equilibrio liquido vapor de una maza binaria

Vista previa del material en texto

EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR DE UNA MEZCLA BINARIA 
 PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA Periodo 2020-1 
 
Equilibrio Líquido vapor de una mezcla binaria 
 
Grupo 3 
 
Ramos, Mateo1. Ramos, Harold 2. Peña, Miguel3. Porras, Angie4. Sandoval, Liz 5. Suarez, 
Andrés6. 
 
 1 mateo.ramose@utadeo.edu.co,  2 haroldd.ramosg@utadeo.edu.co, 
3 miguel.pena@utadeo.edu.co,      4 angied.porrasn@utadeo.edu.co, 
 5 lizd.sandovala@utadeo.edu.co, 6 andresca.suarezp@utadeo.edu.co  
 
Resumen. 
La práctica de laboratorio se fundamentó en la elaboración de un diagrama de equilibrio 
líquido vapor con datos experimentales para una mezcla miscible entre metanol y 
cloroformo (Temperatura vs Composición molar), la composición molar se obtuvo a partir 
de una curva de calibración, esta se relaciona con los IR de las dos fases obtenidas del 
equilibrio, una fase líquida y otra fase de vapor. A partir de este diagrama experimental, se 
realizó una comparación con 3 modelos termodinámicos obtenidos de la modelación por 
medio de ASPEN PROPERTIES para el sistema metanol – cloroformo. Los modelos 
utilizados fueron Wilson, Uniquac y NRTL, esto con el fin de mostrar la importancia de 
seleccionar un método termodinámico adecuado según la mezcla de la que se parte para 
realizar el equilibrio L-V, tomando al modelo termodinámico NRTL como el más adecuado 
para representar el sistema según la metodología de Carlson. [4] 
 
Muestra de cálculo. 
 
Región 1 y 2. 
Inicialmente se calculan las moles de cloroformo y de metanol en fase líquida utilizando la 
densidad y el peso molecular de cada reactivo, esto se realiza de igual manera para la 
región 1 y 2, y se registran en las Tablas 3 y 5 respectivamente. En el caso de la primera 
alícuota de metanol en la región 1: 
 
(30 𝑚𝐿 ∙ 0.792
𝑔
𝑚𝐿
) ∙ (1 𝑚𝑜𝑙
𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
32.04𝑔
) = 0.74 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 
 
Luego de calcular las moles en fase líquida de cada compuesto que están presentes en la 
mezcla después de adicionar las diferentes muestras, se calculan las moles totales en 
estado líquido que se encuentran en cada volumen de mezcla de la siguiente manera. 
 
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜𝑓𝑜𝑟𝑚𝑜 + 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 (1) 
 
Se ejemplifica para la segunda muestra de la región 1 que tiene 30 mL de metanol y 10 mL 
de cloroformo. 
 
0.12 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜𝑓𝑜𝑟𝑚𝑜 + 0.74 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0.87 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 
 
Estos valores se apuntan en la Tabla 3 para la región 1 y en Tabla 5 para la región número 
2, y con ellos se haya la fracción molar de cada sustancia en fase líquida. Se dispuso la 
fracción molar de metanol en fase líquida junto con el índice de refracción, que se determinó 
durante la práctica haciendo uso del refractómetro; estos datos se relacionaron entre sí por 
medio de una curva de calibración calculada con una regresión polinómica (Figura 1). A 
mailto:mateo.ramose@utadeo.edu.co
mailto:harold.ramos@utadeo.edu.co
mailto:miguel.pena@utadeo.edu.co
mailto:angied.porrasn@utadeo.edu.co
mailto:lizd.sandovala@utadeo.edu.co
mailto:andresca.suarezp@utadeo.edu.co
EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR DE UNA MEZCLA BINARIA 
 PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA Periodo 2020-1 
 
partir de esto, se obtuvo la ecuación del índice de refracción en función de la fracción molar 
líquida. 
 
𝐼𝑅 = −0.0693𝑥2 − 0.0428𝑥 + 1.4443 (2) 
 
Donde 𝐼𝑅 representa el índice de refracción y 𝑥 representa la composición de metanol en 
la mezcla. Con esta función se puede hallar la composición de metanol en la mezcla de 
vapor (que equivaldría al condensado), debido a que se recopilaron los datos del índice de 
refracción del líquido junto con las composiciones molares del líquido de la sustancia; de 
esta manera, se hace una analogía a la fase vapor y se despeja 𝑥, composición de vapor 
de metanol. Los resultados se organizan en las Tablas 6 y 7 para la región 1 y 2 
respectivamente. 
 
Posteriormente, se realiza el diagrama de equilibrio líquido vapor con los resultados 
obtenidos, y finalmente se compara usando 3 modelos termodinámicos diferentes capaces 
de calcular este equilibrio (escogidos de acuerdo con las características de los compuestos 
según la metodología expuesta por Carlson). [4] 
 
Resultados y discusión. 
 
Región 1. 
 
 
Tabla 1. Datos recopilados en la práctica para la región 1. 
 
 
Tabla 2. Propiedades de la mezcla a T= 25°C. 
 
