Practica 3 Termo

7/26/2019 Practica 3 Termo

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

Escuela Superior de IngenieraQumica e Industrias Extractias

!epartamento de Ingeniera Qumica Industrial

!epartamento de "isico#umica

Laboratorio de Termodinmica del equilibrio de fases

Prctica 3

Equlibrio lquido-vapor de un sistema que obedece la Ley de

Raoult

Grupo: !"3#

Gon$le$ %lva &eniffer &ocelyn

Profesor:

!n'( Rodolfo de la Rosa Rivera

")*ico +(, a . de diciembre de ./


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Laboratorio de Termodinmica del Equilibrio de Fases

I$ O%&ETI'OS (ENE)ALES

(- Preparar una serie de soluciones de metanol01-isopropanol01 de diferente concentraci2n(

(- +eterminar e*perimentalmente la temperatura de burbua4 a presi2n ambiente4 de cada una de las

soluciones preparadas(3(- 5uando las soluciones se encuentren en ebullici2n4 tomar una muestra de los vapores4 por anlisis

determinar su composici2n(6(- % partir de las condiciones y datos e*perimentales4 elaborar el dia'rama de fases t vs *y y la 'rfica y vs *(/(- +etermine la temperatura de burbua y composici2n de la fase 'aseosa te2ricas de cada soluci2n4 usando el

al'oritmo apropiado que se deriva de la ley de Raoult(7(- Elabore el dia'rama de fases te2rico t vs *y y la 'rfica y vs * de acuerdo a los datos obtenidos en /(#(- Por comparaci2n de los dia'ramas de fase elaboradas con los datos e*perimentales y te2ricos4 observar que

el sistema obedece la ley de Raoult(

II$ INT)O!UCCI*N TE*)ICA

(- Ecuaci2n de equilibrio lquido-vapor(5uando un sistema multicomponente se encuentra en equilibrio en dos o ms fases4 se cumple:a1(- La temperatura de todo el sistema es uniforme y constante 0equilibrio t)rmico1(b1(- La presi2n en todo el sistema es uniforme y constante 0equilibrio mecnico1(c1(- El potencial qumico y por lo tanto la fu'acidad parcial de cada componente es el mismo en cada una de las

fases 0equilibrio termodinmico1(Para el caso en que las fases que forman el sistema en equilibrio sean las fases lquida y vapor4 la fu'acidad

parcial de cada componente en esas fases est dado por las e*presiones:

,ase lquida:

,ase vapor:

!'ualando ambas e*presiones4 se obtiene la ecuaci2n 'eneral de equilibrio lquido-vapor 0m)todo Gamma-p8i1(

9i el sistema se encuentra a presiones baas 0 14 y si los componentes del sistema son de

constituci2n qumica semeante i 4 la ecuaci2n 'eneral de equilibrio lquido- vapor adquiere su forma ms

simple posible conocida como Ley de Raoult(

(- ;ariables de un sistema en equilibrio(

Prctica 3 2

[ ] isatsat

iii

l

i PFPxf .. 1=

Pyf iivap

i =

[ ] isat

i

sat

iiiii PFPxPy .. =

[ ] sat

iiiPF ,..

sat

iii PxPy =


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Las variables de un sistema multicomponente en equilibrio est formado por las composiciones en fracci2n mo

que tiene cada componente en cada una de las fases adems de la temperatura y la presi2n< o sea:

;ariables de la fase vapor: 5 -

;ariables de la fase lquida: 5 -

Temperatura y presi2n:

Total de variables: 5

+onde 5 es el n=mero de componentes del sistema(La re'la de las fases de Gibbs es una e*presi2n que nos da el n=mero de 'rados de libertad 0n=mero de

variables o datos1 para que un sistema est) definido 0que fsicamente e*ista1: , 5 - > ? Para el caso de un problema de equilibrio lquido-vapor 0> 0n=mero de fases1 1 se observa que se debe

conocer como mnimo una cantidad de datos i'ual al n=mero de componentes 0514 siendo los dems las

inc2'nitas(3(- Problemas de equilibrio lquido-vapor 0EL;1(

En la prctica4 se puede encontrar una 'ran variedad de problemas de EL;4 todos4 sin embar'o pueden ser

clasificados en cinco tipos bsicos:

Problema EL; @ombre +atos !nc2'nitas

Puntos de burbua

temperatura de

burbua

presi2n4 comp( fase

lquida

temperatura

comp( fase vapor

presi2n de burbuatemperatura4 comp(

fase lquida

presi2n4 comp( fase

vapor

Puntos de roco

temperatura de rocopresi2n4 comp( fase

vapor

temperatura4 comp(

fase lquida

presi2n de rocotemperatura4 comp(

fase vapor

presi2n4 comp( fase

lquida

evaporaci2ninstantnea 0flas81

temperatura4 presi2n ycomp( 'lobal

comp( fase lquida y

vapor4 0frac(

;apori$ada1

III$ !ESA))OLLO E+PE)I,ENTAL

Prctica 3 3


4/13

Montar el equipocomo se

muestra en elesquema.

Preparar mezclasbinarias quecontengan 10 20 !0"0 #0 $ %0& de unode los

componentes'

Metanol()sopropanol.

calcular el*olumen de cadauna de lassustancias.

Medir los +ndicesde re,racci-n decada mezcla $de loscomponentespuros.

ra/car larelaci-n entrecomposici-n $ el +ndice dere,racci-n $.

Poner la soluci-nen el 3er*idorsuministrarcalor esperarque ebulla

Medir los +ndicesde re,racci-n de

cadacondensado

4eterminar lospuntos de

ebullici-n de cadauna de las mezclas

en equilibrio del*apor $ del l+quido.

Tomar unamuestra del

condensado $del destilado $en,riarlas atemperaturaambiente.

4eterminar los+ndices de

re,racci-n deldestilado *apor

$ del residuo.


TA%LA !E !ATOS E+PE)I,ENTALES

X1 x temp y n(cond)

- 1.356 5".0 . (3#/-$. 1.352# 56.0 .(7A (37B/

-$/ 1.3"%# 53.0 .(3BB (373

-$0 1.3"5 52.0 .(// (3/#B

-$1 1.3"32 "%.0 .(76/ (3/

-$2 1.36## "#.0 .(#3 (36#-$3 1.36!6 "6.0 .(A6 (36

-$4 1.3!% "!.0 .(A/ (33

-$5 1.3!2" "2.0 .(B66 (333B

-$6 1.33" "0.6 .(B7BA (33.

. 1.325" "0.0 (3#7

Prctica 3 !


5/13


I'$ C7LCULOS

C8lculos reali9ados para la soluci:n -

Refracci2n ideal

7id C D (3#7 ? C D (3#/.

ICE de Refraccin - CONCENTRA

7 7id

7id . D (3#7 ? D (3#/. (3#/

id.$042

.$04-/3

.$0322/

.$03-45

.$023-1

.$02.0

.$01323

.$01.5/

.$004-5

.$00/01.$0/43

+iferencia de refracci2n

7 7* - 7id

Prctica 3 6

8ota' Los clculos se

repiten para las dems

concentraciones.


6/13


! "# X1

97

;.(....

.(../

.(..63

.(..7

.(..#

.(..#/

.(..#B

.(..#

.(..//

.(..3#

.(....

%uste de la diferencia de refracci2n(

+ado:

[x 1x 2[A+B(x1x 2 )+C(x1x22

]y ](x1x2 )]0=

[x 1x 2[A+B(x1x 2 )+C(x1x22 ]y ](x1x2)(x1x2)]0=

Prctica 3 "


7/13


x1x2[A+B(x1x2 )+C(x 1x 22 ]y ](x 1x2 )

0=

A=0.0309

B=6.6869103

C=3.1849103

naj=x1x2[0.0309+0.0067(x1x 2 )+0.0032(x 1x 22 ]]

5lculo para soluci2n .

naj=01[0.0309+0.0067(0x1 )+0.0032(012 ]]=0

Nota< El c8lculo de a=uste se repite para las dem8s concentraciones> o?teniendo la siguiente gr8@ica$

A$%#te de !n - Concentracin

97 97 a:ust

;a=ust

-$----

Prctica 3 5


8/13


-$--/2

-$--12

-$--3-

-$--4.

-$--44

-$--45

-$--4/

-$--25

-$--01

-$----

+ado:

0.0309+0.0067(x 1x 2 )+0.00321.3302=x11.3276+x21.3750+x1x2

x1=0.9698

x2=0.0302

Dia&rama de fa#e# experimenta'e#

temp temp

Prctica 3 #


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1 # x1

;1 $1

5lculos te2ricos de la temperatura de burbua(

A1=8.4796 B1=0.76982 C1=3.1085 D1=1.54481 Tc1=512.6

Pc1=80.9

A2=8.16927 B2=0.0943213 C2=8.10040 D 2=7.85 Tc 2=508.3

Pc1=47.6

P= 5851750.061

=0.7799X1=0.9X2=0.1

1=0.5T1=3701=1T1

Tc 1

P=Pc1e(A 11B11

1.5

+C113

+D116

11 )1=0.354T1=331.1441t1=T1273.15=57.9941

Prctica 3 %


10/13


2=0.35T1=3402=1T2

Tc2

P=Pc2e (A22B221.5+C223+D226

12 )2=0.3137T2=348.8539t2=T2273.15=75.7039

t=x1t1+x2t2=59.7651T=t+273.15=332.9151

1=1 T

Tc1 Psat1=Pc1e(A 11B11

1.5+C113+D116

11 )=0.8385

2=1 T

Tc 2 Psat2=Pc2e (A

22

B121.5

+C223

+D226

12 )=0.3837

y1=x 1Psat1

P=0.9676

y2=x 2Psat2

P=0.0492

s=y 1+y 2=1.0168

5lculos con una t#

1=1 T


1.5+C113+D116

11 )=1.3519

2=1 T

Tc 2 Psat2=Pc2e

(

A22B121.5+C223+D226

1

2

)=0.6664

y1=x 1Psat1

P=1.56

Prctica 3 10


11/13


y2=x 2Psat2

P=0.0854

s=y 1+y 2=1.6454

t2=t s 2=s

t=t2+(1s2)(t2t1s 2s1 )=59.4385T=t+273.15=332.5885

1=1 T


1.5+C113+D116

11 )=0.8274

2=1 T

Tc 2 Psat2=Pc2e (A22B12

1.5+C223+D22

6

12 )=0.3778

y1=x 1Psat1

P=0.9548

y2=x 2Psat2

P=0.0484

s=y 1+y 2=1.0032

t1=t2 s1=s2 t2=t s2=s

1=1 T


1.5+C11

3+D11

6

11 )=0.8253

2=1 TTc 2

Psat2=Pc2e (A22B121.5+C223+D226

12 )=0.3767

y1=x 1Psat1

P=0.9523

Prctica 3 11


12/13


y2=x 2Psat2

P=0.0483

s=y 1+y 2=1.0006

t1=t2 s1=s2 t2=t s2=s

Nota< Los c8lculos se repiten para cada soluci:n> o?teniendo la siguiente gr8@ica resultados$

*RA+ICA DE RE,.TADO,

temp temp temp.t temp.t

'$ )ESULTA!OS

Tablas de resultados

C x yt id

. (3#/ . (3#/

.( (3#A .(A3 (3#.7

.( (37BA .(33# (37//

Prctica 3 12


13/13


.(3 (37# .(67B (37.#A

.(6 (373 .(/A (3/7.6

.(/ (3/AA .(7#A (3/3

.(7 (3/6/ .(#7 (367/7

.(# (36B .(A36 (36A

.(A (367 .(AB# (33#.A

.(B (337 .(B/ (3336

(3#7 (3#7

'I$ CONCLUSI*NEn esta prctica se prepar2 una serie de soluciones de metanol e isopropanol4 y a partir de

datos e*perimentales4 que fueron la temperatura de burbua y el ndice de refracci2n4 se

reali$aron los diversos clculos que requera la prctica4 como son la temperatura te2rica y su

composici2n determinando previamente que el modelo a usar es el de Raoult4 al reali$ar los

clculos correspondientes4 se comprararon con los e*perimentales4 por lo cual se obtuvieron las

diferentes 'rficas antes mostradas(

'II$ %I%LIO()A"BA

( 5en'el( 0..1( Termodinmica a( ed( ")*ico( "c GraF ill !nteramericana(

(- 8ttp:HHFFF(ecured(cuHinde*(p8pHEcuaciI53IJ3nKdeK5lausius-5lapeyron 5onsultada el 3 de

ctubre de ./

3(- 8ttp:HHoule(qfa(uam(esHbeta-(.HtemarioHtema/Htema/(p8p 5onsultada el 3 de ctubre de ./

Prctica 3 13

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