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• Jose Emmanuel Chema

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN EQUILIBRIO QUÍMICO REPORTE AZEÓTROPO

OBJETIVOS: ● Obtener datos experimentales del equilibrio liquido vapor, para una mezcla binaria ideal y construir el diagrama de equilibrio T vs X

INTRODUCCION Dentro de la industria la destilación es una operación que se practica regularmente en mezclas binarias. Una aproximación que se realiza para el estudio del equilibrio de fase liquida vapor es suponer una idealidad. En cuanto a las mezclas reales que se aíslan de este tipo de comportamiento ideal se pueden separar mediante la destilación fraccionada; cuando existe una diferencia enorme entre la mezcla ideal y la solución real, el sistema presentara lo que es llamado azeótropo. Un azeótropo es una mezcla liquida de dos o más componentes y poseen un único punto de ebullición constante, además al pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro. Un azeótropo puede hervir a una temperatura superior, intermedia o inferior a la de los componentes que la mezcla, permaneciendo el líquido con la misma composición del inicio, al igual que el vapor, por lo cual no es posible la destilación simple; cuando un azeótropo hierve a una temperatura alta se le denomina positivo y al azeótropo que hierve a temperatura mínima se le denomina negativo. Por otra parte es preciso mencionar que la actividad es una medida de una “concentración efectiva” de una especie; esta surge debido a que las moléculas de un gas o solución no ideal interactúan unas con otras. Esta no tiene dimensiones, sin embargo se hace adimensional al usar la fracción molar para su cálculo. La actividad depende de la temperatura, presión y composición. Y para los gases la presión efectiva parcial se suele referir con el nombre de fugacidad.

RESULTADOS CURVA PATRÓN

MUESTRA

CH3OH

a

b

c

d

e

f

g

h

i

VCH3OH/mL

-

0.1

0.3

0.5

0.8

1

1.3

1.5

1.8

2.1

2.3

2.1

1.9

1.6

1.5

1.2

0.9

0.6

0.4

-

1.4390

1.4296

1.4228

1.4211

1.4056

1.3956

1.3798

1.3626

1.3521

1.4465

VCHCl3/mL

ƞ

1.3340

CHCl3

Curva Patron

Densidad del metanol: 0.792 g/cm³ Densidad del cloroformo: 1,49 g/cm³ Cálculo de X de los componentes de la “a” a la “i” Ejemplo para el sistema “a” Para el CH3OH m= pV= (0.792 g/mL)(0.1mL)= 0.0792 g

0.0792 g CH3OH (1 mol32.04 g CH3OH)=0.00247191 mol X CH3OH=n nT= 0.00247191 mol0.03117856 mol=0.07928237 Para el CHCl3 M= pV= (1.49 g/mL)(2.3 mL)= 3.427 g

3.427 g CH3Cl3 (1 mol119.38)=0.02870665 mol X CH3Cl3=n nT= 0.02870665 mol0.03117856 mol=0.92071763 Fracción mol

MUESTRA

a

b

c

d

e

f

g

h

i

X CH3OH

0.0792823

0.2205346

0.3426190

0.4975523

0.5690292

0.6820912

0.7674882

0.8559398

0.912263

X CHCl3

0.9207176

0.7794653

0.6573809

0.5024476

0.4309707

0.3179087

0.2325117

0.1440601

0.087737

HOLA AQUI DEBEN USAR LA EC DE LA CURVA PATRON SOLO PARA LOS DATOS DE IR EXPERIMENTALES CON LA TEMP y=mx + b y= -0.111x + 1.4545 x= 1.35-1.4545/-0.1111 x=0.9405 Liq metanol EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR

CH3OH

ηVapor

ηLiquido

-

-

Teb C°

59.8

1

1.3609

1.35

56.9

2

1.3464

1.3575

53.4

3

1.3745

1.3849

41.9

CHCL3

-

-

50.2

1

1.3329

1.328

48.3

2

1.3409

1.4139

47.9

Gracias a esta curva patrón y con los índices de refracción de la fase vapor y de la fase líquida se pueden calcular Xmetanol y Ymetanol a cada temperatura, teniendo en cuenta la ecuación de la curva

y= índice de refracción x= X metanol Si obtenemos sustituimos los resultados en cada caso y despejamos a X, obtendremos la composición del metanol en solución El destilado nos indica la fracción molar del metanol en el vapor Entonces Para X(CH30H) Vapor (Destilado) y= -0.111x + 1.4545 η=-0.111x + 1.4545 ηVapor= 1.3609 1.3609=-0.111x + 1.4545 xMetanol Vapor= 0.84 Para X(CH30H) Líquido(Residuo) y= -0.111x + 1.4545 η=-0.111x + 1.4545 ηLiquido= 1.35 1.35=-0.111x + 1.4545 xMetanol Liquido = 0.94

El destilado nos indica la fracción molar del metanol en el vapor.

