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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DETECNOLOGIA E
GEOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
LABORATÓRIO
DE ENGENHARIA
QUÍMICA
Anexo 1 pp. 1-N
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
PROCESSOS ADSORTIVOS
NOME DO ALUNO: Aline Coelho Silva Fonseca
NOME DO PROFESSOR: Otidene RossiterSá da Rocha
Abril/2016
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
2
RECIFE
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
3
INTRODUÇÃO
Interações fluido-sólido, envolvendo contato de componentes de fases fluidas com as
superfícies de sólidos podem destacar efeitos físicos e/ou químicos. No processo adsortivo as
espécies das fases fluidas aderem e podem ser retidas ou não nas superfícies em dois principais
níveis de interação. Um primeiro tipo, de natureza física, é dito adsorção física. Interações mais
fortes, em níveis energéticos das reações químicas são identificadas como adsorção química.
Etapas de liberação dos componentes adsorvidos incorrem sobre o fenômeno de dessorção.[1]
Decorrentes das possibilidades de interações em diferentes níveis, devido às naturezas
dos componentes das fases fluidas e dos materiais sólidos adsorventes, os processos
elementares de adsorção e dessorção podem ser utilizados para a operacionalização de
processos de separação, em catálise, como técnicas analíticas e em tratamentos de remoção de
impurezas e subprodutos. Para tais fins orientam-se seus usos em termos cinéticos e de
equilíbrio, procurando-se garantir tempos exeqüíveis de processamento e capacidades
adsortivas significantes.[1]
Nesta prática, avaliou-se o equilíbrio de adsorção líquido-sólido procedendo-se contato
entre soluções aquosas de Azul de Remazol e carvão ativado em sistema fechado. Também foi
monitorado o equilíbrio de adsorção .
OBJETIVOS
Sendo assim, essa prática teve como objetivos:
 Estimar a massa de corante adsorvida pelo carvão, construir as isotermas de
Langmuir-Freundlich, identificar o ajuste na forma linear e calcular os valores da
constante de equilíbrio e a capacidade de adsorção;
 Analisar a cinética de adsorção do sistema carvão/corante e calcular os valores finais
de CA e qA do equilíbrio de adsorção.
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
4
METODOLOGIA EXPERIMENTAL
1. EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO
1.1 MATERIAL
Os materiais e equipamentos utilizados na prática estão descritos na Tabela 1.
Tabela 1 – Materiais e equipamentos
Material Quantidade
Azul de Remazol 1 L
Água destilada 1 L
Carvão Ativado 20 g
Erlenmeyer 125 mL/250 mL 10/20
Balões Volumétricos 10
Pipeta Volumétrica 10 mL 10
Pipeta Graduada 10 mL 01
Cronômetro 01
1.2 PROCEDIMENTO
 Preparou-se 10 soluções de corante com concentrações de 5, 10, 15, 20, até 50ppm
 Em 10 erlenmeyers, colocou-se 1g de carvão ativado granulado em cada um e
adicionou-se as correspondentes soluções preparadas (Figura 1). Marcou-se a hora de
início da operação.
 A cada 10 min agitou-se os erlenmeyers até completar 1,5 h de tempo. Deixou-se em
repouso ½ h.
 Em seguida, retirou-se uma amostra de 3ml de cada erlenmeyer e realizou-se a leitura
no UV-VIS.
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
5
2. CINÉTICA DE ADSORÇÃO
2.1 MATERIAL
Os materiais e equipamentos utilizados na prática estão descritos na Tabela 2.
Tabela 2 – Materiais e equipamentos
Material Quantidade
Azul de Remazol 1 L
Água destilada 1 L
Béquer (500ml) 1
Carvão Ativado 20 g
Cronômetro 01
2.2 PROCEDIMENTO
 Tomou-se 250ml de uma solução de 25ppm do corante Azul de Remazol e colocou-se
2,5 g de Carvão Ativado em um reação batelada
 Tirou-se uma alíquota de 3ml no tempo zero e a cada 10 min até 90min de reação.
 Leu-se os pontos no UV-VIS.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
1. EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO
Com os dados da Tabela 3, plotou-se o gráfico da absorbância em função da concentração
para que assim possa ser obtida a curva de calibração:
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
6
Figura 1 - Gráfico: Curva de Calibração
Observa-se que o aumento da absorbância é diretamente proporcional ao aumento da
concentração da solução do corante.
