• Author / Uploaded
• Hernan Felipe Cifuentes Peña

Citation preview

UNIVERSIDAD DE CONCEPCION FACULTAD DE INGENIERIA DEPTO DE INGENIERIA QUIMICA

TERMODINAMICA DE PROCESOS QUIMICOS 2019/I RESUMEN: MODELO DE SOLUCIONES IDEALES 

Propiedades de mezclado Modelo de mezclado para gases ideales

Modelo de mezclado para la solución ideal

1

 Propiedades de soluciones ideales En general, se determinan revirtiendo la fórmula De esta forma, para toda solución que define una propiedad de mezclado: (incluidos los gases ideales) tenemos

ideal

Existen varias posibilidades para la determinación de las propiedades de puro; por ejemplo: tablas de vapor, ecuaciones de estado, diagramas termodinámicos. Una aproximación adecuada para lo que conocemos a este punto es la siguiente 

Líquidos Entalpia de puros



Entalpia de puros



Entalpia de Mezclas



Entalpia de Mezclas



Entropía de puros



Entropíade puros



Entropía de mezclas



Entropía de mezclas

1

El término

Vapores

corresponde a la energía de Gibbs de un componente puro en la fase (sólido, líquido o gas) en

que el potencial químico se evalúa.

donde

,

corresponden a valores de referencia de gas ideal tomados a T0, P0

(convenientemente 298.15K y 1 bar, estado referido como estándar). Cuando no hay reacción química, los valores , pueden suponerse nulos. es el calor de vaporización tomado a T0, en tanto que Pi0 corresponde a la presión de vapor del fluido. 

Equilibrio de fases

Ley de Raoult 1. la fase de vapor está en condición de baja presión y puede ser tratada como gas ideal, 2. la fase líquida es una mezcla constituida por moléculas similares, 3. las fases de líquido y gas experimentan equilibrio

Para un caso binario, la presión de ebullición de la mezcla distribuye linealmente entre los puros

Diagrama de fases isotermal 1.2

P1

1.0 líquido subenfriado

0

P  x1 P10  x2 P20  P20  x1  P10  P20  La fracción molar de la fase de vapor puede calcularse de

P / bar

0.8

0.6

y1 

ELV

burbuja

0.4

P2

 Pyi = xi Pi 0

vapor sobrecalentado

0

Se observa que, excepto en el caso de los fluidos puros, los estados de burbuja y rocío no son coincidentes.

rocío

0.2 0.0

0.2

0.4

0.6 x1, y1

0.8

x1 x1  x2 P20 / P10

1.0



Cómputo generalizado del equilibrio de fases líquido-vapor Ecuaciones básicas de balance de materia y relaciones de equilibrio (relaciones de Rachford-Rice) :   1    K i  1  i 1  FO     j 1   j  FO  j    2 j  C  Ki  1   FO    zi     i 1 1    K i  1  

 C

FO 

zi  K i  1

   

1

donde z corresponde a la fracción molar de la alimentación,  = V / F es la fracción vaporizada, Ki es la constante de vaporización que, en la ley de Raoult, queda definida como Ki = Pi0/P

Figura 1. unidad de flasheo

 Puntos de burbuja Definición: el líquido satura establemente con una burbuja de masa diferencial de vapor. Alimentando un líquido en estado de burbuja a la unidad mostrada en la Figura 1: zx ;  0.

En la ley de Raoult, la constante de vaporización es Presión de burbuja (PB), { x, T }  { y, P }

. Temperatura de burbuja (TB), { x, P }  { y, T }

C

C

P = å xi Pi 0

FO(T ) = P - å xi Pi 0 (T )

i=1

i=1

xi Pi 0 yi = P

xi Pi 0 (T ) yi = P

 Puntos de rocío Definición: el vapor satura establemente con una gota de masa diferencial de líquido. Alimentando un vapor en estado de rocío a la unidad de separación mostrada en la Figura 1: zy;  1 C

FO =

zi ( K i -1)

C

å 1+y ( K -1) å i=1

i

=

i=1

yi ( K i -1) Ki

C

= 1-

å i=1

yi Ki

Se tienen las siguientes reducciones en cómputos específicos con la ley de Raoult

Presión de rocío (PR), { y, T }  { x, P }

æ C y ö P = ç å i0 ÷ è i=1 Pi ø xi = 

Temperatura de rocío (TR), { y, P }  { x, T }

-1

æ C y ö FO(T ) = P - ç å 0 i ÷ è i=1 Pi (T ) ø

yi P Pi 0

xi =

-1

yi P Pi 0 (T )

Cómputo de flash o estado de una corriente{ z , T, P }{ , x, y } secuencia iterativa para la fracción vaporizada

zi ( K i - 1)

ü ï -1 1+ y ( K i - 1) ï i=1 æ ö ïï ¶FO ÷ ý Þ y j+1 = y j - FO y ç j ¶ y ç ÷ 2ï yj ø è C é Ki - 1 ù ï ¶FO = - å zi ê ú ï ¶y i=1 êë 1+ y ( K i - 1) úû ïþ C

FO =

å

cálculo de las fracciones molares en el equilibrio

xi =

zi 1+ y ( K i -1)

;

yi =

zi K i 1+ y ( K i -1)

El cálculo se realiza sólo si el orden de magnitud de las constantes de vaporización está alternado por sobre y bajo la unidad Tabla de Interpretación de Estados

Ki’s

>1

 

1

1

vapor sobrecalentado

0  1

mezcla en ELV