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Unidad II (2.3) Ingenieria en biotecnologia

1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA
CAMPUS GUANAJUATO
Termodinámica II
PROFESOR:
SILAO, GTO.; 18 DE AGOSTO DE 2009
2.2 Modelos simples para el equilibrio líquido-vapor
M. en C. GABRIEL VILLEDA MUÑOZ
e-mail: [email protected]
II. Equilibrio líquido-vapor

2. 2
Objetivo particular de la Unidad II
El alumno interpretará y resolverá problemas de los
diagramas termodinámicos de sistemas binarios para el
equilibrio líquido-vapor.

3. 3
2.2 Modelos
simples para el
equilibrio
líquido-vapor

4. 4
Modelos simples para el equilibrio líquido-vapor
•Cuando la termodinámica se aplica al equilibrio líquido-vapor el objetivo es encontrar, mediante
el cálculo, a las temperaturas, presiones y las composiciones de las fases en equilibrio.
•La termodinámica proporciona el sistema matemático para una correlación, extensión,
generalización, evaluación e interpretación sistemática de la información.

5. 5
Modelos simples para el equilibrio líquido-vapor
•Las predicciones de varias teorías de física molecular se realiza con
modelos del comportamiento del sistema en equilibro líquido-vapor.
•Los dos más simples son la ley de Raoult y la de Henry.

6. 6
Ley de Raoult
•Las dos principales suposiciones que se requieren para reducir los cálculos de EVL para la ley de Raoult son:
•La fase vapor es un gas ideal.
•La fase líquida es una solución ideal.
•La primera suposición significa que la ley de Raoult se aplica sólo a presiones de bajas a moderadas.
•La segunda implica que se tiene validez aproximada siempre y cuando las especies que constituyen el sistema sean
químicamente semejantes.

7. 7
Ley de Raoult
•La expresión matemática que revela las dos conjeturas listadas y proporcionan una expresión cuantitativa de la ley de Raoult es:
donde x
i es una fracción mol de la fase líquida, y
i es una fracción mol de la fase vapor, P
i
sat
es la presión de vapor de la especies
puras i a la temperatura del sistema. El producto y
iP se conoce como la presión parcial de la especie i.

)...,,2,1( NiPxPy
sat
iii 

8. 8
Cálculos de los puntos de rocío y de burbuja con
la ley de Raoult
•Los intereses de la ingeniería se centran en los cálculos de los puntos de rocío y de burbuja:
•P BURBUJA: Calcula {y
i
} y P, conocidas {x
i
} y T
•P ROCÍO: Calcula {x
i} y P, conocidas {y
i} y T
•T BURBUJA: Calcula {y
i} y T, conocidas {x
i} y P
•T ROCÍO: Calcula {x
i} y T, conocidas {y
i} y P

sat
i
i
iPxP
1212 )( xPPPP
satsatsat


9. 9
Cálculos de los puntos de rocío y de burbuja con
la ley de Raoult
•El sistema binario acetonitrilo(1) / nitrometano(2) se ajusta estrechamente con la ley de Raoult. Las presiones de
vapor a 75°C son:
a) Prepare una gráfica que presente a P en función de x
1, y a P en función de y
1 para una temperatura de 75°C.
kPaP
kPaP
sat
sat
98.41
21.83
2
1



10. 10
Cálculos de los puntos de rocío y de burbuja con
la ley de Raoult
Diagrama P xy para
acetonitrilo(1)/nitrometano(2)
a 75°C obtenido por la ley de
Raoult.

11. 11
Ley de Henry
•La aplicación de la ley de Raoult para la especie i requiere de un valor para a la temperatura de aplicación,
pero es inapropiada para una especie cuya temperatura crítica sea menor que la temperatura de aplicación.
donde 
i es la constante de Henry.
iii
xPy 
sat
iP

12. 12
Ley de Henry
•Si un sistema de aire en contacto con agua líquida se supone en equilibrio, en este caso el aire
se satura con agua.
•La fracción mol del vapor de agua en el aire por lo general se encuentra a partir de la ley de
Raoult, que se aplica al agua si se supone que nada del aire se disuelve en la fase líquida.

13. 13
Ley de Henry
•Si se desea calcular la fracción mol de aire disuelto en agua, en tal caso no es posible
aplicar la ley de Raoult, porque la temperatura crítica del aire es muy inferior a 25°C.
•La ley de Henry, es aplicada para presiones lo suficientemente bajas como para
suponer que la fase vapor es un gas ideal.

14. 14
Ley de Henry
•Si se supone que el agua carbonatada contiene sólo CO
2
(1) y H
2
O

(2), determine
las composiciones de las fases vapor y de líquido en una lata sellada de agua
mineral, así como la presión ejercida en la lata a 10°C. La constante de Henry
para CO
2 en agua a 10°C es aproximadamente de 990 bar.