Capítulo 2

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Capítulo 
2 
 
2 Determinação do Equilíbrio Ternário para o Sistema 
Biodiesel/Glicerina/Etanol 
Resumo 
Este roteiro apresenta o procedimento experimental para determinação do o equilíbrio de fases 
líquido-líquido de um sistema composto por biodiesel, glicerina e álcool. O biodiesel vem 
recebendo destaque por ser uma fonte alternativa, capaz de reduzir a emissão de dióxido de 
carbono para a atmosfera e contribuir em aspectos econômicos e sociais para o 
desenvolvimento do país. Nesse cenário, os conhecimentos de equilíbrio de fases se fazem 
presentes no processo produtivo do biodiesel, com destaque para a etapa de separação e 
purificação. Por meio de experimentos envolvendo o sistema reacional proposto, determinam-
se pontos da curva de equilíbrio ternário e avalia-se o equílibrio de fases 
biodiesel+glicerina+etanol. Além disso é proposta a determinação das linhas de amarração 
do sistema. 
 
2.1 Objetivos 
O objetivo dessa prática é a determinação da curva de equilíbrio ternário para uma mistura entre 
biodiesel, glicerina e etanol; bem como o de suas linhas de amarração. Além disso são propostas 
discussões acerca do estudo do equilíbrio de fases, suas características e a manipulação das 
variáveis envolvidas. 
2.2 Introdução 
O biodiesel é um combustível de caráter renovável que está se destacando no cenário atual 
devido à preocupação crescente com o meio ambiente. A produção de biodiesel conta com uma 
etapa de reação (discutido no capítulo anterior), na qual um ácido graxo reage com um álcool 
de cadeia curta produzindo ésteres. Porém, antes de ir para comercialização, esse combustível 
precisa passar por uma etapa de purificação de forma a garantir as especificações exigidas pela 
legislação. 
Conhecer o equilíbrio de fases líquido-líquido é importante no estudo de biodiesel por diversos 
fatores, entre eles, melhorar a seletividade do produto, promover a separação em componentes 
puros, além de melhorar o entendimento do processo de produção do biodiesel. A extração de 
constituintes usando um solvente é uma prática muito comum na indústria de processos 
químicos e uma alternativa ao processo de destilação em muitos casos, onde uma mistura 
contendo componentes separáveis é tratada com um solvente no qual um ou mais componentes 
desejáveis é preferencialmente solúvel. 
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2.3 Fundamentação Teórica 
Ao final do processo de produção de biodiesel via transesterificação, obtém-se como produto 
da reação biodiesel e glicerina. Porém, devido a adição de álcool em excesso para garantir 
rendimentos elevados, a mistura biodiesel-glicerina contém álcool não reagido, sendo o álcool 
solúvel em ambos os produtos. Para alcançar a qualidade exigida pelo mercado para o biodiesel 
é necessário realizar uma etapa de purificação, para a qual é necessário conhecer as 
características do sistema com o qual se está trabalhando. 
Em um sistema contendo três componentes (sistema ternário), a forma mais direta de apresentar 
o comportamento do equilíbrio de fases líquido-líquido é por meio de um diagrama de fases 
(ver Figura 2.1). Entender o equilíbrio de fases e saber interpretar o diagrama ternário são 
habilidades essenciais ao Engenheiro Químico que trabalha com processos de separações 
envolvendo esse tipo de misturas. 
Figura 2.1 - Diagrama de fases ternário. 
 
