade 2.77 39492. Experimental data Peng-Robinson equation data DRPMED DRPMA DRP% IO X Temperat Enthalpy Temperatur Enthalpy ure (K) (J/Mol) e (K) (J/Mol) 298. 4. assim como os dados experimentais retirados do DDBST [2].77 39579.15 41756. sob condições bastante superiores às críticas.00 0. vapor super-aquecido e isotermas crítica e supercrítica para o acetato de metila.54 1. líquido sub-resfriado. Gráfico de pressão (bar) versus volume (m3/mol) representando as curvas do vapor e líquido saturado.01 0.1 Calor de Vaporização Os valores experimentais que foram estimados pelo Peng-Robinson se encontram na tabela a seguir. Valores Experimentais Alguns valores pseudo-experimentais foram retirados do DIPPR. mas principalmente foi utilizado dados do DDBST (Database of thermodynamic and transport properties of pure components and mixtures).92670 12.Theoretical graph P-xylene 50 Saturated Vapor 40 Saturated Liquid Superheated Vapor T>Tc Tc 30 Pressure (bar) 20 Compressed10 Liquid 0 0 0 0. A partir da análise do diagrama PV é possível fazer algumas conclusões sobre o estado físico da substância para cada ponto.15 42372.1 1 Molar volume (m³/mol) Figu ra 01.2.553 0 99 2 29 347. Na região da isoterma crítica próximo ao ponto crítico no topo do domo as fases líquido e vapor se tornam indistinguíveis devido à elevada pressão e temperatura sendo o seu grau de liberdade 1.0 347. na isoterma supercrítica. 4. incluindo do DRP%. DRPMÉDIO e DRPMAX.2.1556 0 03 . Para os ponto abaixo da curva de líquido e vapor saturado são encontradas duas fases e seu grau de liberdade é igual a 1.6 298. 58 509.26 34295.0 0 34697.0 0 33298. A partir dos valores da tabela anterior.4 35679.29 29554. incluindo do DRP%.3188 37 6.6 35197.71 35869.358.66 431. assim como os dados experimentais retirados do DDBST.02 0.9662 73 12.0 0 34478.0264 46 1. Azul para os valores do Peng-Robinson e laranja para o experimental.0 0 35051.4 427.4130 16 1.0 0 35558.0 0 28137.33 366.83 387.27 36097.8795 08 2.2 557.0536 49 9.25 38953. vs.11 418. DRPMÉDIO e DRPMAX. Valores que foram estimados pelo Peng-Robinson se encontram na tabela a seguir.0870 02 4.36 35629.50 483.46 427.62 447.68 410.0 0 26370.36 37626.27 422.0 0 36018.27 30791.553 29 Tabela 02.26 483.71 426.6280 1 1.01 34584.3704 37 8.3 387.0 0 38471.0 0 34623.81 435.54 440.0 0 33677.36 431.29 540.81 35397. foi feito um gráfico para o calor de vaporização.03 422.27 526.0638 52 1.3 38628.0886 75 0.27 36501.35 435.88 366.20 452.2 28442.16 447.0 0 22523.6 440.33 39001.8007 17 0. da temperatura.0 0 35294.9421 25 1.32 509.4604 6 1.36 410.1444 65 1.80 540. .01 452.90 426.0 0 358.25 26911.0 0 34159.0 0 37203.2895 02 0.2565 68 2.0 0 24698.58 32468.27 418.48 526.96 557. em K.16 34954.0 0 30544. a Entalpia (J/Mol). 01293 98 5.00951 49 4 0.00305 22 1.52903 6 0.2 0.5 511.15142 .5 511.9174 2.5 511.6 0.01454 8 DPR% DPRMEDI O% 0.00519 78 2.01411 2 Peng-Robinson Equation Data Pressur Density e (bar) (g/cm^ 3) 0.00 25000.4 0.00622 15 2.8 0.00412 37 2 0.2 0.00202 87 1.01064 15 4.00 20000.00202 21 1.943226 1. a Entalpia (J/Mol).00 0.2 0.4 0.2 0.8 0.00 250 300 350 400 450 500 550 600 Figura 02.00730 52 3.4 0.00409 53 2 0.5 511.8 0.00100 64 0.6 0.00515 16 2.296701 1.5 511.2 0.942891 338 DPRMAX % 4.01086 83 4.6 0.782145 0.1125 07 1.8 0.491151 1.4 0.230419 0.01206 94 4.6 0.5 Pseudoexperimental Data Pressure Density (bar) (g/cm^ 3) 0. 4.00 15000.5 511.01329 55 5.488669 0. em K. Calor de vaporização como gráfico da temperatura.00 10000.5 511.00100 48 0.00969 1 4 0.631309 0.2.00740 33 3.114553 1.45000.00629 07 2.00306 76 1.00 35000.8 0.4 0.00853 64 3.5 511.5 511.00 5000.5 511.00 30000.2 0.01178 31 4. vs.697471 1.5 511.4 0.355876 0.00 40000.5 511.00840 29 3.8 0.2 Densidade de Vapor Temperature (K) 511. 4 511.575541 3.55E-04.6 0.5 7.5 5.01713 86 0.5 7.8 7.950306 3. As densidade foram encontradas.4 6. 