INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE “Termodinámica del equilibrio de fases” Profa: Ing. Eva López Mérida ALUMNO: Díaz García Daniel Moreno Hernández Jorge Alberto Salazar Bello Ángel Ismael Salinas Velázquez Eric GRUPO: 2IM08 Practica No.4
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS
LABORATORIO DE “Termodinámica del equilibrio de fases”
Profa: Ing. Eva López Mérida
ALUMNO:
Díaz García Daniel
Moreno Hernández Jorge Alberto
Salazar Bello Ángel Ismael
Salinas Velázquez Eric
GRUPO: 2IM08
Practica No.4“Equilibrio Liquido-vapor de una solución no ideal
a baja presión “
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Practica No.4 “Equilibrio Liquido-vapor de una solución no ideal a baja presión “
Practica No.4 “Equilibrio Liquido-vapor de una solución no ideal a baja presión “
Objetivos
Preparar soluciones formadas por cloroformo como compuesto 1 y por metanol como compuesto 2
Medir la temperatura de burbuja de cada una de las soluciones al igual que la composición de los vapores a presión atmosférica
A partir de los datos experimentales determinar el coeficiente de actividad (gamma) de cada componente en cada solución.
Investigar el modelo de solución, Margules o Van Laar, dependiendo el que se ajuste el sistema.
Comprobar el punto anterior por medio de cálculos realizado la comparación teórica y experimental.
Consideraciones teóricas.
En el estudio ELV, en la región crítica es de importancia en la industria de petróleo y de gas natural, el procesamiento de la mayor parte de sustancias químicas se lleva a cabo a presiones bastantes bajas y el comportamiento de las fases de acuerdo con el signo y la magnitud del coeficiente de actividad en las desviaciones del comportamiento de la solución ideal tal como muestra en el diagrama P – x1La Fig. (c) representa un AZEOTROPO, donde: X1 = Y1, donde las curvas de punto de rocío y punto de burbuja son tangentes a la misma línea horizontal. Un líquido en ebullición de esta composición produce un vapor exactamente la misma composición. COMPORTAMIENTO CUALITATIVO DELEQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR
El líquido por consiguiente no cambia a medida que se evapora. No es posible la separación por destilación de esa solución a ebullición. Las siguientes graficas x1-y1 y P-T-x-y describen el comportamiento en ELV, de los sistemas bifásicos, el alejamiento de la idealidad en forma similar a las gráficas P-x, presentan azeótropo y desviaciones de la idealidad, esto nos permite visualizar, a priori los valores que podrían tomar los coeficientes de actividad en cada caso.
MODELOS QUE REPRESENTAN LA FASE LÍQUIDAEN EL COMPORTAMIENTO REAL EN ELVMODELO MARGULESE anunciado en 1895, ecuaciones que representan el excedente de energía libre por efecto de formar mezclas binarias o multicomponentes y se representan con expresiones de sufijo doble, sufijo triple o sufijo cuádruple, o sea cuadrática, cúbica, cuártica, etc.
A continuación se muestra las tres diferentes maneras que se manejaran a lo largo de esta práctica para poder encontrar los coeficientes de actividad para la corrección del equilibrio liquido vapor
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Practica No.4 “Equilibrio Liquido-vapor de una solución no ideal a baja presión “
OBTENCIÓN DE LAS CONSTANTES DE MARGULES UTILIZANDO LA ECUACIÓN DE MÍNIMOS CUADRADOS PARA UNA LÍNEA RECTA
Los modelos de Margules y Van Laar sirven para describir o de un sistema binario mediante una ecuación analítica definida en el intervalo de 0 a 1 en fracción molar. Dichos modelos son completamente integrables o diferenciables en dicho intervalo, lo cual permite obtener fácilmente las otras variables de estado. Por otro lado el método expuesto en el libro de Smith, van Ness & Abbott requiere que se grafique
vs. X1, y se describa mediante el polinomio más exacto (que dependiendo de cada caso puede llegar a tener hasta 9 constantes (orden 8) en el caso de tener 9 datos
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Practica No.4 “Equilibrio Liquido-vapor de una solución no ideal a baja presión “
experimentales que describan el sistema binario) después que se evalúe dicho polinomio
en los extremos x1=0 y x1=1 y del resultado se despejen las constates de Margules y Van Laar. A continuación se verá que es posible reducir algebraicamente el modelo de Margules y Van Laar a una línea recta, para obtener las constantes de los mismos con la ecuación de mínimos cuadrados. Se comparará con el modelo obtenido en el libro de Smith, van Ness & Abbott y se verificará que no existen desviaciones importantes, considerando las simplificaciones realizadas.
Uno de los conceptos más utilizados en esta práctica y un buen punto de apoyo es el índice de refracción que se define como El índice de refracción es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo. De forma más precisa, el índice de refracción es el cambio de la fase por unidad de longitud, esto es, el número de onda en el medio (k) será n veces más grande que el número de onda en el vacío (k0).
De las gráficas se obtienen las siguientes ecuaciones respectivamente:
y = 0.2996x2 - 1.1012x + 0.7913 A1, 2=0.7913
y = -0.3259x2 - 0.2123x + 0.4363 A2,1=0.4363
El termino independiente es un parámetro (A1, 2 y A2,1) necesario para el cálculo de
la fugacidad con la ecuación de Margules.
Ln(ɣ1)= x22(A1, 2+2*x1( A2,1 - A1, 2)
Ln(ɣ2)= x12(A2,1+2*x2(A1, 2 - A2,1)
Se calcula el coeficiente de fugacidad exponenciando ambos lados
ɣ1 ɣ2
2.2062627
1
1.79219836
1.01081102
1.5152069
1.04098981
1.3275923
1.08762563
1.20036 1.14793
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Practica No.4 “Equilibrio Liquido-vapor de una solución no ideal a baja presión “
779 8821.11524
5991.21874
9091.06018
9851.29603
2921.02684
091.37459
2061.00897
2011.44789
6771.00152
4161.50819
4141 1.54697
282
Las iteraciones terminan cuando la diferencia de los valores supuesto y el
obtenido es muy cercana a 0 teniendo las temperaturas.
t corregida (°C)
58.004555.269
53.772152.896652.373552.092
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52.015952.147552.498953.076553.8667
Con los valores de temperatura corregida obtenemos otra vez las presiones de saturación corregidas para poder realizar la gráfica de temperatura vs composición de líquido y vapor
Las presiones de saturación se obtienen como anteriormente se calculó obteniendo así: