balance

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGIENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
PI-111B
CLASE 11

ING. MBA MARIO R. DE LA CRUZ AZABACHE
MAYO 2014

SISTEMAS BINARIOS
LIQUIDOS PARCIALMENTE MISCIBLES

Cuando se pone en contacto dos líquidos parcialmente miscibles, existe un
intervalo de composiciones en las que las dos fases líquidas están en equilibrio,como por ejemplo en el sistema Agua-Fenol. (densidad de fenol: 1.07 g/cc)
80

Zona de 1
fase líquida

70

Zona de 1
fase líquida

60

B

50

Fase B : Capa superior

A

40

Fase A: Capa inferior

Zona de 2
fases
líquidas

30
20
10
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

A 50 ºC, las mezclas con mas de 11.8% y menos de 62.6% en fenol, se separan en doscapas en equilibrio, conteniendo la superior 11.8% de fenol y la inferior 62.6%

Las composiciones de las fases son independientes de la composición de la mezcla total de
las dos fases. Se denominan fases conjugadas

En el punto C (para el caso 66 ºC), las composiciones en ambas fases se igualan y la
mezcla se vuelve homogénea. En este punto se presenta la composición crítica de
disolucióny la temperatura crítica de disolución.
Para las relaciones de masa se sigue el criterio
En el punto y
80
70

Capa superior

60

y

B

50

Capa inferior

C

x

FASE B

A

Masa de la fase A By
Masa de la fase B = Ay

FASE A

40
30

En el punto x

20
10

FASE B

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

Masa de la fase A Bx
=
Masa de la fase BAx

FASE A

El aumento de la concentración de fenol en la mezcla, no altera la concentración en
ambas fases (por ejemplo en los dos casos anteriores; la fase B tiene 11.8% de fenol y la
fase A 62.6%).
Solo varía la cantidad total de cada fase.

PROBLEMA.- Se mezclan a 50 ºC, 100 kg de fenol con 300 kg de agua. En el
equilibrio se forman dos fases conjugadas. Sabiendo que a latemperatura dada, la
concentración de fenol es de 11.8% y 62.6 % respectivamente, calcular la masa de
ambas fases.

FASE RICA
EN FENOL

AGUA
300 kg

MEZCLADOR

m1 fenol
m1 agua

FENOL
100 kg
FASE POBRE
EN FENOL :
m2 fenol
m2 agua

GL= ?
300 + 100 = m1 + m2

m1 kg

(1)

En equilibrio
a 50 ºC
m2 kg

80

C

Capa superior
70

Capa inferior

60

m2

50

m1

4030
20
10
0
0

10

11.8

20 25 30

40

50

60

62.5

70

80

Concentración del fenol = (100 / (100 + 300)) x 100 = 25.0 %
Balance de masa:

m1 + m2 = 400

(1)

Relación de fases conjugadas:
Masa fase rica en fenol
Masa fase pobre en fenol
Resolviendo las ecuaciones

(1)

=

m1
25.0 - 11.8
=
= 0.35
m2
62.6 - 25.0

y (2) :

Fase rica en fenol = m1 =103.7 kg
Fase pobre en fenol = m2 = 296.1 kg

(2)

PROBLEMA.- Se mezclan a 40 ºC 200 kg de fenol con 450 kg de agua. En el
equilibrio se forman dos fases conjugadas. Utilizando el gráfico adjunto, calcular la
masa de ambas fases.

80
70

Capa superior

Capa inferior

C

60
50

m1

m2

40
30

Concentración fenol
en fases conjugadas

20
10
0
0

10

10.0

2030

30.8

40

50

60

70

66.0

80

FASE m1 : 66.0 %
FASE m2 : 10.0 %

Concentración del fenol = (200 / (200 + 450)) x 100 = 30.8 %

FASE RICA
EN FENOL

AGUA
450 kg

m1 kg

MEZCLADOR
En equilibrio
a 50 ºC

FENOL
200 g
FASE POBRE
EN FENOL :

m2 kg

Balance de masa:
m1 + m2 = 650

(a)

Relación de fases conjugadas:
Masa fase rica en fenol
Masa fasepobre en fenol =
Resolviendo las ecuaciones

(a)

m1
30.8 –10.0
= 0.5917
m2 = 66.0 – 30.8

y (2) :

Fase rica en fenol = m1 = 241.64 kg
Fase pobre en fenol = m2 = 408.36 kg

(b)

PROCESO DE EXTRACCIÓN LÍQUIDA
La extracción líquida (extracción por solventes) comprende a
los procesos en los cuales se separan los componentes de una
solución determinada, los cuales dependen a su...