Com a equação da curva de equilíbrio, foi calculado a concentração final da solução de
Azul de Remazol:
𝑦 = 0,0319𝑥 + 0,0016 (Equação 1)
Com os dados da concentração final de corante( AC ), calculou-se o valor de qA, massa
da substância adsorvida por unidade de massa do adsorvente no equilíbrio (em mg/g), através
da seguinte equação[1]:
 
ativadocarvão
FLUIDOAAo
A
m
VCC
q

 (Equação 2)
Onde:
CAo  concentração inicial do corante antes do contato com o carvão ativado (5ppm,
10ppm, 20ppm, 25ppm, 30ppm, 35ppm, 40ppm, 50ppm).
CA  concentração do corante após o contato com o carvão ativado.
VFLUIDO volume de solução utilizado no experimento em cada erlenmeyer (50 mL).
mcarvão ativado  massa de carvão ativado utilizada em cada erlenmeyer (0,5 g).
Com os valores de qA para cada solução de Azul de Remazol (Tabela 4), construiu-se o
gráfico qA versus CA (Figura 2).
y = 0.0319x + 0.0016
R² = 0.9999
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 10 20 30 40 50 60
Absorbância
Concentração (ppm)
Absorbância X Concentração
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
7
Figura 2 - Gráfico qA (mg/g) versus CA (ppm)
Pelo gráfico acima, percebe-se que o carvão adsorve mais adsorbato em soluções mais
concentradas. Isso ocorre porque as moléculas estão em maior quantidade e, logo, possuem
maior facilidade para chegar aos poros do adsorvente.
Outras formas de representação do comportamento de equilíbrio de adorção incluem em
destaque a formulação de Freundlich, a qual combinada à teoria de Langmuir indica um maior
grau de generalização[2]:
eq
n
AA
n
AA
eqAs
A
CK1
CK
q
q

 (Equação 3)
Aplicando-se a forma linear na isoterma de Langmuir-Freundlich, obtém-se:[2]
As
n
AAAsA q
1
C
1
Kq
1
q
1






 (Equação 4)
Onde:
qAs  capacidade de adsorção (massa da substância adsorvida por unidade de massa do
adsorvente na condição de saturação – máxima (em g/g)).
KA  constante de equilíbrio de adsorção (L/mol)n
Construindo o gráfico na forma linear (Figura 3), considerando n = 1 e retirando os
pontos muito suspeitos a erros sistemáticos, tais como esquecimento de agitar:
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 10 20 30 40 50 60
qa(mg/g)
Concentração(ppm)
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
8
Figura 3– Gráfico: 1/qA versus 1/CA
Pelo gráfico, obtemos a equação linear para o ajuste da isoterma de Langmuir-
Freundlich, analogamente, pode ser encontrado o valor de qAS e KA:













AsAAAsA qCKqq
xy
1111
285,14,74
ativadocarvãodeg/corantedemg778,0Asq
L/mg0173,0AK
Pode-se então obter a seguinte equação da isoterma de Langmuir-Freudlich:
𝑌𝐴 = 0,0744𝑋𝐴 (Equação 5)
Onde 𝑚 =
1
𝑞 𝐴𝑆 𝐾 𝐴
=
1
0,0173𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑥
0,778𝑚 𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒
𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑣ã𝑜
𝑥
1000𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙
1𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙
= 0,074
𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑣ã𝑜
𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜
2. ADSORÇÃO EM BATELADA
Os parâmetros estimados na prática anterior permitem o estabelecimento de previsões
para a operação de um processo contínuo de adsorção.
Assim, utilizando-se a equação do balanço de massa para um reator em batelada em
operação contínua, temos a seguinte expressão:
y = 74.4x + 1.285
R² = 0.9674
0
1
2
3
4
5
6
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
1/qa
1/Ca
1/qa X 1/Ca
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
9
𝑆( 𝑋𝐴 − 𝑋𝐴𝑜) = 𝐿(𝑌𝐴𝑜 − 𝑌𝐴) (Equação 6)
Onde:
S  massa de adsorvente (carvão) em (2,5g).
L  massa de solução em (250ml ~ 250g).
