04 EqLiqVap

EQUILIBRIO
LÍQUIDO-VAPOR
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Química y Textil
Profesor: Ing. Celso Montalvo
1









Para aplicar con éxito los métodos de destilación es
necesario entender el equilibrio entre líquido y vapor.
Los cálculos de destilación se aplicarán con éxito si se
comprenden los equilibrios que existen entre la fase vapor y
líquido de las mezclasencontradas.
Los datos termodinámicos que se usan en la destilación son
de primordial importancia.
El uso de datos termodinámicos confiables es esencial para
el análisis y diseño de procesos de destilación. Cuando los
procesos no se comportan según lo especificado,
generalmente se debe a que hay algún problema con los
datos.

CELSO MONTALVO

2



El gráfico muestra el equilibrio
líquido-vapor apresión constante.
Asumiendo un depósito cerrado sin
aire lleno de una mezcla de
composición G. Conforme se calienta
el líquido se sigue una línea recta
vertical. La primera burbuja aparece
en H.
Su composición (como vapor) es J. Al seguir calentando se
forma una mezcla de vapor y líquido en equilibrio. El líquido
tiene composición L y el vapor tiene composición K. Si se
sigue calentando se llegaráa la vaporización completa. La
última gota de líquido tendrá composición N.
O

peB

M



Temperatura

N

K

L

J

H

D

E

F

G

0.0



CELSO MONTALVO

Fracción Molar de A, x ó y*

1.0

3

peA

A temperatura constante, al reducir
la presión de una mezcla binaria
desde W, la primera burbuja
aparece en U, luego hay una
mezcla de vapor de composición T
en equilibrio con vapor de
composición V; laúltima gota
desaparece en S. El valor de y* en
el punto V es la relación entre HG
y TG.

CELSO MONTALVO

W
PA

U
K

T
Presión



V

S
•

PB

H
R

pA* vs x
0.0

G

pB* vs x
1.0

Fracción Molar de A, x ó y*

4

A mayores presiones generalmente las
curvas de líquido y vapor se acercan
hasta que a cierta presión relativa (la
presión crítica del componente más
volátil) no hay distinción entrevapor
y líquido. Sólo puede haber
separación debajo de esa presión
crítica.

Pt3

Temperatura



CELSO MONTALVO

Pt2

Pt1

0.0

1.0

Fracción Molar de A, x ó y*

5






El siguiente diagrama muestra las
composiciones de los extremos de las
líneas de equilibrio, por ejemplo D
(líquido) y F (vapor), que representan
puntos de equilibrio.
La volatilidad relativa α es un indicio
de la facilidad deseparación (relación
de concentraciones en cada fase).

y* = Fracción Molar de A en vapor



yF*

P

xD
0.0

1.0

x = Fracción Molar de A en Líquido

α = PA/PB

La separación es más fácil a mayor α. Si α = 1 la separación
es imposible.

y*
1 − y * y * (1 − x)
=
α =
x
x(1 − y*)
1− x

CELSO MONTALVO

6



La Ley de Raoult describe el equilibrio de mezclas ideales:
La presión de vapor parcial p* deun componente es el
producto de su presión de vapor como componente puro
por su fracción molar:






La Ley de Dalton indica que la presión parcial de un vapor
es proporcional a su composición en el vapor. pA*=PTy*
En una mezcla ideal, la suma de las presiones parciales de
cada componente es igual a la presión total.




pA* = PAx ; pB* = PB(1 - x)

PT = pA* + pB* = PAx + PB(1 – x)

Engeneral puede considerarse que los vapores y los
líquidos forman mezclas ideales cuyo comportamiento se
describe con la Ley de Raoult y la Ley de Dalton.

CELSO MONTALVO

7








En muchas mezclas, sin embargo, la suma
de las presiones parciales de cada
componente no es igual que la presión total.
Esto se llama Comportamiento No-Ideal.
La mayoría de mezclas binarias se comporta
en elequilibrio líquido-vapor como muestra
la grafica del costado. En general, la presión
parcial de los componentes es mayor que la
presión ideal.
A este caso se llama Desviación Positiva de
la Idealidad.

CELSO MONTALVO

8





Cuando las desviaciones positivas del ideal
son lo suficientemente grandes y cuando las
presiones de vapor de los dos componentes
no están muy alejadas entre sí, las curvas de...