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Equilibrio de fase: líquido - vapor para mezclas binarias.
Ley de Dalton (presiones parciales)
• “La presión total es la suma de las presiones de los componentes, llamadas presiones parciales”
• P = pA + pB + pC + …• pi = yi * P.
Cuando se forman el punto de burbuja y el punto de rocío?
• Punto de burbuja:
• Cuando se forma la primera burbuja. Puede acontecer a p constante o T constante.
• Punto de rocío:• Cuando se forma
la primera gota de agua. Puede acontecer a p constante o T constante.
Ley de Raoult (aplicándola a mezclas binarias).
• pA = PA xA • pA = presión parcial del componente
A en el vapor en equilibrio, • PA = presión de vapor (o de
saturación) de A puro • xA = la fracción molar de A en el
líquido.
Ley de Dalton vs. Ley de Raoult.
(Geankoplis,1978) p.
• Calcúlense las composiciones del vapor y del líquido en equilibrio a 95 C (368,2 K) para benceno - tolueno, usando las presiones de vapor de la tabla a 101,32 kPa.
Tolueno-benzeno.
• A partir de los datos de presión del vapor puro y con las siguientes ecuaciones.
pA + pB = P
PAXA + PB ( 1 - xA) = P
yA = pA / P = PAXA / P
…
• De la tabla a 95 C para el benceno, PA = 155,7 kPa y PB = 63,3 kPa.
• Sustituyendo en la ecuación correspondiente y resolviendo,
• 155,7 (xA) + 63,3 (1 - xA) = 101,32 kPa (760 mmHg)
…
• Por consiguiente, xA = 0,411 y
• xB = 1 - xA = 1 - 0,411 = 0,589. Sustituyendo en la ecuación respectiva,
• yA = PA xA / P = 155,7 (0,411) / 101,32 = 0,632
(Cengel & Boles, 2007) p.820
• Considere una mezcla líquido vapor de amoniaco y agua en equilibrio a 25 C. Si la composición de la fase líquida es de 50% de NH3 y 50% de H2O molar, determine la composición de la fase vapor de esta mezcla. La presión de saturación de NH3 a 25 C es de 1 003,5 kPa.
…
• A partir de los datos de presión del vapor puro y con las siguientes ecuaciones.
pA + pB = P
PAxA + PB ( 1 - xA) = P
yA = pA / P = PAxA / P
…
• PA = presión de saturación de H2O a 25 C; de tablas = 3,169 kPa
• yA = 0,0031
• yB = 0,9969
Ecuación de Antoine.
Pi = presión de vapor (o de saturación) de i puro [kPa]
)(ln
CtCB
AP oi
A B C
Benceno. 13,8594 2 773,78 220,07
Tolueno. 14,0098 3 103,01 219,79
Parámetros para la ecuación de Antoine.
Haciendo uso de la ecuación de Antoine para el benceno - tolueno.
• Prepare un diagrama T-xy para una presión de 101,325 kPa
Cálculos de evaporación instantánea.
Una importante aplicación de ELV es el calculo de vaporización instantánea. El nombre se originó del hecho de un líquido a una presión igual o mayor que su presión en el punto de burbuja “vaporiza de súbito” o se evapora parcialmente cuando se reduce la presión, lo que produce un sistema de dos fases de vapor y de liquido en equilibrio.
(Murphy, 2007) p.431
• Una mezcla con 40 %mol de n-hexano (C6H14)/60 % mol de n-heptano (C7H16) es alimentada a un tambor flash o de vaporización que operaba a 1 520 mmHg de presión. La velocidad de la alimentación es de 100 gmol/s. La mezcla se calienta a 111C, y los productos vapor y líquido se separan continuamente.
...• Calcule las velocidades del flujo de
vapor y del líquido y sus composiciones. Cuáles son las recuperaciones fraccionadas de hexano en el vapor y de heptano en el líquido?
• Datos:P6 = 2 422 mmHg
P7 = 1 084 mmHg
…
• Balance de masa:
• 0,4 * 100 = y6 nV + x6 nL
• 0,6 * 100 = y7 nV + x7 nL
• Según la ley de Raoult:
• y6 = p6 / P = P6XA / P
(Murphy, 2007) p. 429
• Aire húmedo a 27C y 760 mmHg contiene 2,6 %mol de vapor de agua. Se necesita alimentar el aire a 1 000 kgmol/h a un reactor, pero el aire debe contener no más de 0,6 %mol de vapor de agua. Su objetivo es eliminar el agua por condensación.
…
• Calcule la velocidad del flujo del aire seco que sale del separador. Determine la temperatura operativa apropiada. Asimismo, determine la humedad relativa del aire húmedo.
… solución.
• Se intentará secar el aire A como materia compuesta.
• El agua W es el segundo componente.
• La corriente gaseosa que sale del condensador contiene ambos componentes.
• La corriente líquida contendría solamente agua.
… solución.
• Balance de masa para el aire y el agua son:
• zA*nF = 0,974(1000)= yA*nG = 0,994*nGnG = 980 kmol / h
• zW*nF = 0,026(1000) = yW*nG + xW* nL nL = 20 kmol / h
(Murphy, 2007) p. 439
• Una corriente gaseosa está contaminada con SO2 (300 kg de aire, 63 kg de SO2). La concentración de SO2 debe reducirse antes de liberar el gas a la atmósfera. Para separar el SO2, el gas se pone en contacto con agua a 0 C y 21 000 mmHg (27,6 atm), las corrientes se equilibran y después se separan las corrientes de gas y agua.
…
• Si se debe retirar el 95% del SO2 del gas, cuanta agua se necesitará?
• Suponga que el aire es completamente insoluble en agua y que el agua no es volátil.
…
• La recuperación fraccionada de SO2 en el producto líquido se especifica como de 0,95, por tanto:
• fRsL = 0,95 = msL/msF = msL/63
• msL = 60 kg SO2
• Por BM 3 kg de SO2 permanecen en el gas purificado:
• msG = msF - msL = 63 - 60 = 3 kg SO2
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