AZEOTROPIA

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:
xB = 1:
yB < xB → KB < 1
yA < xA → KA < 1
Azeotropo de Temperatura de Ebullicion Minima(A – B)
xB = 0:
xB = 1:
yB > xB → KB > 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
P a re d m ó v il - M a n tie n e e l s is te m a is o b á ric o
Lx i + Vy
i
= N io
i = 1, 2, ..., c − 1
L +V = N
Condiciones Transformación azeotrópica
Vapor
V, y
L íq u id o
L, x
dx i
dy i
=
=0
dt
dt
dL
≠0
dt
xi = yi
Q
i = 1, 2, ..., c − 1
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
γ i∞en j =
φi P
fio
K i∞en j =
Pjsat (T )
Pi sat (T )
K i∞en
j
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
n-Butanol
1.0
1.3
40.5
1.0
AZEOTROPIA
EQUILIBRIO LÍQUIDO - LÍQUIDO
Mínima Energía Libre de Gibbs molar total
G
G
ΔGMEZCLA ΔGEXCESO
= PROMEDIO +
+
RT
RT
RT
RT
Contribución de los componentes
GPROMEDIO
G
G
= x A A + xB B
RT
RT
RT
Efecto de la entropía de mezcla ideal
ΔGMEZCLA
= x A ln( x A ) + x B ln( x B )
RT
Efecto de mezclado en el comportamiento no
ideal (No aplica el modelo de Wilson)
(Modelo de Margules)
ΔGEXCESO
= Ax A x B
RT
AZEOTROPIA
EQUILIBRIO LIQUIDO – LIQUIDO
m1 x2 − 0.5
=
m2 0.5 − x1
GTOTAL DE LAS FASES = m1
G1
G
+ m2 2
RT
RT
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
∧γ
2
< 9 3 γ1
⇒ No equilibrio LL
CURVAS DE DESTILACION
ACETONA, CLOROFORMO, BENCENO
CURVAS DE DESTILACION
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