Temperatura (°C)

índice de refracción(destilado)

Ymetanol (ecuación)

59.8

1

56.9

1.3609

0.84

53.4

1.3464

0.97

41.9

1.3745

0.72

El residuo nos indica la fracción molar del metanol en el líquido.

Temperatura(°C)

Índice de refracción (residuo)

59.8

Xmetanol

1

56.9

1.35

0.94

53.4

1.3575

0.87

41.9

1.3849

0.62

T vs XY Metanol 70

Temperatura

60 50 40 30

20 10 0 0

0.2

0.4

0.6 XY Metanol

0.8

1

1.2

Ejemplo para calcular el Coeficiente de Actividad del Metanol Y Cloroformo.

Constantes de Antoine Para calcular la Presión de Vapor A

B

C

Metanol 8.08097 1582.271 239.726

Cloroformo 6.95465 1170.966 226.232

lnP°=A-B/C+T P°=10^A-B/C+T P°=10^8.08097-1582.271239.726+64.7 P°=764.5653mmHg Pt=(Xvap1*Pvap1)+(Xvap2*Pvap2) Pt=(1*764.5653)+(0*850.69)=764.5653mmHg

ϒ=meta=Pt*Xi^v/Pi°*Xi^L ϒ=meta=764.5653*1/764.5653*1=1 ΔGMezcla vs xMetanol 0.5 0

G Mez

-0.5

0

0.2

0.4

y = 5.1776x - 5.3523 0.6 0.8 1 R² = 0.1801

-1 -1.5 -2 -2.5

X Metanol

1.2

Ejemplo Como obtener

𝐺𝐸 = 𝑋𝑖𝑙𝑛(𝜎𝑖) 𝑅𝑇 Xmetanol= 0.82 Ln(ϒ)=0.2785 𝐺𝐸 = 0.82𝑙𝑛(0.2785) 𝑅𝑇

∆𝐺𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 𝑙𝑛𝜎1 ∗ 𝑥𝑖 + 𝑙𝑛𝜎2 ∗ 𝑥2

∆𝐺𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 0.2785 ∗ 0.82 + 1.07 ∗ 0.18

Ge/RT vs x Metanol 8 6

Ge/RT

4 y = 41.491x - 39.803 R² = 0.4654

2 0 -2 0

0.2

0.4

0.6

-4 -6 -8 x Metanol

0.8

1

1.2

Parámetros de Margules.

Ge/RTX1X2 12 10

Ge/RTx1x1

8 6

Ge/RTX1X2

4

Linear (Ge/RTX1X2)

2 0 -2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

XMetanol

y = 41.491x - 39.803 6 y = -8.3335x3 + 12.073x2 - 8.5605x + 4.8384 R² = 0.9981

5 4

y = 1.265x3 - 3.1733x2 + 3.0093x + 0.0848 R² = 0.9548

3

Ln de coeficiente 1 Ln de coeficiente 2

2 Poly. (Ln de coeficiente 1 )

1 0 0 -1

0.2

0.4

0.6

0.8

1

X1X2Y1Y2

Lnϒ00 =y = -8.3335x3 + 12.073x2 - 8.5605x + 4.8384 x=1 A12=0.01 y = 1.265x3 - 3.1733x2 + 3.0093x + 0.0848 x=0 A21=0.0848

Poly. (Ln de coeficiente 2)

Parámetros de Van laar Lnϒ1=𝐴12(1 +

𝑥1𝐴12 −2 ) 𝑥2𝐴21 0.94∗0.01

Lnϒ1=0.01(1 + 0.06∗0.0848)−2

=0.001

Lnϒ2=0.0848(1 + =0.0356

0.06∗0.0848 −2 ) 0.94∗0.01

Conclusiones: La parte experimental de esta práctica no fue complicada, pues aunque al principio se encontraron dificultades para instalar el material, se logró terminar con éxito, aunque en la parte del desarrollo si hubo problemas, ya que los cálculos no eran del todo correctos y en los gráficos se puede observar algunos problemas, ya que algunos no quedan graficados correctamente, se cree que el desarrollo de las formulas pudo ser incorrecta y por eso mismo los datos de las ultimas 3 graficas no coincidan a la forma que se da en las literaturas.

Observaciones En esta experimentación realizaremos una destilación, por medio de un Kit de destilación a microescala, esto con el fin de no utilizar tantos reactivos. Para mantener nuestra destilación correctamente debemos de verificar que el vapor de nuestro sistema no escape, por esto mismo se utiliza un flujo de agua que permita condensar el vapor proveniente de nuestro sujeto de estudio, al momento de agregar más reactivo a nuestro matraz se debe de ser muy cuidadoso ya que provocaremos un cambio de temperatura. También al momento de utilizar el refractómetro debemos asegurarnos de que no haya quedado sustancia de la prueba pasada, ya que esto podría modificar nuestros resultados. Es necesario colar la cantidad necesaria, ya que de lo contrario es refractómetro marcara error.