YAo  massa de adsorbato (corante) por unidade de massa de solução em (mg/g) na
condição inicial.
YA  massa de adsorbato (corante) por unidade de massa de solução em (mg/g).
XAo  massa de adsorbato (corante) por unidade de massa de adsorvente (carvão) em
(mg/g).
XA  massa de adsorbato (corante) por unidade de massa de adsorvente (carvão) em
(mg/g).
Substituindo os valores na Equação 6, e substituindo valor de YA pela Equação 5, obtém-
se:
2,5𝑔( 𝑋𝐴 − 0) = 250(0,024502 − (0,074 𝑋𝐴))
𝑋𝐴 = 0,291726
𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜
𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
Substituindo o valor de XA na equação de Freundlich, obtém-se o seguinte valor de YA:
𝑌𝐴 = 0,074𝑥0,291726 = 0,021589
𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜
𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
Utilizando-se a equação de conversão obtida através da curva de calibração, converteu-
se a absorbância e obteve-se a concentração de corante ao longo do tempo experimental (Tabela
5), com esses valores, pôde-se calcular o valor de CA em cada instante e, posteriormente
calcular-se YA (Tabela 5).
Com os valores da Tabela 5, considerando n =1 e retirando os pontos muito suspeitos a
erros sistemáticos, tais como agitação e os erros na retirada das alíquotas ou do equipamento de
UV-VIS, traçou-se o gráfico de YA x XA (Figura 4).
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
10
Figura 4 – Gráfico de YA versus XA
A equação obtida experimentalmente é dada por:
𝑌𝐴 = −0,01𝑋𝐴 + 0,0245 (Equação 7)
Considerando o valor de XA = 0,291726para poder ser feita a comparação com o valor
de YA obtido a partir da Equação 5 da isoterma de Langmuir-Freundlich, substituindo o valor
de XA na Equação 7, tem-se:
𝑌𝐴 = −0,01𝑥(0,291726)+ 0,0245 = 0,0215827
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜
𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜
Comparando ambos os valores
𝑌𝐴𝑖𝑠𝑜𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎 = 0,021589
𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜
𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑌𝐴𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 0,021583
𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜
𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 =
𝑌𝐴𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑌𝐴𝑖𝑠𝑜𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎
𝑌𝐴𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑥100 = 0,02779%
Esse erro percentual muito pequeno, prova que o ajuste da isoterma de Langmuir-
Freundlich é coerente com os dados obtidos experimentalmente.
y = -0.01x + 0.0245
R² = 1
0.022
0.0225
0.023
0.0235
0.024
0.0245
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Ya
Xa
Ya X Xa
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
11
Figura 5 – Gráfico qA versus Tempo
O Gráfico qA versus tempo (Figura 5) mostra a evolução da cinética da reação com o
tempo, pode-se observar que a reação ainda não havia atingido seu equilíbrio após 90min de
reação. O equilíbrio é atingido quando qA atinge um valor constante. Ou ainda quando KAD =
KD quando isso ocorre o gráfico acima deixa de ser linear.
Como R2 = 0,9458, tem-se uma boa linearização. O valor obtido para qA =XA= 0,291726
quando substituído na equação da reta acima nos fornece um tempo aproximado para que a
reação atinja o equilíbrio:
𝑦 = 0,0031𝑥 – 0,0525
0,291726 = 0,0031𝑡 − 0,0525
𝑡 = 111𝑚𝑖𝑛
y = 0.0031x - 0.0525
R² = 0.9468
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
qa(mg/g)
Tempo (min)
qa x tempo
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
12
CONCLUSÕES
Percebeu-se a dependência da massa de corante adsorvida no carvão ativado com a
concentração: quanto maior a concentração, maior foi a massa adsorvida, até que se chegou a
um valor limite, já que o carvão não suportava adsorver mais corante. Através do modelo de
Langmuir-Freundlich, conseguiu-se achar a capacidade máxima qAs e a constante de equilíbrio
de adsorção.
A equação que descreve a isoterma de Langmuir-Freundlich obtida através da prática
de equilíbrio de adsorção teve um ótimo ajuste para o experimento realizado em batelada, o que
ratifica o método utilizado.
REFERÊNCIAS
[1] BUENO, W.A.; DEGREVE, L. Manual de Laboratório de Físico-Química. São Paulo:
McGraw-Hill do Brasil, 1980.
