Equilibrio Termodinámico entre Dos Fases
Para que exista un equilibrio termodinámico entre dos fases, debe existir:
- Un equilibrio mecánico entre las fases.
- Un equilibrio térmico.
- Igualdad de potenciales químicos, temperaturas y presión.
Cálculo de Etapas de Equilibrio
Requiere el planteamiento de las siguientes relaciones de diseño: los balances de materia (y de energía) combinados con las relaciones de equilibrio entre fases.
Grados de Libertad
Es el número de variables independientes que se deben especificar para que queden fijados el resto de variables dependientes y poder resolver el sistema. Están relacionadas por las relaciones de diseño.
Limitaciones de la Regla de las Fases de Gibbs
Está limitada porque no hace referencia a variables extensivas (alimentaciones, flujos caloríficos, etc.), ya que es aplicable cuando existe equilibrio físico entre fases y solo considerando variables intensivas. Para que su aplicación sea posible, esta se extiende en variables extensivas añadiendo corrientes materiales y de energía con sus variables extensivas y ecuaciones independientes adicionales que permitan correlacionarlas.
Cuando un Líquido y Vapor están en Equilibrio
Cuando se tiene una mezcla y se lleva al equilibrio, hay dos fases (líquido y vapor). Entonces, a una temperatura dada en el equilibrio, esta se leerá como un líquido saturado o vapor saturado, porque realmente cualquier punto del equilibrio estará formado por una fase vapor y otra líquida, ambas saturadas. Por tanto, estas fases en equilibrio estarán en su temperatura de saturación, cuando se empiezan a formar las primeras burbujas para el líquido (temperatura de burbuja) y las primeras gotas para el vapor (temperatura de rocío).
Destilación y Azeótropos
Diferencia entre Azeótropo Homogéneo y Heterogéneo
Un azeótropo homogéneo es aquel en el que existe una única fase líquida y coexisten dos fases (L y V), mientras que el heterogéneo es aquel en el que más de una fase líquida está presente y, por lo tanto, coexisten tres fases (L, V y L’).
¿Por qué limitan los Azeótropos el Grado de Separación Alcanzable en una Operación de Destilación?
Porque cuando en una destilación nos acercamos al punto azeotrópico, este punto actúa como una barrera y no permite seguir destilando, ya que la composición de vapor y líquido son la misma (Ya=Xa), por tanto, Ki=1 y αab=1 y no se puede separar. Además, en los puntos próximos al azeótropo, las composiciones Xa e Ya serán similares y la volatilidad relativa será próxima a uno, dificultando la separación, con lo que harían falta múltiples etapas de equilibrio.
Flash Isotérmico y Adiabático
Diferencia entre Flash Isotérmico y Adiabático
Los dos equipos trabajan a una presión fijada, pero en el flash isotérmico se debe fijar la temperatura de trabajo (T=cte) y en el flash adiabático se debe fijar que Q=0, ya que no intercambia calor con su entorno. El flash adiabático tiene una válvula que realiza una descompresión adiabática (Q=0) del líquido entrante, mientras que el isotérmico no tiene esta válvula.
¿Por qué es Importante el Cálculo de Flash Isotérmico?
Porque hay que emplear el proceso resolutivo de Rachford-Rice, el cual está muy extendido en simulación de procesos. Permite el cálculo de estos equipos, cálculo de puntos de burbuja de rocío de una determinada mezcla y también el cálculo de otros equipos como el flash adiabático, basado en el cálculo del isotérmico de forma iterativa.
Extracción Líquido-Líquido
Extracto y Refinado
El extracto es la corriente rica en disolvente extractor (C) que tendrá consigo la mayor cantidad de soluto (B). El refinado es la corriente rica en el disolvente portador (A) que tendrá toda la cantidad de soluto (B) que el disolvente extractor no haya conseguido retirar.
Diagramas Triangulares
Para una mezcla ternaria, permiten leer las composiciones de cada compuesto, el punto de mezcla de los tres componentes y podemos ver el refinado y el extracto.
- Curva binodal (límite de miscibilidad): Separa dos zonas, por encima zona monofásica y por debajo bifásica, establece la zona en la que se da el equilibrio y una separación de los tres componentes. Se construye con los datos de miscibilidad.
- Líneas de reparto: Determinan la separación, se construyen con los datos de equilibrio y distribuyen las composiciones de extracto y refinado en equilibrio de las fases.
- Punto de pliegue o crítico: Es el punto en el que las dos fases que se forman (extracto y refinado) tienen la misma composición.
Diagrama Triangular Rectangular
Solo se representan dos de los tres componentes y el tercero se obtiene por diferencia en % en peso. La ventaja del equilátero es que permite leer las tres concentraciones a la vez.
Cristalización
- Punto eutéctico: Punto que corresponde en un diagrama de equilibrio sólido-líquido a una temperatura y composición donde se produce el punto de fusión más bajo.
- Líquido o disolución madre: Es el líquido que queda restante de la precipitación de los cristales de algunas sustancias.
- Hidratos: Son compuestos sólidos y estables, formados al cristalizar una sal con agua.
Lixiviación
Extracción sólido-líquido a una sola etapa de equilibrio.
- Corriente entrante, F, libre de disolvente (c) tal que XbF=1.
- Corriente de disolvente entrante S, libre de sólido insoluble (a) y de solutos (b), tal que YaS=YbS=0.
- Equilibrio entre las disoluciones líquidas existentes que salen (flujo inferior U y flujo superior V) tal que XbU= YbU.
- Flujo superior V libre de sólido insoluble (a), tal que YaV=0.
Nota: Los subíndices y superíndices indican el componente y la corriente, respectivamente.