Termodinamica

Facultad de Ingeniería - Universidad Rafael Landívar

Boletín Electrónico No. 03

ESTIMACIÓN DEL EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR UTILIZANDO EL MODELO UNIFAC
Ing. Federico G. Salazar, correo@fsalazar.bizland.com

RESUMEN El cálculo de las condiciones de equilibrio de fases líquido vapor en mezclas multicomponentes es un tema de interés general para la Ingeniería, tal como se comentó en un artículoanterior. En esta oportunidad se presenta el cálculo de los coeficientes de actividad evaluados a partir del Método Generalizado UNIFAC y se estiman las condiciones del equilibrio líquido vapor a través de la aplicación de la ecuación de Raoult modificada. Finalmente se hace una comparación de la exactitud de este método con respecto a otros modelos simplificados.

DESCRIPTORES Termodinámica.Equilibrio líquido vapor. Soluciones no ideales. Ecuación de Raoult modificada. Correlación de Antoine. Mathcad©.

ABSTRACT Liquid vapor equilibrium calculation in multicomponent mixtures is a topic of general interest for engineering, as was indicated on previous publication. Present article shows activity coefficients estimation using Generalized UNIFAC Method and evaluation of vapor liquidequilibrium conditions through application of modified Raoult equation. Finally, it is included an accuracy estimation of UNIFAC method against other simplified models.

KEYWORDS Thermodynamics. Equilibrium liquid vapor. Non ideal solutions. Modified Raoult equation. Antoine correlation. Mathcad©.

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PRESENTACION El MODELO UNIFAC constituye actualmente el método estandarizado más conveniente para evaluar los coeficientes de actividad en mezclas líquidas y a partir de su estimación predecir el Equilibrio Líquido Vapor, para sistemas de comportamiento no ideal. Desarrollado por Abrams y Prauznitz en 1975, toma en cuenta las interacciones intermoleculares y la forma y tamaño dela molécula de cada componente del sistema y es especialmente adecuado para evaluar el comportamiento de soluciones conformadas por compuestos orgánicos. Se basa en el concepto de que en una mezcla líquida, las propiedades de la solución están determinadas por las propiedades de las especies presentes no consideradas como estructuras moleculares integradas sino como la relación e interacción degrupos funcionales determinados que estructuran cada molécula en la solución. Por otra parte, el coeficiente de actividad se evalúa en términos de la Energía Libre en Exceso, es decir, la energía “extra” de la solución que la hace no ideal. Y a su vez, el coeficiente de actividad es un reflejo de esa no idealidad. Se define por la expresión:
ln γ i

⎛ d GE ⎜ ⎜ dn RT ⎝ i

⎞ ⎟ ⎟ ⎠P , T , n jComo vemos, se puede evaluar el coeficiente de actividad a partir del cambio de la energía libre en exceso de la solución al variar la concentración de la especie i manteniendo constantes la presión y temperatura del sistema y las concentraciones de las demás especies. La ecuación para estimar la desviación de la idealidad en el equilibrio que propone el modelo UNIFAC es la siguiente:
G
E

R⋅T

G

comb

+G

resid

en donde Gcomb corresponde a la Energía Combinatoria debida a la forma y tamaño molecular y Gresid corresponde a la Energía Residual ocasionada por las interacciones moleculares Lo anterior nos lleva a la definición de los Coeficientes de Actividad evaluados por UNIFAC por la expresión:
lnγi

(lnγi)comb + (lnγi)resid

Ambas energías, combinatoria y residual,son evaluadas a través del uso de parámetros específicos para cada especie presente definidos por UNIFAC a través del volumen molecular relativo rj; el área molecular relativa qj y tomado en consideración el parámetro de interacción αi,j evaluado en forma binaria entre especies.

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