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