Equilibrio Solido -Liquido sist LICl NaCl

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA
TITULO: Equilibrio Sólido-Líquido del Sistema LiCl-NaCl-H2O a 15, 25 y 40ºC
POSTULANTE: Jorge Alfredo Lovera Copa
FECHA DE DEFENSA: 31 de Octubre de 2006
INTRODUCCION
El modelo semiempírico de Pitzer (1973) es frecuentemente utilizado para el cálculo de solubilidades
de sales, el cual es de gran importancia en el diseño, simulación y optimización de muchos procesos
industriales. Fue originalmente formulado para disoluciones multicomponentes hasta fuerzas iónicas de
6 m y es exitosamente aplicable en ese rango; sin embargo, varios investigadores utilizan el modelo de
Pitzer a fuerzas iónicas superiores al rango de aplicación como un método de extrapolación de las
propiedades físicas de minerales; sin embargo, los parámetros de ajuste del modelo de Pitzer pueden
inducir errores significativos en la predicción de solubilidades a fuerzas iónicas altas.
A pesar de los numerosos trabajos de termodinámica de concentración de mezclas de electrolitos y
la predicción de solubilidad de minerales: Harvie y Weare (1980); Pabalan y Pitzer (1987); Jerry,
Greenberg y Moller (1989); Nicolaisen, Rasmussen y Sorensen (1993); Weber (2000), entre otros;
existe escasa información, por no decir nula, acerca de la predicción del equilibrio sólido-líquido del
sistema LiCl-NaCl-H2O. Una de las motivaciones de este trabajo es proponer un procedimiento
analítico para predecir el equilibrio sólido-líquido del sistema ternario: LiCl-NaCl-H2O a las
temperaturas de 15, 25 y 40ºC, aplicando el modelo de interacción iónica de Pitzer.
De los resultados experimentales de solubilidad publicados en la literatura científica-tecnológica
para varios sistemas ternarios (dos sales y agua), se ha encontrado para el sistema LiCl-NaCl-H2O
resultados a 25ºC obtenidos según Smith, Elgersma y Hardenberg (1924); y a 40ºC por Blidin (1953);
ambos resultados se disponen en el compendio de Link y Seidell (1965). Una segunda motivación de
este trabajo es ampliar la información experimental con la obtención de datos experimentales de
solubilidad a la temperatura de 15ºC, temperatura de operación que está dentro el rango de
temperaturas en que normalmente se lleva acabo procesos de concentración y cristalización
fraccionada de los sistemas salinos.
JUSTIFICACION DEL TEMA
Actualmente, los datos de solubilidad del sistema LiCl-NaCl-H2O que se dispone es insuficiente, por lo
que hay necesidad de métodos y correlaciones que permitan interpolar o extrapolar o bien estimar las
solubilidades del sistema a otras condiciones de temperatura y concentración, lo cual se justifica por la
gran utilidad de éstos en los diversos campos de aplicación: geoquímica, hidrometalurgia, tratamiento
de aguas industriales, diseño de cristalizadores, cinética química, etc.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el diseño, simulación y optimización de procesos y de equipos de cristalización, la estimación de la
solubilidad de sistemas como el LiCl-NaCl-H2O es todavía un problema, debido a que hasta la
actualidad no existe un modelo simple que describa satisfactoriamente el comportamiento de las
soluciones electrolíticas en un amplio intervalo de concentraciones y temperaturas.
OBJETIVO GENERAL
Determinar las curvas de saturación isotérmica del sistema LiCl-NaCl-H2O mediante un modelo
matemático, a las temperaturas de 15, 25 y 40ºC.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
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Desarrollar un procedimiento experimental para la obtención de datos de solubilidad a la
temperatura de 15ºC.
Formular las ecuaciones que representan el equilibrio sólido-líquido de un sistema ternario de
dos electrolitos uni-univalentes con un ion común.
Desarrollar el modelo de Pitzer para la representación de los coeficientes de actividad y
osmótico de electrolitos un-univalentes y del agua, respectivamente.
Calcular las constantes del producto de solubilidad a 15, 25 y 40ºC.
Cálculo de las solubilidades del sistema LiCl-NaCl-H2O a 15, 25 y 40ºC.
Validación del modelo matemático.
HIPOTESIS
Si la predicción de solubilidades con el modelo de Pitzer no es exitosa, entonces el modelo se modifica
y éste explica las observaciones experimentales satisfactoriamente.
METODOLOGIA
Los datos experimentales de solubilidad a 15ºC fueron obtenidos en el Laboratorio de Investigación de
Procesos de la Universidad de Antogasta, Chile, a través de la aplicación del “Método de los Residuos
Húmedos de Schreinemakes”. La representación matemática del equilibrio sólido-líquido se ha
formulado empleando el “Método de la Constante de Equilibrio en combinación con el Modelo de
Pitzer”.
ANALISIS Y DEMOSTRACION DE LA HIPOTESIS
El cálculo de solubilidades por el modelo matemático fue comparado con los datos experimentales de
solubilidad del sistema LiCl-NaCl-H2O a las tres temperaturas, 15, 25 y 40ºC. Los resultados de
predicción son consistentes con los datos experimentales; por lo tanto, se demuestra la hipótesis
definida.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Con la aplicación directa del método de Pitzer, los resultados de la predicción de las solubilidades del
sistema LiCl-NaCl-H2O a 15, 25 y 40ºC son inconsistentes, debido a que el sistema en particular
involucra fuerzas iónicas altas, entre 6 a 30 m aproximadamente.
Se ha demostrado que es posible extender el rango de aplicación del modelo de Pitzer a fuerzas
iónicas altas. Para ello, se ha modificado adecuadamente dicho modelo, introduciendo nuevos
parámetros binarios de ajuste, los cuales fueron encontrados por ajuste de mínimos cuadrados. En este
caso, los resultados de la predicción con el modelo matemático modificado a 15, 25 y 40ºC son
satisfactorios en el intervalo de fuerzas iónicas altas, con desviaciones estándar pequeñas, 0,63; 0,096 y
0,069 mol/kg, respectivamente.
La versión de la correlación presentada puede incorporarse en algoritmos de diseño de procesos de
cristalización fraccionada y simulación de procesos de electrolitos fuertes simples del tipo 1:1, con una
precisión variable en las predicciones del equilibrio sólido-líquido, dependiendo del sistema estudiado,
pero razonablemente alta para ser usada en estimaciones preliminares.