 
EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR DE UNA MEZCLA BINARIA 
 PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA Periodo 2020-1 
 
 
Tabla 3. Número de moles calculadas de la región 1 para cada sustancia. 
 
Región 2. 
 
 
Tabla 4. Datos recopilados en la práctica para la región 2. 
 
 
Tabla 5. Número de moles calculadas de la región 2 para cada sustancia. 
 
 
Figura 1. Curva de calibración experimental del sistema cloroformo – metanol. 
EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR DE UNA MEZCLA BINARIA 
 PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA Periodo 2020-1 
 
 
 
Tablas 6 y 7. Fracciones molares en fase vapor de las sustancias para la región 1 y 2 respectivamente. 
 
 
 
Figura 2. Diagrama T-xy del cloroformo/metanol con datos experiméntales. 
EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR DE UNA MEZCLA BINARIA 
 PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA Periodo 2020-1 
 
Figura 3. Diagrama T-xy del cloroformo / metanol a 560 mmHg, Uniquac [1] 
 
Figura 4. Diagrama T-xy del cloroformo / metanol a 560 mmHg, NTRL. [2] 
 
EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR DE UNA MEZCLA BINARIA 
 PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA Periodo 2020-1 
 
Figura 5. Diagrama T-xy del cloroformo/metanol a 560 mmHg, Wilson. [3] 
 
Al comparar el diagrama experimental T-xy vs el diagrama modelado T-xy en (Uniquac, 
NTRL, Wilson) se evidencia un gran parecido ya que, en todas se presenta un azeótropo y 
además las curvas se comportan de manera muy similar, la diferencia se refleja en el punto 
que se da el azeótropo porque en la Figura 2 se observa que esté se da a una fracción 
molar de 0,60 y 0,70 de cloroformo, es decir, el rango en el que se puede estar presentando 
el azeótropo es mayor en el diagrama experimental que en cada uno de los modelos 
termodinámicos, en la Figura 3 a una fracción de 0.7 ,en la Figura 4 a una fracción de 0.68 
y por último en la Figura 5 a una fracción de 0.68. Esto se debe a que en los datos 
experimentales siempre estará presente un amplio error por labores de medición y 
precisión, partiendo del punto en que cuando se a obtiene una alícuota del sistema a nivel 
experimental para el cálculo de los IR de cada fase existen vapores del sistema que se 
escapan. En vista general, las Figuras 2, 3, 4 y 5 tienen gran similitud en su forma, pudiendo 
decir fácilmente que el experimento se elaboro con una exactitud adecuada. 
 
Decidimos modelar el sistema metanol-cloroformo con tres modelos, los cuales son: NTRL, 
Uniquac y Wilson, basados en la siguiente ruta tomada del artículo de Eric Carlson (Figuras 
6 y 7): 
 
Se tiene un sistema con una mezcla metanol-cloroformo se considerada mayormente polar 
y no contiene electrolitos, el sistema está a una presión de 560 mmHg aproximadamente, 
presión menor a 10 bar y por último nos encontramos en dos fases liquido-vapor, de esta 
manera se dice que: se pueden utilizar los tres modelos termodinámicos mencionados 
anteriormente. Sin embargo, se debe aclarar que el modelo que más se aproximado al real 
a las condiciones del sistema dado es NRTL ya que 
 
 
EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR DE UNA MEZCLA BINARIAPROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA Periodo 2020-1 
 
Figura 6 y 7. Procedimiento según Carlson [4] 
 
Conclusiones. 
La práctica experimental permite acercar datos a los obtenidos por un modelo 
termodinámico, datos que como se evidenció no son del todo exactos, pero se logra 
modelar con una gran precisión el diagrama T-xy del sistema metanol / cloroformo. Esto 
teniendo en cuenta que se presentaron errores de medición en términos generales al 
momento de preparar el sistema y sacar alícuotas para analizarlo, errores humanos, en la 
calibración de instrumentos y en la posibilidad que se presenta en los laboratorios de 
preparar un experimento como este. 
Finalmente, la práctica permite modelar un diagrama T-xy del sistema metanol / cloroformo 
a una presión de 560 mmHg, presión de la ciudad de Bogotá -Colombia, se sabe que un 
modelo simulado también permite variar las condiciones del sistema como la presión, pero 
gracias a esto se logra percibir que tan variados pueden llegar a ser los datos 
experimentales respecto a los “reales”, partiendo del punto en que la condición de presión 
de manera directa es la “única” que estaría cambiando. 
 
Referencias. 
 
[1] ASPEN PLUS, Diagrama T-xy Cloroformo/Metanol a 560 mmHg,Uniquac , 
Bogotá,2020. 
[2] ASPEN PLUS, Diagrama T-xy Cloroformo/Metanol a 560 mmHg,NTRL , Bogotá, 2020. 
[3] ASPEN PLUS, Diagrama T-xy Cloroformo/Metanol a 560 mmHg,Wilson , Bogotá, 
2020. 
[4] E. C. Carlson, Don’t Gamble With Physical Properties For Simulations. CHEMICAL 
ENGINEERING PROGRESS,1996.