Entalpia

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL
FACULT AD REGIONAL ROSARIO DEPART AMENT O DE INGENIERIA QUIMICA CAT EDRA DE INT EGRACIÓN III

D I A GR A M A S D E E N TA L P I A C OM P OS I C I O N

UTN – FRR

CATEDRA DE INTEGRACIÓN III

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DIAGRAMAS DE ENTALPÍA - CONCENTRACIÓN
Los diagramas de entalpía - concentración son muy adecuados para representar los datos de entalpía de mezclasbinarias. Si se dispone de ellos, son de gran utilidad para realizar balances de materia y energía en procesos de destilación, cristalización, y en todos los tipos de problemas relacionados con el mezclado y la separación. En el Anexo I se encontrarán algunos ejemplos de diagramas entalpía-concentración. En determinado momento de la carrera del ingeniero químico, se tendrá la necesidad de realizarnumerosos cálculos consecutivos de balances de materia y de energía de algún sistema binario. Probablemente se llegue a decidir que los diagramas de entalpía-concentración del sistema en estudio son de cierta utilidad, aunque éstos no se encuentran en su totalidad en la bibliografía o en la información disponible. Si no se dispone del diagrama ¿cuál sería la forma de proceder para construirlo?

1.Construcción de un diagrama de entalpía-concentración. Supongamos que se desee construir un diagrama de entalpía – concentración de una mezcla de dos componentes: A y B (siendo estos dos componentes volátiles). Estos diagramas se construyen a una presión total determinada. Como siempre, lo primero que debe hacerse es escoger la base, alguna cantidad conocida de la mezcla, generalmente un kilogramo,gramo o un kmol o mol gramo, etc. Luego se selecciona el estado de referencia (el estado y la temperatura de los componentes puros para la cual se consideraran las entalpías de estos como cero, HA = HB = 0) para los cálculos de la entalpía. Suponiendo que un kilogramo es la base, entonces el primer paso es establecer las entalpías de las mezclas binarias a distintas concentraciones a la temperaturade referencia:

∆ Hmezcla = x A .∆H A + x B.∆ HB + ∆Hmezclado (1) en donde: ∆ Hmezcla = entalpía de 1 kg de mezcla. ∆ HA ; ∆ HB = entalpía de los componentes puros por unidad de masa (1 kg) respecto a la temperatura de referencia; la temperatura de referencia no tiene que ser la misma para A y para B ∆ Hmezclado = calor de mezclado (disolución) por unidad de masa de la mezcla a la tem peraturadel cálculo respectivo. Si uno de los componentes es agua, es conveniente elegir agua líquida como estado 0 de referencia y 0 C como temperatura de referencia ya que de este modo coinciden con el estado de referencia de las Tablas de Vapor, las cuales se pueden utilizar como fuente de suministro de datos. Si ambos componentes tienen la misma
UTN – FRR CATEDRA DE INTEGRACIÓN III PAG. 2temperatura de referencia, la isoterma correspondiente a esa temperatura interceptará a los dos lados del diagrama en 0, aunque no existe ninguna ventaja en particular con esto. Una vez establecido el estado y temperatura de referencia para los dos componentes, el primer paso es establecer las entalpías de todas las mezclas a la temperatura de referencia por medio de la Ecuación 1 Pero como a latemperatura . de referencia ∆ HA ; ∆HB = 0, la Ecuación 1 queda: ∆ Hmezcla = ∆ Hmezclado (2) Si el calor de mezclado es exotérmico, la isoterma correspondiente a esa temperatura tendrá valores negativos de entalpías. Una vez determinada la isoterma correspondiente a la temperatura de referencia se pasa a construir las isotermas correspondientes a otras temperaturas. Supongamos que se quiera construir laisoterma correspondiente a 25º C. Si se conoce la entalpía a la temperatura de referencia, la entalpía a 25º C será:
t = 25 º C

(Hmezcla a 25 ° C − Ht 0 ) = ∫

t0

CpA dt

(3)

se puede encontrar ∆HA a 250 C y, en forma semejante, obtener ∆HB , a 25º C. En esta forma se tendrán localizados los puntos A y B. Una vez definidas ∆ HA y ∆HB a 250 C (o a cualquier otra temperatura a la cual...