[2] ABREU, C. A. M. Introdução à engenharia das Reações Catalíticas. UFPE, Recife:
2012.
[3] FOGLER, H. S. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4ª Edição. Rio de
Janeiro: LTC, 2009.
ANEXOS
1. Tabelas:
Tabela 3 – Dados da concentração e da absorbância na luz UV.
Concentração
(ppm)
Absorbância
5 0,1582
10 0,3125
15 0,4849
20 0,6489
25 0,7965
30 0,9554
35 1,1169
40 1,2762
50 1,5921
Anexo 1 – Relatório de aula prática
Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N
13
Tabela 2 – Dados do Experimento de Equilíbrio de Adsorção
Concentração
inicial (ppm)
Concentração de Equilibrio Absorbância no
Equilíbrio
qa
(mg/g)
1/Ca(Eq) 1/qa
5 4,721003135 0,1506 0,0279 0,211819 35,8427
10 9,34169279 0,298 0,065831 0,107047 15,19048
20 18,18495298 0,5801 0,181505 0,054991 5,509499
25 22,70219436 0,7242 0,229781 0,044049 4,351978
30 27,43260188 0,8751 0,25674 0,036453 3,894994
35 32,38557994 1,0331 0,261442 0,030878 3,82494
40 36,89341693 1,1769 0,310658 0,027105 3,218971
50 46,55485893 1,4851 0,344514 0,02148 2,902639
Tabela 3 – Dados para o Experimento da Adsorção realizada em Batelada
Absorbância Concentração qa
(mg/g)
ya
(mg/g)
xa
(mg/g)
Tempo
0 0,7816 24,5015674 0 0,024502 0 0
10 0,7985 25,03134796 -0,05298 0,025031 -0,05298 10
20 0,783 24,54545455 -0,00439 0,024545 -0,00439 20
30 0,7734 24,24451411 0,025705 0,024245 0,025705 30
40 0,7586 23,78056426 0,0721 0,023781 0,0721 40
50 0,7493 23,48902821 0,101254 0,023489 0,101254 50
60 0,7409 23,22570533 0,127586 0,023226 0,127586 60
70 0,726 22,75862069 0,174295 0,022759 0,174295 70
80 0,7138 22,37617555 0,212539 0,022376 0,212539 80
90 0,7072 22,169279 0,233229 0,022169 0,233229 90

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Relatório 5 adsorção

  • 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DETECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA Anexo 1 pp. 1-N RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA PROCESSOS ADSORTIVOS NOME DO ALUNO: Aline Coelho Silva Fonseca NOME DO PROFESSOR: Otidene RossiterSá da Rocha Abril/2016
  • 2. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 2 RECIFE
  • 3. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 3 INTRODUÇÃO Interações fluido-sólido, envolvendo contato de componentes de fases fluidas com as superfícies de sólidos podem destacar efeitos físicos e/ou químicos. No processo adsortivo as espécies das fases fluidas aderem e podem ser retidas ou não nas superfícies em dois principais níveis de interação. Um primeiro tipo, de natureza física, é dito adsorção física. Interações mais fortes, em níveis energéticos das reações químicas são identificadas como adsorção química. Etapas de liberação dos componentes adsorvidos incorrem sobre o fenômeno de dessorção.[1] Decorrentes das possibilidades de interações em diferentes níveis, devido às naturezas dos componentes das fases fluidas e dos materiais sólidos adsorventes, os processos elementares de adsorção e dessorção podem ser utilizados para a operacionalização de processos de separação, em catálise, como técnicas analíticas e em tratamentos de remoção de impurezas e subprodutos. Para tais fins orientam-se seus usos em termos cinéticos e de equilíbrio, procurando-se garantir tempos exeqüíveis de processamento e capacidades adsortivas significantes.[1] Nesta prática, avaliou-se o equilíbrio de adsorção líquido-sólido procedendo-se contato entre soluções aquosas de Azul de Remazol e carvão ativado em sistema fechado. Também foi monitorado o equilíbrio de adsorção . OBJETIVOS Sendo assim, essa prática teve como objetivos:  Estimar a massa de corante adsorvida pelo carvão, construir as isotermas de Langmuir-Freundlich, identificar o ajuste na forma linear e calcular os valores da constante de equilíbrio e a capacidade de adsorção;  Analisar a cinética de adsorção do sistema carvão/corante e calcular os valores finais de CA e qA do equilíbrio de adsorção.