0.5 6.02498 12 2.01985 51 0. obtidas no gráfico PV.03 0.921084 4.02277 89 0.401053 2.01650 42 0.666773 2.01582 85 0.5 8.01848 01 0.02148 9 0.6 8. Valores que foram estimados pelo Peng-Robinson se encontram na tabela a seguir.2 7. a densidade (g/cm^3). pois como o Peng-Robinson dá a fração molar.25269 3. vs. Azul para os valores do Peng-Robinson e laranja para o experimental.2 511.02420 46 0.5 8.00E+ 00 8.01772 48 0. Densidade de Vapor como gráfico da pressão.5 6.20E+ 00 0.6 511.00E+00 511. pode-se transforma-las para densidade.6 511.2.02271 46 0. assim como os dados experimentais.01 0.8 511.3 Densidade de Liquido Na tabela abaixo temos os valores experimentais tirados do DDBST [3] e os teóricos fornecidos pelo Peng-Robinson. A temperatura é a mesma para os dois.03 0.0153 5. Os valores presentes na tabela acima da parte pseudo-experimental foi obtida para um coeficiente virial B de -6.02 0.5 6 6 511.02021 69 0.529036 Tabela 03.20E+00 0.02343 08 6.01 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Figura 03.291388 4.02 0.01896 23 0.511. 4.02126 57 0. Experimental Liquid Density Peng-Robinson equation data DPR% DPRMEDI DPRMAX O% % . em bar. 77 204.51 395.60E-01 7.92E-01 1.19 7.82E-01 7.15 423.57E-01 100.15 423.20E-01 7.663 7.574311 0.01 7.515945 0.57E-01 7. Peng-Robinson Laranja.92 158.61 7.61 100.91 7.92 7.15 423.864276 0.77E-01 251.71E-01 204.092722 1.88E-01 351.41E-01 4.00E-01 7.15 423.80E-01 7.76E-01 7. A partir dos valores da tabela.51 7.47E-01 7.43E-01 10.15 423.Temperatu re (K) 423.543019 0.42E-01 7.38E-01 7.056418 0.858225 1.00E-01 6. Experimental azul.01 7.02 7.01 8.42687 480.92E-01 395.15 480.776686 0.70E-01 7.956 7.15 423.956 54.00E-01 Density (g/cm³) 7.15 423.15 423.552857 Tabela 04.663 76.15 423.680988 0.15 423.26E-01 7.45E-01 25.15 423.64E-01 7.65E-01 158.40E-01 7. 8.52E-01 7. Valores que foram estimados pelo Peng-Robinson.332 10.97E-01 455 423.49E-01 54. foi possível desenvolver um gráfico que relaciona pressão com a densidade de liquido.45799 0.54E-01 76.86E-01 7.58 7.15 423.80E-01 0 100 200 300 400 500 600 . assim como os dados experimentais.20E-01 8.62766 0.332 7.83E-01 303.32E-01 7.957877 0.28E-01 7.94E-01 0.15 Pressur Density Pressure e (bar) (g/cm³) (bar) 4.45799 1.15 423.424184 1.19 351.77 7.01 303.321571 1.99 251.91 25.99 7.02 455 7.61E-01 126.58 126. 580382 47.50E+03 32.5 1.251383 17.5 0.0042502 7.012663 5 0.0294299 0.214466 15 0.2.0063703 0.0314997 0.0335645 0.010567 5 0.5 0.029225 3 0.0356244 0.0397289 0.5 1.50E+03 42.598947 50 0.037371 1 0.50E+03 30 1.020989 9 0. .006358 1 0.023057 2 0.50E+03 1.5 45 0.384343 27.61628506 4 0.5 1.320946 22.0084867 0.50E+03 10 1.539684 42.0417734 0.50E+03 40 1.0231925 0.0211043 0.468117 35 0. em bar.50E+03 27.0190117 0. Densidade de Líquido como gráfico da pressão.50E+03 50 Density (g/cm³) 0.4 Densidade de Gás Os valores presentes na tabela abaixo da parte pseudo-experimental foi obtida para um coeficiente virial B de 6.004244 6 0. assim como os dados experimentais.616285 0.5 1.517292 40 0.50E+03 7.008465 7 0.493303 37.286981 20 0.50E+03 12.5 1. 4.0169148 0.13555 10 0.50E+03 Pressur e (bar) 5 1.0376791 0.5 1.50E+03 15 1.027174 9 0. Valores que foram estimados pelo Peng-Robinson.5 0.5 1.5 0.5 1.560764 0.391896 579 Tabela 05.50E+03 22.50E+03 37. Pseudoexperiment al gas density Peng-Robinson equation data Temperature (K) 1.0932 29 0.5 45 1.0273554 0.025118 8 0. a densidade (g/cm^3).016838 2 0.413717 30 0.5 0.014753 7 0.441985 32.95E-05.033309 3 0.50E+03 17.50E+03 35 1.031270 1 0.0148137 0.50E+03 20 1.039393 8 0.0127086 0.5 0.50E+03 47. vs.018916 9 0.041410 9 DPR% DPRMEDI O% DPRMAXIMO% Pressur e (bar) 5 Density (g/cm³) 0.5 0.0105996 0.035343 0.Figura 04.353473 25 0.0252763 0.50E+03 25 1.5 0.175187 12. 2646 2.03 0. 