Quimica General Clase 6-b Pr y Pb

8/16/2019 Quimica General Clase 6-b Pr y Pb

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QUIMICA GENERALClase 6-B

Punto de Rocío – Punto de Burbuja.

Ingeniería Civil Industrial

Prof. Gonzalo García G.

1er Semestre 2016


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CONTENIDOS

Punto de Rocío Punto de Burbuja Sistemas binarios de equilibrio Diagrama presión-composición Diagrama temperatura-composición Problemas Resueltos Problema propuesto, desarrollo en clases


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Punto de Rocío

El Punto de Rocío de una mezcla de vapores es la temperatura ala cual se forma la primera gota de líquido cuando se enfría lamezcla a presión constante.

Mezcla Gaseosa

P T

Mezcla Gaseosa

P TR

Enfriamientoa PresiónConstante

Aparece la primeragota de líquido

La temperatura a la que aparece la primera gota de líquidose le conoce como temperatura de rocío


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Punto de Burbuja

La temperatura del punto de burbuja a una presión dada (constante) esla temperatura a la cual la presión de vapor de la mezcla líquida es iguala la presión total del sistema. Comparativamente, la temperatura del

punto de burbuja y de rocío se ilustran en las siguientes figuras:

Mezcla

Vapor

TR

P=Constante

Punto de RocíoMezclaLíquida

TB

P=Constante

Punto deburbuja

EVAORACIÓN T a P=cte.

PRIMERA BURBUJA DE VAPOR

CONDENSACIÓN T a P=cte.

PRIMERA GOTA DE LÍQUIDO


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Sistemas binarios en equilibrioLiquido-Vapor

EQUILIBRIOLIQUIDO-VAPOR

Los componentesconviven en unestado liquido-

vapor


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DiagramaPresión-Composición

El Diagrama P-xy representa convenientemente el comportamientode los sistemas binarios en equilibrio a una temperatura constante.

T=Constante

Líquido

Vapor

L+V

P V2

P V1

X 1 Y 1


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Considerando un sistema cerrado que contiene una mezcla binariadonde la composición del componente más volátil es x1, e inicialmenteesta a una presión tal que todo el sistema es líquido (punto C).

Si a temperatura constante sedisminuye la presión, se alcanzarauna presión donde ellíquido comienza a evaporarse

(punto D), en este puntola composición inicial x 1 esigual a la inicial ya que seha evaporado sólo una cantidadinfinitesimal de líquido.

P

T

C

D

F

x1


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Si se sigue disminuyendo la presión en forma isotérmica por debajodel punto D se tendrá la consecuente evaporación de líquido, hastaalcanzar el punto F, en el que se vaporiza la ultima gota de líquido.

Para los puntos que están entre D y F, las fases líquida y gaseosaestán en equilibrio.

El punto de D es el puntode burbuja y el punto F es

el punto de rocío .

P

C

D

F

x10 1


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Se puede repetir esta experiencia para varias composiciones x1, yluego se unen los puntos D y F obtenidos, consiguiendo eldiagrama de P versus x.

P V2

T=Constante

Líquido

Vapor

L+VP V2

P V1

X 1 Y 1

P

P C

D

x10 1

D D

D D

D P V1

F F F F F

F

C C C C C C C


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Podemos determinar la línea de los puntos de burbuja (los puntosD) en el diagrama P-xy para una solución ideal de una mezcla dedos componentes a temperatura constante:

2211

2111

21222

111

21

1

1

V V V

V V

V V P

V P

P P

P P P x P

P x P x P

P x P x P

P x P

P P P

P

P V2

P V1T=Constante

X 1

Graficando P en función de x 1 para una

temperatura constante


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Diagrama

Presión-ComposiciónIgualmente, podemos encontrar la curva de los puntos de rocío(los puntos F) para una solución ideal :

1211

21

1

1

21

2

221

1

1

1

1

1

111

21

1

y P P P

P P P

P

y P P

P P

P P P P

P y P

P

P y x

P x P y

P P P

V V V

V V

V

V V

V

V V V

V

V

V

P P

T=Constante

y1

P

P V2

P V1


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Diagrama

Presión-ComposiciónSi disminuimos la P a T constante desde C hasta G:

P V2

P V1

x1

y1

P

Líquido

Vapor

C

D

E

F

G

C: Disolución líquida

D: Aparece la primeraburbuja de vapor

E: Líquido y vapor enEquilibrio

F: Queda la ultima gotade líquido

G: Todo es vapor


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Diagrama

Presión-Composición Cuando se alcanza la presión del punto D se evapora la primara

burbuja de vapor cuya composición la encontramos prolongandohorizontalmente hasta la curva de los puntos de rocío.

P V1

x1 y1

P V2

P

Líquido

Vapor

C

D

E

F

G

0 1


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En el punto E el sistema esta formado por dos fases en equilibrio; una faselíquida y una fase gaseosa. La composición de la fase gaseosa laencontramos en la curva de rocío, y la composición de la fase líquida en lacurva de puntos de burbuja.

P V1

x x1 y 0 1

La composición global delsistema sigue siendo x 1

La línea AEB se llama líneade conjunción , y une lascomposiciones de las fasesen equilibrio.

P V2

P

Líquido

Vapor

C

D E

F

G

A B


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Al llegar al punto F se evapora la ultima gota infinitesimal de líquidocuya composición la obtenemos desde la curva de los puntos deburbuja.

P V2

P

Líquido

Vapor

C

D E

F

G

0 x x1=y1 1

P V1


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DiagramaTemperatura-Composición

En forma análoga al Diagrama P-xy se puede representar elcomportamiento de los sistemas binarios en equilibrio a presiónconstante en el Diagrama T-xy.

T V1

T V2

T

Curva de puntos deburbuja

Curva de puntos derocío

L+V

Líquido

Vapor

x1 y1

Temperaturaebullicióncomponente 2

Temperaturaebullicióncomponente 1


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Si se calienta isobáricamente un sistema cerrado (punto A), la primeraburbuja de vapor aparecerá cuando se alcance el punto B. La composición deesta burbuja de vapor se obtiene prolongando en línea recta desde el puntoB hasta la curva de los puntos de burbuja como se muestra en la figura.

Tb2

T1

A medida que aumenta latemperatura y se vaevaporandomás líquido, el líquido

remanente se vaenriqueciendoen el componente 2, que esmenos volátil y con un mayorpunto de ebullición.

Líquido

Vapor

x1

D

C

B

A

y

P=Constante


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Si seguimos calentando llegaremos al punto C donde se evapora laultima gota de líquido (punto de rocío).

Tb2

T1

x

Líquido

Vapor

x1

D

C

B

A

P=Constante

T1


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La curva de los puntos de burbuja la podemos obtener:

Para una temperatura dada encontramos la composición en la faselíquida del componente más volátil en el punto de burbuja.Relación que podemos utilizar para trazar la curva de los puntos deburbuja del diagrama.

21

21

2111

21

1

)(

V

V

V V

Vii Pi

P P

P P

P P x

P x P x P

P x P ideal solución Raoult deley La

P P P


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La curva de los puntos de rocío la obtenemos considerando:

De la Ley de Raoult

Reemplazando x1 de la relación obtenida para los puntos de burbuja:

Con esta relación podemos trazar la curva de los puntos de rocío.

P

P y P 11

P

P x y V 111

21

21

V V

V

P P

P P x

P

P

P P

P P y V

V V

V 1

21

21

Si


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Sistema Acetonitrilo(1)-Nitrometano(2)

Sistema que concuerdaestrechamente con la ley de

Raoult.


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Considerando el proceso de calentamiento descrito por la trayectoriaa-da-b: La mezcla líquida binaria subenfriada con un 60% molar del

componente 1 se calienta hasta llegar al punto b sobre la curvade los puntos de burbuja.En b: x = 0,6En b`: y = 0,7452 (Desde la ley de Raoult)

b-c: A diferencia de la vaporización de una sustancia pura,la vaporización de una mezcla a presión constantegeneralmente no ocurre a temperatura constante.


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A medida que aumenta la temperatura más allá de la del punto b, lacantidad de vapor se incrementa y la del líquido disminuye. Duranteeste proceso las composiciones de la fase vapor y la de líquido

cambian como lo indican las trayectorias b`c y bc`Cuando se alcanza la temperatura del punto c se llega a la curva delos puntos de rocío, lugar donde desaparece la ultima gota delíquido.

En c: y = 0.6 (de la fase vapor)En c`: x = 0.4351 (de la gota de líquido)

c-d: Sobrecalentamiento de la mezcla gaseosa.


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Problema Resuelto

Ejercicio 1Un estanque cerrado contiene benceno y tolueno distribuidos en lasfases líquida y vapor en equilibrio. Si el estanque se encuentra a 160º

C y a la presión de 4000 mmHg. ¿Cuáles son las composiciones de lafase liquida y vapor?Solución:

Benceno (v)P T

Tolueno (v)

Tolueno (liq)

Benceno (liq)

C P xC P x P y y

P x P y

P x P y

VT BVB B

T B

VT BT

VB B B

º1601º160

11

)1(

T=160º CP=4000 mmHg


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Problema Resuelto

De la tabla de constantes de Antoine:

Con la ecuación de Antoine:

obtenemos:

A B C

Benceno 6,90565 1211,033 220,79Tolueno 6,95334 1343,943 219,377

C T

B A P V

log

P V(Benceno) 5312,9 mmHg

P V(Tolueno) 2575,4 mmHg


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Problema Resuelto

Reemplazando en ecuación (1):

De la condición de saturación:

52,0

400014,25759,5312

B

B B

x

x x P

69,0

4000

9,531252,0

B

B

VB B

B

y

mmHg

mmHg y

P

P x y

Fase Líquida Fase GaseosaBenceno 0,52 0,69

Tolueno 0,48 0,31


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Ejercicio 2Considere una mezcla gaseosa equimolar de n-octano y benceno a unapresión de 100 (mmHg). La mezcla se comprime a temperatura constante de

60º C. Determinar:a) Diagrama P-xy a T= constante.b) El punto de rocío (P del punto de rocío) y composición de la primera gotade líquidoc) El punto de burbuja (P del punto de burbuja) y composición de la primeraburbuja de vaporDatos:

Problema Resuelto

mmHg P

mmHg P

C BENCENOV

C OCTANO N V

380

140

º60,

º60,

1

1

1,

21

21

V

i

i

V

iii

P

y P

y y

x x P x y P


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140 = P V2

P

Líquido

Vapor

C

D E

F

G

0,27 x1=y1 1

380 = P V1

260 = PB

0,73 xy

C: Disolución líquida

D: Última burbuja devapor

E: Líquido y vapor enequilibrio

F: Primera gota deliquido

G: Todo es vapor

204,6 = PR

a) Diagrama P-xy a T= constante.

Problema Resuelto


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b) El punto de rocío (P del punto de rocío) y composición de la primera gota delíquido

BENCENO 0.5 380

N-OCTANO 0.5 140

i Z )º60( C P V

Por Ley de Raoult

Problema Resuelto


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11

1

2

2

1

1

2

2

1

1

2

22222

1

11111

V V V V

V

V

V V

iii

P

y

P

y P

P

y P

P

y P

P

y P x P x y P

P y P x P x y P

x y z

Problema Resuelto


31/36

Problema Resuelto

73,0140

5,061,204

27,0380

5,061,204

61,204

140

5,0

380

5,0

11

2

22

1

11

2

2

1

1

V

V

V V

P

y P x

P

y P x

mmHg

P

y

P

y P Punto de Rocío

Composición dela primera gota


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Problema Resuelto

c) El punto de burbuja (P del punto de burbuja) y composición de la primeraburbuja de vapor

P

P x y P x y P

P

P x y P x y P

y x z

V

V

V

V

iii

222222

111111

1

Por Ley de Raoult


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Punto de Burbuja

Composición de la primera burbuja

27,0160

5,0140

73,0

260

5,0380

2601405,03805,0

1

222

111

2211

P

P x y

P

P x y

mmHg P

P

P x

P

P x

V

V

V V

Problema Resuelto


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Resumen

140 = P V2

P

Líquido

Vapor

C

D E

F

G

0,27 x1=y1 1

380 = P V1

260 = PB

0,73 xy

204,6 = PR

27,0

73,0

260

2

1

y

y

mmHg P B

Punto de Burbuja

Composición de la primera burbuja

73,0

27,0

61,204

2

1

x

x

mmHg P R

Punto de Rocío

Composición de la primera gota


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Ejercicio 3 DESARROLLO EN CLASES Considere el sistema líquido binario Acetonitrilo(1) 60% – Nitrometano(2) 40%.Las presiones de vapor (kPa) para cada compuesto en función de latemperatura se pueden estimar por la ecuación de Antoine a través de lasconstantes presentadas en la siguiente tabla:

a) Determine un gráfico que muestre la presión del sistema en función de x1 ey1 para una temperatura de 75 ºC.b) Calcule la presión total (kPa) y composición de la fase vapor al equilibrio.

Problema Propuesto

A B C

Acetonitrilo 14,2724 2945,47 224

Nitrometano

14,2043

2972,64

209

C T º,CT

BALogPV


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Ejercicio 4El benceno liquido es insoluble en agua. Calcular la presión delbenceno y agua si la mezcla gaseosa contiene 150000(kg) de C6H14 y

4200(kg) de H2O a una temperatura inicial de 100 ºC y a una presiónP=200(kPa).¿ A qué temperatura se puede enfriar la mezcla justo antes quecomience a condensar el agua?.Datos

Problema Propuesto

PM n % molar P (kPa)

C6H14 86 1744 88,2 200

H2O 18 233 11,8 200

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