PROCESOS DE SEPARACIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO

        REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA[pic 1]

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA

NÚCLEO ANZOATEGUI- EXTENSIÓN PUERTO PIRITU

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BACHILLER:

YORGELYS CASTILLO

C.I.: 27.436.446

MARIANGEL GALEA

C.I.: 26.864.210

ING. PETROQUÍMICA

VI SEMESTRE

OPERACIONES UNITARIAS I

PROF. MARIA EUGENIA FLAUTE

OCTUBRE, 2020

INTRODUCCIÓN

El equilibrio de las fases líquido y vapor es de gran utilidad para procesos de separación y purificación, por lo que se ha dirigido un extenso número de investigaciones teóricas y experimentales para su mejor rendimiento. A pesar de que las mezclas binarias son un poco comunes, un amplio conocimiento de ellas resulta esencial ya que la extrapolación de su comportamiento es necesaria para caracterizar a las mezclas multicomponentes.

Es importante destacar, que las mezclas binarias y su comportamiento son estudiadas por medio de diagramas con dos dimensiones. Para dicho estudio se toma en cuenta la presión, la temperatura y la composición.

Muchos estudiosos han hecho intentos de proponer herramientas que permitan explicar el ELV con mayor claridad ya sea por medio de una interfaz amigable.

Por otra parte, la destilación es una técnica que consiste en la separación de los componentes de mezclas, generalmente de líquidos, por vaporización parcial de los mismos. La mayor o menos cantidad depende de la facilidad de separación de los componentes la cual a su vez se ve influenciada por la forma en que estos se distribuyen en el equilibrio liquido-vapor. Es por ello que en el presente trabajo se desarrolla la destilación adiabática y la destilación de equilibrio. Además, de la regla de la palanca.

PROCESOS DE SEPARACIÓN EN UNA ETAPA DE EQUILIBRIO

En termodinámica e ingeniería química, el equilibrio vapor-líquido (VLE) describe la distribución de una especie química entre la fase de vapor y una fase líquida.

En el equilibrio vapor-líquido, un líquido con componentes individuales en ciertas concentraciones tendrá un equilibrio de vapor en el cual las concentraciones o presiones parciales de los componentes de vapor tienen ciertos valores dependiendo de todas las concentraciones del componente líquido y de la temperatura. Lo contrario también es cierto: si un vapor con componentes a ciertas concentraciones o presiones parciales se encuentra en equilibrio vapor-líquido con su líquido, entonces las concentraciones de componentes en el líquido se determinarán dependiendo de las concentraciones de vapor y de la temperatura. La concentración de equilibrio de cada componente en la fase líquida es a menudo diferente de su concentración (o presión de vapor) en la fase de vapor, pero existe una relación. Los datos de concentración de VLE pueden ser determinados experimentalmente, o computados o aproximados con la ayuda de teorías tales como ley de Raoult, ley de Dalton, y ley de Henry.

Tal información de equilibrio vapor-líquido es útil en el diseño de columnas para destilación, especialmente destilación fraccionada, que es una especialidad particular de ingenieros químicos.

El equilibrio termodinámico  líquido vapor se alcanzará cuando los potenciales químicos de la sustancia son los mismos en ambas fases, a cierta Temperatura y Presión dadas.

Consideraciones importantes en el equilibrio líquido-vapor:

-La fase vapor se considera como una mezcla de gases ideales.

-La fase líquida es considerada como una solución ideal.

El campo de la termodinámica describe cuándo es posible el equilibrio vapor-líquido, y sus propiedades. Gran parte del análisis depende de si el vapor y el líquido consisten en un solo componente, o si son mezclas.

Si el líquido y el vapor son puros, en el sentido de que están formados por un solo componente molecular y sin impurezas, entonces el estado de equilibrio entre las dos fases se describe mediante las siguientes ecuaciones:

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Donde P liq y P vap son las presiones dentro del líquido y vapor. T liq y T vap son las temperaturas dentro del líquido y el vapor y G –liq y G – vap son las molares Energías de Gibbs. (Unidades de energía por cantidad de sustancia) dentro del líquido y el vapor, respectivamente. En otras palabras, la temperatura, la presión y la energía libre de Gibbs molar son las mismas entre las dos fases cuando están en equilibrio.

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Donde P y T son la temperatura y la presión para cada fase, y Gi –liq y Gi –vap son las magnitudes molares parciales también llamadas potencial quimico (unidades de energía por cantidad de sustancia) dentro del líquido y vapor, respectivamente, para cada fase.

Para entender un diagrama de equilibrio líquido vapor es necesario definir punto de burbuja y punto de rocío.

PUNTO DE BURBUJA

Se refiere a  la temperatura y presión a las que en una mezcla líquida  se ha formado  la primera partícula de vapor, es decir, empieza a hervir. Además el punto del cambio de fase en el que existe la mayor presión.

En el simple hecho de calentar agua, al momento en que se ve la primera burbuja de vapor de agua formarse, se ha llegado a las condiciones de burbuja.

PUNTO DE ROCÍO

Se  conoce como punto de rocío a la temperatura y presión  a la cual la mezcla de vapor empezará a condensar. Además es el punto de menor presión durante el cambio de fase. Cuando, por ejemplo, en una habitación se comienzan a empañar los vidrios ocurre que se ha llegado al punto de saturación de la humedad del local y al descenso de la temperatura esa humedad “precipita”, condensándose sobre las superficies. El rocío matutino sobre las hojas de las plantas es un ejemplo similar.

Se pueden evaluar las condiciones de rocío y de burbuja utilizando ecuaciones matemáticas que correlacionan las propiedades del sistema: temperatura, presión y composiciones (las concentraciones de las sustancias presentes tanto en la fase líquida como en la correspondiente fase vapor).

DIAGRAMA DE FASES PARA SISTEMAS BINARIOS

En los diagramas de equilibrio, las variables intensivas a considerar son:

• Temperatura
• Presión.
• Composición

En  una mezcla binaria de equilibrio líquido-vapor se pueden determinar las composiciones molares tanto de la fase gaseosa como de la fase líquida en función de la presión o de la temperatura, cuando se grafican estos datos obtenidos experimentalmente, se obtienen diagramas de fases. Estos diagramas son sumamente importantes en áreas como la metalurgia o la química-física.

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