  • 4. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL 1. EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO 1.1 MATERIAL Os materiais e equipamentos utilizados na prática estão descritos na Tabela 1. Tabela 1 – Materiais e equipamentos Material Quantidade Azul de Remazol 1 L Água destilada 1 L Carvão Ativado 20 g Erlenmeyer 125 mL/250 mL 10/20 Balões Volumétricos 10 Pipeta Volumétrica 10 mL 10 Pipeta Graduada 10 mL 01 Cronômetro 01 1.2 PROCEDIMENTO  Preparou-se 10 soluções de corante com concentrações de 5, 10, 15, 20, até 50ppm  Em 10 erlenmeyers, colocou-se 1g de carvão ativado granulado em cada um e adicionou-se as correspondentes soluções preparadas (Figura 1). Marcou-se a hora de início da operação.  A cada 10 min agitou-se os erlenmeyers até completar 1,5 h de tempo. Deixou-se em repouso ½ h.  Em seguida, retirou-se uma amostra de 3ml de cada erlenmeyer e realizou-se a leitura no UV-VIS.
  • 5. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 5 2. CINÉTICA DE ADSORÇÃO 2.1 MATERIAL Os materiais e equipamentos utilizados na prática estão descritos na Tabela 2. Tabela 2 – Materiais e equipamentos Material Quantidade Azul de Remazol 1 L Água destilada 1 L Béquer (500ml) 1 Carvão Ativado 20 g Cronômetro 01 2.2 PROCEDIMENTO  Tomou-se 250ml de uma solução de 25ppm do corante Azul de Remazol e colocou-se 2,5 g de Carvão Ativado em um reação batelada  Tirou-se uma alíquota de 3ml no tempo zero e a cada 10 min até 90min de reação.  Leu-se os pontos no UV-VIS. RESULTADOS E DISCUSSÕES 1. EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO Com os dados da Tabela 3, plotou-se o gráfico da absorbância em função da concentração para que assim possa ser obtida a curva de calibração:
  • 6. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 6 Figura 1 - Gráfico: Curva de Calibração Observa-se que o aumento da absorbância é diretamente proporcional ao aumento da concentração da solução do corante. Com a equação da curva de equilíbrio, foi calculado a concentração final da solução de Azul de Remazol: 𝑦 = 0,0319𝑥 + 0,0016 (Equação 1) Com os dados da concentração final de corante( AC ), calculou-se o valor de qA, massa da substância adsorvida por unidade de massa do adsorvente no equilíbrio (em mg/g), através da seguinte equação[1]:   ativadocarvão FLUIDOAAo A m VCC q   (Equação 2) Onde: CAo  concentração inicial do corante antes do contato com o carvão ativado (5ppm, 10ppm, 20ppm, 25ppm, 30ppm, 35ppm, 40ppm, 50ppm). CA  concentração do corante após o contato com o carvão ativado. VFLUIDO volume de solução utilizado no experimento em cada erlenmeyer (50 mL). mcarvão ativado  massa de carvão ativado utilizada em cada erlenmeyer (0,5 g). Com os valores de qA para cada solução de Azul de Remazol (Tabela 4), construiu-se o gráfico qA versus CA (Figura 2). y = 0.0319x + 0.0016 R² = 0.9999 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 10 20 30 40 50 60 Absorbância Concentração (ppm) Absorbância X Concentração
