4a equilibrio entre fases

Ingeniería Química - Univ. Valladolid

Tema 4a :

Equilibrio entre fases

Equilibrio entre fases

• Introducción: tipos de equilibrio y aplicaciones relacionadas.
• Equilibrio líquido-vapor binario:
• Soluciones ideales:
• Descripción y cálculo.
• Mezclas reales (descripción):
• Diagramas Txy, xy, Pxy, PTxy, PT .
• Desviaciones de la idealidad: azeótropos, inmiscibilidad, ...

TermodinámicaAplicada – 2005/06

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EQUILIBRIOS

Equilibrio entre fases

• ELV
•Líquido-Vapor
• Gas-Líquido (solubilidad de gases en líquidos)
• Psicrométrico (gas insoluble-liquido volátil)
• ELL
• Binario (miscibilidad parcial)
• Multicomponente
• ESL
• Binario (fusión/solubilidad)
• Multicomponente (fusión/solubilidad)

APLICACIONES

• Aparición de fases indeseable.
• Sepersigue la aparición de fases:
• ELV
• Rectificación,
• Gas-líquido : absorción.
• Psicrométrico: acondicionamiento
enfriamiento agua con aire
• ELL: extracción líquido-líquido
• ESL : Cristalización, extracción, fusión por zonas

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Equilibrio entre fases

EQUILIBRIO LÍQUIDO-VAPOR (Soluciones Ideales)
V

P,T

• 2 fases,2 componentes → L = 2

y1,y2
x1,x2

• Regla de las fases: L = C + 2 - F
• Cálculos:

L

• x,P → T,y (temperatura del punto de burbuja)
• x,T → P,y (presión del punto de burbuja)
• y,P → T,x (temperatura del punto de rocío)
• y,T → P,x (presión del punto de rocío)
• P,T → x,y (escisión líquido-vapor o flash)

• Soluciones ideales → Ley de Raoult:

Pi = xi Pi Sat → y i = xi

Sat
Sat
• Debencumplir, también: x1 P1 + x 2 P2 = PT

Pi Sat
(para cada comp.)
PT

⎛
⎜⎜ multicomp. →
⎝

n

∑ Pi = PT →
i =1

n

∑x
i =1

i

Pi

Sat

⎞
= PT ⎟⎟
⎠

⎧ z i N = xi L + y i V ( cada comp.)⎫
• Y, en el caso del flash , además, el balance de materia: ⎨
⎬
N = L +V
⎭
⎩

• Solo se cumple para mezclas sin interacciones apreciables y bajas presiones.
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Equilibrio entre fases

FLASH MULTICOMPONENTE (Soluciones Ideales)
z1,z2 ...zn

P,T

V

y1,y2 ...yn

• Cálculo de presiones de puntos de burbuja y rocío
para ver si existirá escisión en dos fases (PB • Valores K:

L
x1,x2 ... xn

Pi = x i Pi

Sat

y i = xi K i

Pi Sat
→ y i = xi
→
PT
yi
Pi Sat
, Ki =
=
xi
PT

• Función exclusiva de P y T (soluciones ideales).
• Balance demateria:

⎧ L +V =1 ⎫
y
yi
→ z i = i (1 − V ) + y iV
⎨
⎬ → z i = xi (1 − V ) + y iV , xi =
Ki
Ki
⎩ z i = x i L + y iV ⎭
n
n
zi K i
zi Ki
→ ∑ yi = ∑
=1
yi =
1 + V (K i − 1)
i =1
i =1 1 + V (K i − 1)

• Rectificación:

• Cuya sola incógnita es V; se resuelve por tanteo. Conocidas L y V:
yi =

zi Ki
y
, x i = i → x1 , x 2 ... x n , y1 , y 2 ... y n
1 + V (K i − 1)
Ki

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Equilibrio entre fases

DIAGRAMA Txy / DIAGRAMA xy
PC1>T>PC2
T

T

No
existe
líquido

Linea de eq

L

y
V

L

P. de burbuja

0

y1,y2
x1,x2

vapor sat

sat
2

V

P,T

x,y

P. de rocío

y

líquido sat

T

sat
1

1
x

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Equilibrio entre fases

Cloroformo + acetona a 101,3 kPaTermodinámica Aplicada – 2005/06

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Equilibrio entre fases

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Equilibrio entre fases

DIAGRAMA Pxy
Linea de eq
TC1>T>TC2

P

y1,y2

No
existe
líquido

x1,x2

P
V

L

V

P,T

L

sat
1

at
s
ido
u
q
lí
vapor

sat
P 2

0

x,y

sat

y

1
x

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Equilibrio entre fases

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Equilibrio entre fases

• Variables: P, T, x → 3 dimensiones.

ELV BINARIO PTxy

Lugar geométrico P.C.

Diagrama PTxy

• Información básica:
para cada punto →fases,

PC
PC2

xey.

V

P

PC1

Líquido

L

• Punto en la zona de dos fases
L

L+V, a P y T ctes.

Isob....

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