Equilibrio líquido vapor: destilación por lotes

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Estudios Superiores
Campus Cuautitlan

Carrera
Ingeniería Química

Materia
Laboratorio Experimental Multidisciplinario V

Cuestionario Previo 3
“Equilibrio Líquido Vapor: Destilación por Lotes”

Cortes Aguilar Gabriela Irais
Grupo: 2608

Fecha: 1-Septiembre-2009

Equilibrio Líquido Vapor: Destilación por Lotes1. Escriba la ecuación de Rayleigh, describa cada uno de los términos y explique las suposiciones utilizadas en su deducción.
El vapor que se desprende en una destilaci6n diferencial verdadera esta en cualquier momento en equilibrio con el líquido del cual se forma, pero cambia continuamente de composición. Por lo tanto, la aproximación matemática debe ser diferencial. Supóngase que encualquier momento durante el desarrollo de la destilación hay L moles de líquido en el destilador con una composición x fracción mol de A y que se evapora una cantidad dD moles del destilado, de composición y* fracción mol en equilibrio con el líquido. Entonces, se tiene el siguiente balance de materia:

| Materia Total | Componente A |
Moles de Entrada | 0 | 0 |
Moles de Salida | dD | y*dD |Moles Acumulados | dL | d(Lx)=Ldx+xdL |
Entradas – Salidas = Acumulación | 0 – dD = dL | 0 - y*dD = Ldx + xdL |

Las dos últimas ecuaciones se vuelven:

y*dL=Ldx+xdL
O bien

Ldx=y*-xdL

Que es una ecuación de variables separables. Su integración entre los límites (L0, x0) y (L, x), conduce ala denomina ecuación de Rayleigh.

lnLL0=x0Xdxy*-x

en donde L son los moles cargados decomposición x y L0 los moles de líquido residual de composición x0. Puede utilizarse para determinar L , L0, x o x0 cuando se conocen tres de ellas.

2. Explique la forma como se puede resolver la ecuación de Rayleigh para obtener la composición del residuo en función de la relación L/Lo, en el caso de que se disponga de datos experimentales de composición de equilibrio x y.

Para laintegración del segundo miembro de la ecuación de Rayleigh resulta necesario conocer alguna relación que ligue las fracciones molares x, y. Por ejemplo, puede utilizarse la volatilidad relativa media. En este caso tal relación es:
y=∝mx1+∝m-1x
Por lo que la ecuación de Rayleigh toma la forma:
lnLL0=-1∝m-1lnxx0+∝mln1-x01-x
En donde ∝m es la volatilidad relativa media.

Cuando se dispone de datosexperimentales piloto o de planta, el método más simple y general para evaluar esta integral es el grafico, en donde se asientan valores de (1/y-x) vs. (x) y se determina el área bajo la curva entre los limites xL0 y xL.

3. Consiga los datos de equilibrio de T-x-y del sistema etanol agua (o del sistema que vaya a utilizar) a la presión de 586 mm de Hg.

Datos de temperatura composición |T, °C | x | y |
92.8 | 0.00 | 0.000 |
85.6 | 0.05 | 0.275 |
81.7 | 0.10 | 0.400 |
79.3 | 0.15 | 0.475 |
77.7 | 0.20 | 0.525 |
76.5 | 0.25 | 0.565 |
75.7 | 0.30 | 0.595 |
75.0 | 0.35 | 0.620 |
74.4 | 0.40 | 0.640 |
73.9 | 0.45 | 0.660 |
73.5 | 0.50 | 0.680 |
73.2 | 0.55 | 0.705 |
72.8 | 0.60 | 0.725 |
72.5 | 0.65 | 0.750 |
72.2 | 0.70 | 0.775 |
72.0 | 0.75 | 0.805 |71.9 | 0.80 | 0.835 |
71.8 | 0.85 | 0.870 |
71.7 | 0.90 | 0.900 |
71.8 | 0.95 | 0.950 |
71.9 | 1 | 1.000 |

4. Mediante un diagrama de equilibrio de temperatura contra composición, a presión constante, explique los cambio de temperatura, composición del liquido y composición del vapor que ocurren en un destilador por lotes.

Considérese primero una sección típica a presiónconstaten (figura a). El punto A y B son los puntos de ebullición de estos componentes puros a la presión considerada. La curva superior es la relación entre la temperatura y la composición del vapor. La curva inferior es la relación entre la temperatura y la composición del líquido. Las mezclas de líquido y vapor en el equilibrio están a la misma temperatura y presión, de forma que las líneas de...