06 equilibrio de fases
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Equilibrio de fases realizada por un nigenierano cojo ingenierito civilizado en quimicaTRANSCRIPT
EQUILIBRIO DE FASES
Profesor Javier Inostroza B.Ingeniero Civil Químico
Universidad de Santiago de ChileFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería en Minas
Energía Libre de Gibbs (G)
Se define como:
De tal modo que:
El proceso ocurre de forma espontánea y es irreversible.
El proceso ocurre de forma espontánea y es reversible.
El proceso no ocurre de forma espontánea.
EVAPORACIÓN
EQUILIBRIO DE FASES
(T, p) constantes
GAS
LÍQUIDOml
mg
Δm
EQUILIBRIO DE FASES
Para que el proceso ocurra de forma espontanea
(T, p) constantes
GAS
LÍQUIDOml
mg
Δm
EQUILIBRIO DE FASES
Por definición
(T, p) constantes
GAS
LÍQUIDOml
mg
Δm
EQUILIBRIO DE FASES
Entonces
Es decir
Flujo espontáneo a la fase con menor energía libre de Gibbs.
(T, p) constantes
GAS
LÍQUIDOml
mg
Δm
EQUILIBRIO DE FASES
En resumen
: Evaporación
: Condensación
: Equilibrio
REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
L : Número de grados de libertad.C : Número de componentes presentes.F : Número de fases presentes.
(*) Válido para sistemas sin reacción química.
REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
Ejemplo #1.-
Determinar los grados de libertad para un sistema donde se encuentran en equilibrio agua (l) y agua (v).
REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
SoluciónC=1 : Sólo un compuesto presente, el agua.F=2 : Dos fases, líquido (l) y vapor (v).
Por lo tanto se requiere conocer al menos una variable de estado para describir las condiciones termodinámicas del sistema.
REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
A
B
C
REGLA DE LAS FASES DE GIBBS
A
B
C
SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Grados de Libertad.-
• Una sola fase (F=1), entonces : G=2• Dos fases (F=2), entonces :
G=1• Tres fases (F=3), entonces :
G=0
(*) Para todos los casos anteriores: C=1.
SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Presión de saturación (ps).-
Dada una determinada temperatura, es la presión a la cual ocurre la ebullición de un líquido.
A cada presión de saturación le corresponde una y solo una temperatura de saturación (Ts).
SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Ecuación de Clapeyron.-
: Calor latente medio.: Variación en el volumen molar.
SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Ecuación de Clausius-Clapeyron.-
(*) Válida para equilibrio líquido-gas y sólido-gas únicamente, considerando que el gas se comporta de modo ideal y que la variación en la temperatura es moderada.
SISTEMAS DE UN COMPONENTE
Ecuación de Antoine.-
A y B son parámetros que dependen del tipo de compuesto, y que pueden obtenerse de bibliografía.
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Grados de Libertad.-
• Una sola fase (F=1), entonces : G=3• Dos fases (F=2), entonces :
G=2• Tres fases (F=3), entonces :
G=1
(*) Para todos los casos anteriores: C=2.
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Ley de Dalton.-
(*) Fase gas.
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Ley de Raoult.-
Ley de Henry.-
(*) Fase líquida.
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Ideales.-
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Ideales.-
Son aquellas en las que la fracción molar del líquido se aproxima a 0, por lo que se les llama también «disoluciones ideales».
: Ley de Raoult (s. concentrada) : Ley de Henry (s. diluida)
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Reales.-
Fase líquida:
: Coeficiente de actividad
(*) La fase gas se sigue considerando como ideal.
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Reales.-
Modelo de Van Laar
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Soluciones Reales.-
Modelo de Van Laar
SISTEMAS DE DOS COMPONENTESMODELO DE VAN LAAR: CONSTANTES PARA MEZCLAS BINARIAS
Componente 1 Componente 2 Temperatura [°C] B12 B21
Acetaldehido Agua 19.8 - 100 1,59 1,8Acetona Agua 25 1,89 1,66Acetona Agua 56.1 - 100 2,05 1,5Acetona Metanol 56.1 - 64.6 0,58 0,56
Agua Fenol 100 - 181 0,83 3,22Benceno Isopropanol 71.9 - 82.3 1,36 1,95
Bisulfuro de Carbono Acetona 39.5 - 56.1 1,28 1,79
Bisulfuro de Carbono Tetracloruro de Carbono 46.3 - 76.7 0,23 0,16
Etanol Agua 25 1,54 0,97Etanol Benceno 67.0 - 80.1 1,946 1,61Etanol Ciclohexano 66.3 - 80.8 2,102 1,729
Etil Acetato Benceno 71.1- 80.2 1,15 0,92Etil Acetato Tolueno 77.2 - 110.7 0,09 0,58
Etil Eter Etanol 34.6 - 78.3 0,97 1,27Isobutano Furfural 37,8 2,62 3,02Isobutano Furfural 51,7 2,51 2,83
Isopropanol Agua 82.3 - 100 2,4 1,13Metanol Agua 25 0,58 0,46Metanol Agua 64.6 - 100 0,83 0,51
Metil Acetato Agua 57.0 - 100 2,99 1,89n-Hexano Etanol 59.3 - 78.3 1,57 2,58
n-Propanol Agua 88.0 - 100 2,53 1,13Tetracloruro de
Carbono Benceno 76.4 - 80.2 0,12 0,11
Fuente: SANDLER, STANLEY.(1989). Chemical and Engineering Thermodynamics. John Wiley & Sons. New York.
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Volatilidad Relativa (α).-
Relación entre las fracciones molares de la fase líquida y la fase vapor en una solución binaria.
SISTEMAS DE DOS COMPONENTES
Volatilidad Relativa (α).-Para soluciones ideales