Unidad 5 (Capítulo 10 SVNA):Equilibrios líquido-vapor (ELV)
y líquido-líquido (ELL) Naturaleza del equilibrio de fases. Regla de las fases
y Teorema de Duhem. Comportamiento cualitativo del ELV (tipo I). Diagramas Pxy, Txy y envolventes de fases. Puntos críticos.
Azeotropía. Equilibrio líquido-líquido. Comportamiento de fases de tipo II.
Ley de Raoult - cálculo de puntos de burbuja y rocío. Cálculo de vaporización instantánea.
Ley de Henry. Ley de Raoult modificada.
Introducción
• Compuestos puros: diagramas de fases
150 200 250 300 3501E-3
0.01
0.1
1
10
100
1000
Diagrama de fasesde CO2 puro
Sólido
Líquido
FluidoSupercrítico
GasVapor
P
resi
ón (
bar)
Temperatura (K)
Procesos con cambios de composición(de interés para la Ingeniería Química)
• Composición intermedia mezclado
• Composición fuera de rango disponible
”desmezclar”, separar
Como? Aprovechando el comportamiento de fases de la mezcla/sistema
(Separación de una mezcla en dos o mas productos de distinta composición)
Procesos de Separación
•Filtración
•Decantación
•Cristalización
•Destilación
•Evaporación
…
•Extracción L-L
•Lixiviación
•Absorción
•Stripping
•Cromatografía
…
Agente Externo: Solvente
Ej. De Aplicación: Destilación
Ciencia Tecnología
Comportamientode fases
Procesos deseparación
Qué necesitamos conocer?(Para la toma de decisiones, diseño,
optimización, etc...)
• Condiciones de P, T en que hay miscibilidad completa / separación
• Composición de las fases en equilibrio cuando hay separación
• Límites de estabilidad para un mezcla homogenea de composición conocida
SeparaciónMiscibilidadHomogeneidad
Criticidad
Critical Line (P-T projection)
0
20
40
60
80
100
120
220 270 320 370 420
Temperature [K]
Pre
ssu
re [
Bar
]
Psat2
Psat1
Type IOne stable phase
Possibility of phase split
Equilibrio Líquido-Vapor (ELV)
Vapor
T, P, { y i }
Líquido
T, P, { x i }
Para cada estado o condición (T, P) que corresponda a la región ELV habrá composiciones características de L y V
Diagramas Pxy(a T constante)
ELV binario
Comportamiento de tipo I
Diagramas Txy(a P constante)
ELV binario
Isopletas (envolventes de
fase de z constante)
ELV binario
P
T
Condensación
retrógrada
Diagramay-x
para isobaras
Diagramas Pxy: mayor atracción
Diagramas Pxy: menor atracción
Fuerzas impulsoras
Transf. Calor: ΔT
W p-v: ΔP
Transf. Materia: Δ?-> Potencial químico μi, Fugacidad f i
Regla de las fases(general para sistemas de N componentes)
Π fases en un sistema de N componentes
Grados de libertad = Variables int. – Ecuaciones
F = [2+ Π (N-1)] – [N (Π -1)]
F = 2 + N - Π
(esto explica la representación gráfica del equilibrio de fases para sistemas
binarios, ternarios, etc.)
Teorema de Duhem (para sistemas de composición conocida)
Π fases en un sistema de N componentes, con composición fija (n1, n2... nN)
Grados de libertad = Variables Ext. – EcuacionesF = [2 + Π N ] – [N (Π -1) + N]
F = 2(esto explica porqué la representación de isopletas o envolventes de fases es la misma
para sistemas con cualquier número de comp.)
www.gpec.plapiqui.edu.ar
Ternary mixtures: one more degree of freedom
Preguntas orientadoras para la lectura¿Qué es un punto de saturación de mezcla? ¿Cuántas fases están presentes o pueden
observarse en un punto de saturación?¿Qué información proporciona la presión de rocío de un vapor compuesto por una mezcla
de componentes?¿Qué se necesita conocer para saber a qué temperatura comenzará a evaporarse una mezcla
líquida?Para el ELV de mezclas binarias: ¿Qué tipo de diagramas permiten conocer las
composiciones de ambas fases en equilibrio y cuales no?¿Qué tipos de diagramas permiten conocer las regiones de P y T en las que una mezcla de
composición conocida será estable como una fase homogénea y aquellas regiones en las que se separará en dos fases?
¿Qué entiende por punto crítico de mezcla? ¿Qué similitudes y diferencias encuentra respecto al punto crítico de un compuesto puro?
¿Sobre qué tipos de diagramas puede analizarse el fenómeno de condensación retrógrada? Dibuje un ejemplo en cada caso.
¿Qué relación existe entre la línea crítica líquido-vapor de un sistema binario y las isopletas correspondientes a sus mezclas de distintas composiciones?
Respecto a la utilización de cada una: ¿Cuál es la diferencia fundamental entre la Regla de las Fases de Gibbs y el Teorema de Duhem? ¿Cuáles son las variables consideradas para la deducción en cada caso?