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