TEMA 6.

LEYES DE EQUILIBRIO

INDICE1. INTRODUCCIN2. RELACIONES DE EQUILIBRIO ENTRE FASES NO MISCIBLES.2.1. DETERMINACIN EXPERIMENTAL DE LOS DATOS DE EQUILIBRIO.2.2. PREDICCIN TERMODINMICA DEL EQUILIBRIO LQUIDO-VAPOR.3. DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO3.1. MEZCLAS REALES.4. PROBLEMAS PROPUESTOS.

Se dice que un sistema est en equilibrio cuando su estado es tal que no puede experimentar ningn cambio espontneo. Cuando un sistema no est en equilibrio, tiende espontneamente a alcanzarlo. Las diferencias entre la condicin real del sistema y la condicin de equilibrio constituyen las denominadas fuerzas impulsoras o potenciales de los distintos fenmenos fsicos y qumicos, transcurriendo stos con velocidades proporcionales a las mismas e inversamente proporcionales a las resistencias que a dichos fenmenos opone el sistema.

Evolucin de estados de no equilibrio a equilibrio

Fases + Libertades = Componentes + 2 Libertades = ComponentesREGLA DE LAS FASES DE GIBBSHabitualmente, estas variables son:presin (P)temperatura (T)composicin de cada una de las fases (xi e yi).

Para un sistema bifsico:

Calentador tipo bayoneta, para calefaccin de la camisa de vapor. Calentador tipo bayoneta del vaporizador. Llave de tres vas, para la toma de muestras de la fase vapor.Vaporizador. Muescas triangulares para el burbujeo del vapor.Tubo central del contactor, abierto en ambos extremos con dos propsitos: promover la circulacin y proveer una zona calma relativamente libre de burbujas por donde es posible extraer la muestra de la fase lquida.Nivel de lquido en el contactor.Estrechamiento en forma de venturi; tiene por objeto aumentar la velocidad del vapor con el fin de que ste choque con el extremo de la vaina del termmetro.Lnea de retorno del condensado.Alimentacin de la mezcla en estudio.Condensador tipo dedo fro para condensar la fase vapor que corresponde a la mezcla en estudio.Alimentacin de la camisa de vapor.Refrigerante de la camisa de vapor. Vaina para el termmetro de control de temperatura en la camisa de vapor.Vaina para el termmetro de medicin de la temperatura de equilibrio.Orificios para la entrada de vapor al contactor.Llave de aguja para la toma de muestra de la fase lquida.Nivel de lquido en la camisa de vapor.Camisa de vapor.DETERMINACIN EXPERIMENTAL DE DATOS DE EQUILIBRIO

Prediccin termodinmicaa)Clculo de la composicin del vapor y del lquido en equilibrio a una presin y temperatura conocidas.Ley DaltonLey Raoult

b) Clculo de la temperatura de burbuja (ebullicin) y de la composicin de un vapor en equilibrio con un lquido de composicin conocida a una presin P.

c)Clculo de la temperatura de roco (condensacin) y de la composicin de un lquido en equilibrio con un vapor de composicin conocida a una presin P.

d) Clculo de la presin y de la temperatura de equilibrio de un sistema lquido-vapor de composicin conocida.

Diagrama de equilibrio T-x-yabcCurva del vaporCurva del lquidodeTATBConcentracin0% A100% Axy100% B0% BT1Temperatura

Diagrama de equilibrio y-x

Diagrama de equilibrio de mezclas realesAzetropo de mximo punto de ebullicin

Diagrama de equilibrio de mezclas realesAzetropo de mnimo punto de ebullicin

PROBLEMA 4.1.La ecuacin de Antoine correlaciona la presin de vapor de los lquidos puros con la temperatura segn: con P10 en (mmHg) y T en (C)

Teniendo en cuenta que las constantes de dicha ecuacin para el benceno y el tolueno son:y que esta mezcla binaria de hidrocarburos tiene un comportamiento ideal, calcular y representar la curva de equilibrio de este sistema, para una presin total de una atmsfera.

PROBLEMA 4.1.

PROBLEMA 4.1.

PROBLEMA 4.1.

Hoja1

T

80.1760292.2

85881.7345.1

901021406.7

951176.8476.9

1001350.5556.3

1051543.2645.9

1101756.4746.6

110.61783.4760

Hoja2

Hoja3

PROBLEMA 4.1.

Hoja1

TXY

80.1760292.211

85881.7345.10.7730.897

901021406.70.5750.772

951176.8476.90.4040.626

1001350.5556.30.2560.455

1051543.2645.90.1270.258

1101756.4746.60.0130.03

110.61783.476000

Hoja2

Hoja3

PROBLEMA 4.1.

Grfico1

80.180.1

8585

9090

9595

100100

105105

110110

110.6110.6

T

X,Y

T

Hoja1

TXYT

80.1760292.21180.1

85881.7345.10.7730.89785

901021406.70.5750.77290

951176.8476.90.4040.62695

1001350.5556.30.2560.455100

1051543.2645.90.1270.258105

1101756.4746.60.0130.03110

110.61783.476000110.6

Hoja1

T

X,Y

T

Hoja2

Hoja3

PROBLEMA 4.1.

Grfico2

1

0.897

0.772

0.626

0.455

0.258

0.03

0

Y

X

Y

Hoja1

TXYT

80.1760292.21180.1

85881.7345.10.7730.89785

901021406.70.5750.77290

951176.8476.90.4040.62695

1001350.5556.30.2560.455100

1051543.2645.90.1270.258105

1101756.4746.60.0130.03110

110.61783.476000110.6

Hoja1

T

X,Y

T

Hoja2

Y

X

Y

Hoja3

PROBLEMA 4.2.Una mezcla lquida contiene 50% de benceno y 50% de tolueno en peso.a)Calcule la presin total y las fraccin es molares de cada sustancia en la fase vapor que se encuentra en equilibrio con dicha mezcla lquida a una temperatura de 60C.b) Demuestre que la temperatura de burbuja de la mezcla lquida cuando se encuentra a una presin total de P=0,715 atm, es de 80C.c) Prepare un programa que calcule la temperatura de burbuja y la composicin de la fase vapor en equilibrio con una mezcla lquida de composicin x1=0.541 a 760 mm Hg.

PROBLEMA 4.2.

DATOS:a) Presin total y fracciones molares en fase vapor

b) Temperatura de burbuja para P=0.715 atm

c) Programa para calcular Temperatura de burbuja e Y

c) Programa para calcular Temperatura de burbuja e Y

PROBLEMA 4.3.Al final del problema se adjuntan los datos de equilibrio lquido-vapor para la mezcla binaria metanol-agua a una presin de una atmsfera.a)Construya el diagrama T-x-y para este sistema.b) Si la temperatura de equilibrio es 70C y la presin del sistema 1 atm, cules son las composiciones del lquido y del vapor?c) Una mezcla equimolar se alimenta a una instalacin experimental para la determinacin de datos de equilibrio lquido-vapor y se le permite que alcance una temperatura de 80C a una presin de 1 atm. Prediga termodinmicamente la composicin de las fases y el porcentaje de la mezcla inicial que se ha vaporizado, teniendo en cuenta que las constantes de la ecuacin de Antoine para el metanol y para el agua son: