AZEOTROPIA CONCEPTOS

Mezcla azeotrópica o Azeótropo: Mezcla de temperatura de ebullición de máxima o de mínima (Wade and Merriman, 1911) Estado azeotrópico: • Punto estacionario en la superficie de equilibrio T-x, y ó P-x, y • Estado en el cual la composición de cada componente es la misma en cada

una de la fases coexistentes Azeotropo de temperatura de ebullición máxima (14.7 psia) Acetona (56.5ºC) - Cloroformo (61.2ºC): 64.43ºC, 36 % Azeotropo de temperatura de ebullición minima (14.7 psia) Cloroformo (61.2 ºC) – Etanol (78.4ºC): 59ºC, 84 %

AZEOTROPIA

DETERMINACION DEL COMPORTAMIENTO Coeficientes De Distribución A Dilucion Infinita

Azeotropo de Temperatura de Ebullicion Maxima(A – B)

xB = 0: yB < xB → KB < 1 xB = 1: yA < xA → KA < 1

Azeotropo de Temperatura de Ebullicion Minima(A – B)

xB = 0: yB > xB → KB > 1 xB = 1: yA > xA → KA > 1

PRESION – AZEOTROPO DE MINIMA

PRESION – AZEOTROPO DE MAXIMA

TETRAHIDROFURANO – AGUA (147 psia)

TETRAHIDROFURANO – AGUA (14.7 psia)

AZEOTROPIA

n-BUTANOL - AGUA

Coeficientes De Distribución A Dilucion Infinita (HYSYS) Fraccion de Vapor = 0

T. Ebullición

Composición

Kagua

Kn-butanol

117.6 ºC

0.01% n-butanol

1

29.78

100 ºC

0.01% agua

5.8

1

AZEOTROPIA

COMPORTAMIENTO • CAMBIO DE CONDICIONES CON LA PRESION • AZEOTROPIA HOMOGENEA (EQUILIBRIO V-L)

• AZEOTROPIA HETEROGENEA (EQUILIBRIO V-L-L)

AZEOTROPIA HOMOGENEA Balances de materia

ioii NVyLx =+ 1 ..., ,2 ,1 −= ci

Líquido

Vapor V, y

L, x

Pared m óvil - M antiene el s istem a isobárico

Q

NVL =+ Condiciones Transformación azeotrópica

0==dtdy

dtdx ii

0≠dtdL

ii yx = 1 ..., ,2 ,1 −= ci

AZEOTROPIA HETEROGENEA n-BUTANOL – AGUA

AZEOTROPIA SINTESIS DE UN PROCESO DE SEPARACION

n-BUTANOL – AGUA

DESTILACION MEZCLA HETEROGENEA ALTERNATIVAS 1 - 2

AZEOTROPIA EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO

Coeficiente de actividad a dilución infinita

∞∞∞ == jenisati

satj

jenioi

ijeni K

TPTP

KfP

)()(φγ

Comportamiento líquido - líquido (Westerberg y Wahnschafft) • Si cualquiera de los coeficientes de actividad

a dilución infinita es mayor que 9 • Si el mayor de los dos coeficientes de

actividad es mayor que 9 veces la raíz cúbica del menor

Coeficientes de actividad a dilución infinita

i en j Agua n-Butanol Agua 1.0 40.5 n-Butanol 1.3 1.0

AZEOTROPIA EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO

Mínima Energía Libre de Gibbs molar total

RTG

RTG

RTG

RTG EXCESOMEZCLAPROMEDIO Δ

+Δ

+= Contribución de los componentes

RTGx

RTGx

RTG B

BA

A +PROMEDIO = Efecto de la entropía de mezcla ideal

))ln( BAAMEZCLA xxxRT

G=

Δ ln(Bx+ Efecto de mezclado en el comportamiento no ideal (No aplica el modelo de Wilson) (Modelo de Margules)

BA

EXCESO xAxRT

G=

Δ

AZEOTROPIA EQUILIBRIO LIQUIDO – LIQUIDO

1

2

2

1

5.05.0

xx

mm

−−

= RTGm

RTGmG FASESLASDETOTAL

22

11 +=

AZEOTROPIA PROCESO DE SEPARACION n-BUTANOL – AGUA

AZEOTROPOS MEZCLA DE TRES COMPONENTES

Coeficientes de distribución a dilución infinita

Trazas de j en i j = Acetona Cloroformo Benceno

i = Acetona K: 1.00 0,45 max 0,77 normal

Cloroformo 0,60 1,00 0,43 normal

Benceno 3,08 1,54 1,00 Cloroformo – Acetona: K’s < 1 Azeótropo de máxima ebullición ⇒ Coeficientes de actividad a dilución infinita

Trazas de j en i j = Acetona Cloroformo Benceno

i = Acetona γ: 1.00 0,52 (7,25) 1,73 (10,8)

Cloroformo 0,51 (7,2) 1,00 0,81 (8,4)

Benceno 1,45 (10,2) 0,85 (8,5) 1,00

γ’s < 9 ∧ 312 9 γγ < No equilibrio LL ⇒

CURVAS DE DESTILACION ACETONA, CLOROFORMO, BENCENO

CURVAS DE DESTILACION COLUMNAS A REFLUJO TOTAL