A linha que separa as faixas de composição na qual o sistema permanece em fase líquida 
(homogênea) e outra na qual as fases coexistem é chamada de curva binodal (curva que passa 
pelos pontos C, P e D). Essa curva pode ser determinada experimentalmente realizando 
titulações para encontrar os pontos nos quais a mistura muda de fase. 
Os vértices do triângulo (1, 2 e 3) representam os componentes puros, enquanto os lados do 
triângulo representam cada combinação de dois dos três componentes do sistema. As tie-lines 
(linhas de amarração), a exemplo de CRD, são linhas que unem os extratos e os resíduos em 
equilíbrio. Essas linhas representam a composição global da mistura de duas fases em 
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equilíbrio, é importante observar que elas não são linhas paralelas, tendo sua inclinação 
modificada de acordo com a concentração. 
2.4 Materiais e Métodos 
2.4.1 Materiais 
 Seringas de 10mL; 
 Agitador magnético e barras magnéticas; 
 Álcool etílico; 
 Biodiesel; 
 Glicerina; 
 Banho termostático. 
2.4.2 Métodos 
São realizadas quatro misturas com diferentes proporções entre os três componentes (biodiesel, 
glicerina e etanol) sobre agitação magnética e banho termostático a 30ºC. As duas primeiras 
misturas devem ser feitas com quantidades conhecidas de biodiesel e etanol (a serem indicadas 
pelo professor) e tituladas com glicerina. As duas medidas finais devem possuir quantidades 
definidas de glicerina e etanol e serem tituladas com biodiesel. 
A massa de glicerina (para as duas titulações iniciais) e de biodiesel (para as duas titulações 
finais) devem ser medidas por diferença entre a massa da mistura inicial e a massa após a 
titulação. De posse das massas predefinidas para cada componente da mistura binária inicial e 
a massa do agente usado na titulação, as tabelas de dados são preenchidas e devem ser utilizadas 
para montagem da curva e avaliação do experimento. 
Em seguida são feitas novas misturas entre os três componentes em uma proporção tal que seja 
possível afirmar que ocorrerá formação de fases. A determinação das linhas de amarração é 
feita mantendo-se constante a relação molar entre biodiesel e glicerina e variando-se a 
proporção de etanol nessas misturas. As diferentes misturas obtidas são agitadas e deixadas em 
repouso para que haja a formação de fases, essas amostras são recolhidas para quantificação. A 
partir da quantificação da quantidade removida de etanol por evaporação é possível determinar 
os pontos de cada tie-line na curva binodal. 
2.5 Coleta de Dados 
Tabela 2.1 – Massas pesadas na titulação com glicerina. 
MASSA DE BIODIESEL MASSA DE ETANOL MASSA DE GLICERINA 
 
 
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Tabela 2.2 – Massas pesadas na titulação com biodiesel. 
MASSA DE GLICERINA MASSA DE ETANOL MASSA DE BIODIESEL 
 
 
Tabela 2.3 – Determinação das tie-lines. 
MASSA DE BIODIESEL MASSA DE GLICERINA MASSA DE ETABNOL 
 
 
2.6 Discussões 
 Os estudantes devem apresentar as frações mássicas encontradas em tabelas e montar o 
diagrama de equilíbrio ternário, discutindo o comportamento da mistura e as regiões da curva 
binodal. Deve-se ainda traçar as tie-lines no diagrama comentando o método de obtenção. 
Além dos itens apresentados acima, os alunos devem abordar as problemáticas levantadas 
durante o experimento. 
2.7 Referências 
FRANCA, B. B. Equilíbrio Líquido-Líquido de Sistemas Contendo Biodiesel de Mamona + 
Glicerina + Álcool. Dissertação (Mestrado) — Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de 
Janeiro, 3 2008. 
HENLEY, E. J.; SEADER, J. D. Equilibrium-Stage Separation Operations in Chemical 
Engineering. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1981. 
TOLEDO, I.E.P.; SANTOS, M.E.S.O.; PEREIRA, F.A.; SOLETTI, J.I.; CARVALHO, S.H.V.; 
COÊLHO, D.G. Equilíbrio de fases do sistema ternário biodiesel de amendoim, etanol e 
glicerina: Dados experimentais pelo método da turbidez e modelagem matemática. In: Anais 
do VIII Congresso Brasileiro de Termodinâmica Aplicada. Aracaju: CBTermo, 2015.