Transcript (Murphy, 2007) p.431

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
• Punto de rocío:
burbuja:
• Cuando se forma
• Cuando se forma
la primera gota de
la primera burbuja.
agua. Puede
Puede acontecer
acontecer a p
a p constante o T
constante o T
constante.
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]
B
ln Pi  A 
o
C  t( C)
Parámetros para la ecuación de Antoine.
A
B
C
Benceno. 13,8594
2 773,78
220,07
Tolueno.
3 103,01
219,79
14,0098
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 nhexano (C6H14)/60 % mol de nheptano (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*nG
nG = 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