  • 7. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 7 Figura 2 - Gráfico qA (mg/g) versus CA (ppm) Pelo gráfico acima, percebe-se que o carvão adsorve mais adsorbato em soluções mais concentradas. Isso ocorre porque as moléculas estão em maior quantidade e, logo, possuem maior facilidade para chegar aos poros do adsorvente. Outras formas de representação do comportamento de equilíbrio de adorção incluem em destaque a formulação de Freundlich, a qual combinada à teoria de Langmuir indica um maior grau de generalização[2]: eq n AA n AA eqAs A CK1 CK q q   (Equação 3) Aplicando-se a forma linear na isoterma de Langmuir-Freundlich, obtém-se:[2] As n AAAsA q 1 C 1 Kq 1 q 1        (Equação 4) Onde: qAs  capacidade de adsorção (massa da substância adsorvida por unidade de massa do adsorvente na condição de saturação – máxima (em g/g)). KA  constante de equilíbrio de adsorção (L/mol)n Construindo o gráfico na forma linear (Figura 3), considerando n = 1 e retirando os pontos muito suspeitos a erros sistemáticos, tais como esquecimento de agitar: 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 10 20 30 40 50 60 qa(mg/g) Concentração(ppm)
  • 8. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 8 Figura 3– Gráfico: 1/qA versus 1/CA Pelo gráfico, obtemos a equação linear para o ajuste da isoterma de Langmuir- Freundlich, analogamente, pode ser encontrado o valor de qAS e KA:              AsAAAsA qCKqq xy 1111 285,14,74 ativadocarvãodeg/corantedemg778,0Asq L/mg0173,0AK Pode-se então obter a seguinte equação da isoterma de Langmuir-Freudlich: 𝑌𝐴 = 0,0744𝑋𝐴 (Equação 5) Onde 𝑚 = 1 𝑞 𝐴𝑆 𝐾 𝐴 = 1 0,0173𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙 𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑥 0,778𝑚 𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑣ã𝑜 𝑥 1000𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙 1𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙 = 0,074 𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑣ã𝑜 𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 2. ADSORÇÃO EM BATELADA Os parâmetros estimados na prática anterior permitem o estabelecimento de previsões para a operação de um processo contínuo de adsorção. Assim, utilizando-se a equação do balanço de massa para um reator em batelada em operação contínua, temos a seguinte expressão: y = 74.4x + 1.285 R² = 0.9674 0 1 2 3 4 5 6 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 1/qa 1/Ca 1/qa X 1/Ca
  • 9. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 9 𝑆( 𝑋𝐴 − 𝑋𝐴𝑜) = 𝐿(𝑌𝐴𝑜 − 𝑌𝐴) (Equação 6) Onde: S  massa de adsorvente (carvão) em (2,5g). L  massa de solução em (250ml ~ 250g). YAo  massa de adsorbato (corante) por unidade de massa de solução em (mg/g) na condição inicial. YA  massa de adsorbato (corante) por unidade de massa de solução em (mg/g). XAo  massa de adsorbato (corante) por unidade de massa de adsorvente (carvão) em (mg/g). XA  massa de adsorbato (corante) por unidade de massa de adsorvente (carvão) em (mg/g). Substituindo os valores na Equação 6, e substituindo valor de YA pela Equação 5, obtém- se: 2,5𝑔( 𝑋𝐴 − 0) = 250(0,024502 − (0,074 𝑋𝐴)) 𝑋𝐴 = 0,291726 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 Substituindo o valor de XA na equação de Freundlich, obtém-se o seguinte valor de YA: 𝑌𝐴 = 0,074𝑥0,291726 = 0,021589 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 Utilizando-se a equação de conversão obtida através da curva de calibração, converteu- se a absorbância e obteve-se a concentração de corante ao longo do tempo experimental (Tabela 5), com esses valores, pôde-se calcular o valor de CA em cada instante e, posteriormente calcular-se YA (Tabela 5). Com os valores da Tabela 5, considerando n =1 e retirando os pontos muito suspeitos a erros sistemáticos, tais como agitação e os erros na retirada das alíquotas ou do equipamento de UV-VIS, traçou-se o gráfico de YA x XA (Figura 4).