0.728 6.155922113 0.0694 0.546293058 7. em bar.0091 0.052 3.2.504 DPR% DPRMEDI O% DPRMAXIM O% 11.15 313.0061 1.656084838 0.15 353.01325 1.0161 0.15452 1.0441 0. 4.272323877 3.007866 0.04 0.01 0 0 10 20 30 40 50 60 Figura 05.0049 293.15 353.758 9. vs.324 Peng-Robinson equation data Temperatu Pressure re (K) (bar) 283.02 0.216 22.1059 0.15 0.840867146 2.15 323. a densidade (g/cm^3).637528265 0.808 17.052 3.419 12.15 0.0395678 5.25 420 440 460 480 500 520 540 560 580 0.05 0.171 4.014265 0.417295238 0. Azul Peng-Robinson.15 411.567855896 .870310 319 11.15 333.265 2.04 0. Densidade de Gás como gráfico da pressão.02453 0.472971448 1.5 Pressão de Vapor Os valores experimentais da tabela abaixo foram retirados do DDBST [4].15 313.493 12. tanto para os valores experimentais quanto aos do Peng-Robinson.7877186 2 10.500736721 0.15 303.03 0.178 4.787718 62 2.02 0.1571 1.709 6.170871892 0.0271 0.15 343.15 333.15 323.924 17.15 411.057 22.10226 0.A partir dos valores da tabela 05.01 0.553361906 0. Laranja Experimental.004146 293.284730928 0. Experimental Vapor Pressure Temperatu Pressure re (K) (bar) 283.06573 0.25 420 440 460 480 500 520 540 560 580 0.28609888 8.15 303.798 9.15 343.022362643 0 0.04093 0. foi possível a criação do gráfico que relaciona a pressão com a densidade de gás. 15 Figura 06.15 533. tornando válida uma análise comparativa desses valores.15 483. Análise Os valores experimentais obtidos do coeficiente do virial e do DDBST apresentaram bastante coerência em relação aos valores encontrados pelo PengRobinson. onde a temperatura faz aumentar o erro.804 600 28. 5.15 633. Laranja Experimental. em K. 35 30 25 20 15 10 5 0 283. Para o Calor de Vaporização. Para o Calor de Vaporização podemos perceber que os valores começam a divergir com o aumento da temperatura e este foi o que acabou se diferenciando mais entre os valores pseudo-exprimentais e do Peng-Robinson. podemos perceber que há uma diferença pouco aparente com o aumento da pressão. pode ser possivelmente por dificuldades operacionais do próprio experimento. Pressão de Vapor como gráfico da temperatura.15 433. mas bem leve. Na densidade de vapor os valores são quase que iguais para os dois tipos de valores. 4. Os desvios de valores são quase nulos para Pressão de Vapor e Densidade de Vapor. vs. Na Densidade de Líquido os valores experimentais divergiram um pouco dos valores do Peng-Robinson. Conclusão Os três programas e o DDBST utilizados neste trabalho ofereceram excelentes condições de operação facilitando desde a determinação da literatura (valores teóricos) .600 28.15 583. o que teve os maiores desvios e erros. Azul PengRobinson. assim como os dados experimentais. Valores que foram estimados pelo Peng-Robinson. A partir dos dados foi criado um gráfico da pressão vs. Temperatura.936 0. a pressão. em bar.323304798 Tabela 06.15 333. Para a Densidade de Vapor.3. assim como o de Pressão de Vapor.15 383. ddbst.com/en/EED/PCP/VAP_C176. Texas(1980-extant). Acesso em: 14 abr. 2016.php. 2016.php. Texas A&M University. Referência [1] Selected values of properties of chemical compounds. 2016. Acesso em: 14 abr. [4] DDBST: http://www.ddbst.ddbst.com/en/EED/PCP/DEN_C176. Os dados experimentais mostraramse em sua generalidade bastante coerentes apresentando apenas algumas restrições com o aumento da temperatura. Data Project.até a análise dos dados obtidos experimentalmente. 6. [2] DDBST: http://www. 2016. College Station. . <DIPPR> Acesso em: 13 abr. [3] DDBST: http://www. Thermodynamics Research Center. Os valores coletados para elaboração do diagrama PV confirmaram o comportamento esperado para o p-xileno sob condições em determinadas temperaturas permitindo a manipulação de seu estado físico de acordo com sua finalidade no processo industrial. loose-leal data sheets.php. Acesso em: 18 abr.com/en/EED/PCP/HVP_C176.
Report "Análise Das Propriedades Termodinâmicas Do Xileno"