sistema benceno tolueno

CAPÍTULO ll Procesos de separación vapor-líquido

11.1 RELACIONES DE EQUILIBRIO VAPOR-LÍQUIDO La regla de las fases y la ley de Raoult Al igual que en los sistemas gas-líquido, el equilibrio en los sistemas vapor-líquido sigue la regla de las fases, ecuación (10.2-l). Usaremos como ejemplo ilustrativo el sistema vapor-líquido, agua. Para dos componentes y dos fases, el valor de F  de la ecuación 1) es 2 grados de libertad. Las cuatro variables son temperatura, presión y las composiciones del (A) en la fase. vapor y en la fase líquida. Al 0 la del agua queda fija, que 1.0. Si la presión es fija, sólo se puede establecer una variable más. Al especificar la composición líquida, la temperatura y la composición del vapor quedan automáticamente especificadas. La ley de Raoult, que es una ley ideal, se puede definir para fases vapor-líquido en equilibrio:

=

(11.1-1)

donde es la presión parcial del componente A en el vapor de Pa (atm), es la presión de vapor de puro en Pa (atm), y es la fracción mol de  A en el líquido. Esta ley sólo es válida para soluciones ideales, como benceno-tolueno, hexano-heptano y alcohol metílico-alcohol etílico, que por lo general son sustancias muy similares entre sí. Muchos sistemas que son soluciones ideales o no ideales siguen la ley de Henry en soluciones diluidas.

Diagramas de punto de ebullición y gráficas Con frecuencia las relaciones de equilibrio vapor-líquido de una mezcla binaria de   A y B se expresan en forma de un diagrama de puntos de ebullición, como el que se muestra en la figura. ll. l-l para el sistema de benceno (A)-tolueno (B), a presión total de 101.32 La línea superior es del vapor saturado (linea de punto de rocio) y la línea inferior es del líquido saturado (linea de punto de burbuja). La región de dos fases está localizada en la zona situada entre estas dos líneas.

1   Relaciones de equilibrio y vapor líquido

714 TABLA

11.1-l. Datos de presión de vapor y de fracción sistema benceno-tolueno

de equilibrio para el

Presión de vapor 

Temperatura

Benceno

K 

mm Hg

80.1 85 90 95 100 105 110.6

353.3 358.2 363.2 368.2 373.2 378.2 383.8

101.32 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 240.0

Fracción mol de benceno a 325

Tolueno mm Hg

1.000 0.780 0.581 0.411 0.258 0.130

760

46.0 54.0 63.3 74.3 86.0 101.32

1016 1168 1344 1532 1800

es = 0.411

1

345 405 475 557 645 7 60

0

1.000 0.900 0.777 0.632 0.456 0.261 0

= l-0.41 1 = 0.589. Sustituyendo enlaecuación

(1 = 0.632

En la figura l-2 se muestra un método muy común para los datos de equilibrio, donde se traza una curva de en función de para el sistema benceno-tolueno. Se incluye la línea de para mostrar que es más rico en el componente que El diagrama de puntos de ebullición de la figura 11. l-l es típico de un sistema ideal que sigue la ley de Raoult. Los sistemas no ideales difieren considerablemente. En la figura ll. l-3a se muestra el diagrama de puntos de ebullición para un azeótropo de ebullición máxima. La temperatura máxima corresponde a una concentración y en este punto, La gráfica de en función de mostraría que la curva cruza la línea de en este punto. El sistema acetona-cloroformo es un ejemplo típico. En la figura ll. 1-3b se muestra un azeótropo de ebullición mínima a Un sistema típico de este caso es el de etanol-agua.

0.2

3

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Fracción mol de benceno en el líquido, FIGURA

.l-2.   Diagrama de equilibrio para el sistema benceno (A)-tolueno (B) a 101.32 atm).