  • 10. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 10 Figura 4 – Gráfico de YA versus XA A equação obtida experimentalmente é dada por: 𝑌𝐴 = −0,01𝑋𝐴 + 0,0245 (Equação 7) Considerando o valor de XA = 0,291726para poder ser feita a comparação com o valor de YA obtido a partir da Equação 5 da isoterma de Langmuir-Freundlich, substituindo o valor de XA na Equação 7, tem-se: 𝑌𝐴 = −0,01𝑥(0,291726)+ 0,0245 = 0,0215827 𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜 𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Comparando ambos os valores 𝑌𝐴𝑖𝑠𝑜𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎 = 0,021589 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑌𝐴𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 0,021583 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝑌𝐴𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑌𝐴𝑖𝑠𝑜𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎 𝑌𝐴𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑥100 = 0,02779% Esse erro percentual muito pequeno, prova que o ajuste da isoterma de Langmuir- Freundlich é coerente com os dados obtidos experimentalmente. y = -0.01x + 0.0245 R² = 1 0.022 0.0225 0.023 0.0235 0.024 0.0245 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Ya Xa Ya X Xa
  • 11. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 11 Figura 5 – Gráfico qA versus Tempo O Gráfico qA versus tempo (Figura 5) mostra a evolução da cinética da reação com o tempo, pode-se observar que a reação ainda não havia atingido seu equilíbrio após 90min de reação. O equilíbrio é atingido quando qA atinge um valor constante. Ou ainda quando KAD = KD quando isso ocorre o gráfico acima deixa de ser linear. Como R2 = 0,9458, tem-se uma boa linearização. O valor obtido para qA =XA= 0,291726 quando substituído na equação da reta acima nos fornece um tempo aproximado para que a reação atinja o equilíbrio: 𝑦 = 0,0031𝑥 – 0,0525 0,291726 = 0,0031𝑡 − 0,0525 𝑡 = 111𝑚𝑖𝑛 y = 0.0031x - 0.0525 R² = 0.9468 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 qa(mg/g) Tempo (min) qa x tempo
  • 12. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 12 CONCLUSÕES Percebeu-se a dependência da massa de corante adsorvida no carvão ativado com a concentração: quanto maior a concentração, maior foi a massa adsorvida, até que se chegou a um valor limite, já que o carvão não suportava adsorver mais corante. Através do modelo de Langmuir-Freundlich, conseguiu-se achar a capacidade máxima qAs e a constante de equilíbrio de adsorção. A equação que descreve a isoterma de Langmuir-Freundlich obtida através da prática de equilíbrio de adsorção teve um ótimo ajuste para o experimento realizado em batelada, o que ratifica o método utilizado. REFERÊNCIAS [1] BUENO, W.A.; DEGREVE, L. Manual de Laboratório de Físico-Química. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1980. [2] ABREU, C. A. M. Introdução à engenharia das Reações Catalíticas. UFPE, Recife: 2012. [3] FOGLER, H. S. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4ª Edição. Rio de Janeiro: LTC, 2009. ANEXOS 1. Tabelas: Tabela 3 – Dados da concentração e da absorbância na luz UV. Concentração (ppm) Absorbância 5 0,1582 10 0,3125 15 0,4849 20 0,6489 25 0,7965 30 0,9554 35 1,1169 40 1,2762 50 1,5921
  • 13. Anexo 1 – Relatório de aula prática Laboratório de Engenharia Química, Anexo 1, pp 1-N 13 Tabela 2 – Dados do Experimento de Equilíbrio de Adsorção Concentração inicial (ppm) Concentração de Equilibrio Absorbância no Equilíbrio qa (mg/g) 1/Ca(Eq) 1/qa 5 4,721003135 0,1506 0,0279 0,211819 35,8427 10 9,34169279 0,298 0,065831 0,107047 15,19048 20 18,18495298 0,5801 0,181505 0,054991 5,509499 25 22,70219436 0,7242 0,229781 0,044049 4,351978 30 27,43260188 0,8751 0,25674 0,036453 3,894994 35 32,38557994 1,0331 0,261442 0,030878 3,82494 40 36,89341693 1,1769 0,310658 0,027105 3,218971 50 46,55485893 1,4851 0,344514 0,02148 2,902639 Tabela 3 – Dados para o Experimento da Adsorção realizada em Batelada Absorbância Concentração qa (mg/g) ya (mg/g) xa (mg/g) Tempo 0 0,7816 24,5015674 0 0,024502 0 0 10 0,7985 25,03134796 -0,05298 0,025031 -0,05298 10 20 0,783 24,54545455 -0,00439 0,024545 -0,00439 20 30 0,7734 24,24451411 0,025705 0,024245 0,025705 30 40 0,7586 23,78056426 0,0721 0,023781 0,0721 40 50 0,7493 23,48902821 0,101254 0,023489 0,101254 50 60 0,7409 23,22570533 0,127586 0,023226 0,127586 60 70 0,726 22,75862069 0,174295 0,022759 0,174295 70 80 0,7138 22,37617555 0,212539 0,022376 0,212539 80 90 0,7072 22,169279 0,233229 0,022169 0,233229 90