Equilibrio de fase: líquido - vapor para mezclas binarias.

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1 Equilibrio de fase: líquido - vapor para mezclas binarias.

2 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.

3 Cuando se forman el punto de burbuja y el punto de rocío?
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.

4 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.

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6 Ley de Dalton vs. Ley de Raoult.

7 (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.

8 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

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10 … 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)

11 … 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

12 (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.

13 … 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

14 … PA = presión de saturación de H2O a 25 C; de tablas = 3,169 kPa
yA = 0,0031 yB = 0,9969

15 Ecuación de Antoine. Pi = presión de vapor (o de saturación) de i puro [kPa]

16 Parámetros para la ecuación de Antoine.
B C Benceno. 13,8594 2 773,78 220,07 Tolueno. 14,0098 3 103,01 219,79

17 Haciendo uso de la ecuación de Antoine para el benceno - tolueno.
Prepare un diagrama T-xy para una presión de 101,325 kPa

18 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.

19 (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 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.

20 ... 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 = mmHg P7 = mmHg

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22 … 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

23 (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 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.

24 … 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.

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26 … 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.

27 … 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

28 (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 mmHg (27,6 atm), las corrientes se equilibran y después se separan las corrientes de gas y agua.

29 … 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.

30 … 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 = = 3 kg SO2