Universidad de AmricaModelamiento y simulacin de procesos en ingeniera qumicaProfesor: Roque Jimnez Presentado por: Diana Marcela Marn Ibez Monica Andrea Velasquez Campos

TAREA 11. Datos experimentales del equilibrio L-V para el sistema etanol benceno:TEMPERATURA (C)XY

76,10,0270,137

72,70,0630,248

70,80,10,307

69,20,1670,36

68,40,2450,39

680,3410,422

67,90,450,447

680,5780,478

68,70,680,528

69,50,7660,566

70,40,820,615

72,70,9050,725

76,90,9840,937

Tabla 1. Datos experimentales equilibrio L V del sistema etanol - benceno. (Manual del ingeniero qumico, Perry, sptima edicin, seccin 13.1)

Grafica 1. Datos experimentales equilibrio L V del sistema etanol - benceno. (Manual del ingeniero qumico, Perry, sptima edicin, seccin 13.1)

TEMPERATURA (C)XY

80,100

70,80,0860,265

69,80,110,282

69,60,120,308

69,10,1580,335

68,50,20,368

67,70,3080,41

67,70,4420,446

68,10,6040,505

69,60,770,59

70,40,8150,628

70,90,8410,665

72,70,8980,744

73,80,9240,782

74,811

Tabla 2. Datos experimentales equilibrio L V del sistema etanol - benceno. (Depsito de sistemas azeotropicos, Universidad de Sonora, Martnez Flor Mara)

Grafica 2. Datos experimentales equilibrio L V del sistema etanol - benceno. (Depsito de sistemas azeotropicos, Universidad de Sonora, Martnez Flor Mara)Segn las grficas 1 y 2 se observa las lneas de temperatura de roci y burbuja formando as el diagrama Txy, tambin se evidencia un punto de azeotropia formado por cercana de las temperaturas de ebullicin de ambos compuestos (etanol, benceno) a una temperatura aproximada de 68,18 C. Estos datos fueron obtenidos a la presin de 1 atm.

2. Equilibrio L V del sistema etanol - benceno con anlisis termodinmico

EL modelo termodinmico escogido es Wilson, ya que este se acomoda para sistemas binarios con miscibilidad. Este modelo no solo es una expresin de los coeficientes de actividad en funcin de la composicin, sino que estima, tambin, la variacin de los coeficientes de actividad con la temperatura.Se considera la fase vapor ideal, ya que el sistema trabaja a una baja presin (1 atm) y la fase liquida como real. Etanol: 1Benceno: 2

2.1. Equilibrio de fases

2.1.1. Para 1 se tiene:

2.1.2. Para 2 se tiene:

2.2. Estimacin de los parmetros de WilsonLa ecuacin de Wilson para sistemas binarios est dada por:

La ecuacin de Wilson tiene dos parmetros ajustables, y , que en la deduccin de Wilson se relacionan con los volmenes molares de los componentes puros y con unas diferencias de energas caractersticas por:

Donde , es el volumen molar de lquido puro i, y las , son energas de interaccin entre las molculas designadas por los subndices.

Donde z=2, por ser un sistema binario.

Donde t es la temperatura de cada una de las composiciones. A continuacin se muestran las tablas de donde fueron extrados los datos necesarios para desarrollar la ecuacin de Wilson (:

Imagen 1. Correlation of Vapor-Liquid Equilibria Using Wilson Equation with Parameters Estimated from Solubility Parameters and Molar Volumes.

Imagen 2. Correlation of Vapor-Liquid Equilibria Using Wilson Equation with Parameters Estimated from Solubility Parameters and Molar Volumes.

PARAMETROS EXTRAIDOS DE LAS TABLAS

0,0388

0,1329

BencenoEtanol

90,459,6

9662,5

18,825,7

80,0978,229

Tabla 3. Parmetros de la imagen 1 y 2 para el sistema benceno-etanol.

Constantes de Antoine (bar, K)

EtanolBenceno

A5,24677A4,72583

B1598,673B1660,652

C-46,424C-1,461

Tabla 4. Contantes de antoine para el sistema benceno-etanol. (Balances de materia y energa, Reklaitis).

ALGORITMO DE CLCULOInicialmente se supuso las composiciones de la fase liquida y se fueron disminuyendo con un paso de 0,05. Los lmites del clculo son las temperaturas de ebullicin de cada componente siendo 78,3 C y 80,13 C para el etanol y benceno respectivamente.i. Se calcularon los parmetros de las Ec. 11, 12 y 13.ii. A partir de los parmetros anteriores se calcul a partir de las Ec. 7, 8, 9 y 10.iii. A continuacin de hallaron los (Ec. 5 y 6), los cuales dependen de la temperatura que se est manejando.iv. Ya teniendo todos los datos necesarios se calcul los segn las Ec. 3 y 4 para cada uno de los compuestos. v. Seguido a esto se calcularon las presiones de saturacin con la ecuacin de antoine, que tambin varan respecto a la temperatura que se est manejando.

vi. Tambien fue necesario calcular los coeficientes de distribucin para cada componente (k1 y K2) con el fin de utilizar la ecuacin de Rachford- Rice presentadas a continuacin:

vii. Se calcularon las composiciones de las fase vapor (y1 - y2).

viii. Se utiliz el solver, colocando como funcin objetivo la ecuacin de Rachford-Rice con el valor de 0, cambiando la temperatura. ix. As se realiz consecutivamente desde x = 1 hasta x = 0x. Finalmente se realizaron los diagramas (Txy) y (xy).

Grafica 3. Diagrama Txy para el etanol.

Grafica 4. Diagrama Txy para el benceno. Al comparar las grficas 3 y 4 realizadas con el modelo termodinamico de WILSON y con las 1 y 2 encontradas en la bibliografa, se observa que tienen el mismo comportamiento. Lo cual indica que Wilson es una buena aproximacin para este tipo de sistemas.

Grafica 5. Diagrama xy para el etanol.

Grafica 5. Diagrama xy para el benceno.

3. Bibliografa

Shigetoshi KOBUCHI, Kenji ISHIGE. Correlation of Vapor-Liquid Equilibria Using Wilson Equation with Parameters Estimated from Solubility Parameters and Molar Volumes. Prausnitz .Termodinamica de los equilibrios de fases. Tercera edicin, pag 208. Modelo de Wilson para sistemas binarios. Martinez Morales, Flor De Maria. Sistemas azeotropicos. Universida de Sonora, Mexico. http://operaciones-unitarias-1.wikispaces.com/dep%C3%B3sito+de+sistemas+azeotr%C3%B3picos. Reklaitis. Introduccion al balance de materia y energa. Ao 1983. Apendice 3, pag: 649-652.