Evaporación - EPE - ICYTAL

UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL)
Asignatura: Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
Profesor : Elton F. Morales Blancas
ELEVACION DEL PUNTO DE EBULLICION (EPE) EN SOLUCIONES
En la mayoría de los casos de evaporación, las soluciones no son tan diluidas. Por tanto, las propiedades
térmicas de las soluciones que se evaporan pueden ser muy diferentes a las del agua. Las concentraciones
de soluciones pueden ser lo suficientes para modificar los valores de la capacidad calorífica y el punto de
ebullición del agua.
El punto de ebullición es incrementada al agregar solutos o al remover el solvente de una determinada
solución.
La EPE es la resultante de la influencia de los sólidos. En la medida que la solución restante se concentra
más su punto de ebullición se incrementa.
La temperatura de ebullición puede variarse cambiando la presión donde está contenida la solución,
incrementandose al aumentar la presión.
Método de estimación de EPE basado en principios termodinámicos
Uno de los métodos de estimación de la EPE se basa en principios termodinámicos, la cual se rige por la
siguiente ecuación:
λ ⎛ 1
1 ⎞
⎟
− Ln X A = v ⎜⎜
−
Rg ⎝ TA 0 TA ⎟⎠
(1)
XB = 1 - XA
(2)
donde:
λv
Rg
TA0
TA
XA
XB
=
=
=
=
=
=
Calor latente de vaporización (molar)
Constante ideal de los gases (molar)
Punto de ebullición del agua pura
Punto de ebullición de la solución
Fracción molar del agua en la solución
Fracción molar de los solutos en la solución.
La ecuación (1) establece una igualdad del potencial químico de las dos fases coexistentes, líquido-vapor,
del agua en el equilibrio.
Considerando una EPE pequeña y tomando el primer término de la expansión logarítmica la variación del
punto de ebullición de una solución binaria ideal está determinada por la siguiente fórmula:
EPE = ΔTB =
2
Rg TA
0
Lv
XB
(3)
1
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donde:
ΔTB =
Lv
=
Variación en el punto de ebullición.
Calor latente de vaporizacion del agua pura.
reordenando:
ΔTB =
2 Wa
Rg TA
0
Lv 1000
molalidad
(4)
de aquí se sabe que la constante de ebullición es.
Keb = (Rg T2AO Wa) / (Lv 1000)
(5)
De la ecuación (4) se tiene que la constante de ebullición también puede estimarse de la siguiente forma:
Keb = ΔTB / molalidad
molalidad = m =
(6)
M B (por 1000 g solvente)
WB
(7)
donde: MB = Masa del soluto en la solución
WB = Peso molecular del soluto
Método de estimación de EPE basado en el uso de la Gráfica de Dühring
Para soluciones fuertes de solutos disueltos no es posible predecir la elevación del punto de ebullición
debida a la presencia del soluto. Sin embargo, se puede usar una ley empírica muy útil conocida como
regla de Dühring. Con esta técnica se obtiene una recta cuando se grafica el punto de ebullición de una
solución en ºC o ºF en función del punto de ebullición del agua pura a la misma presión para una
determinada concentración a diferentes presiones. Para cada concentración se obtiene una recta diferente.
En la Figura adjunta se muestra una gráfica de líneas de Dühring para soluciones de hidróxido de sodio en
agua. Sólo es necesario conocer el punto de ebullición de una solución sujeta a dos presiones para trazar la
línea.
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EJEMPLO .
Uso de la Gráfica de Dühring Para la EPE
Como ejemplo del uso de la gráfica, considere una presión de 25.6 kPa (3.72 lb/plg2 abs) para la evaporación
de una solución de NaOH al 30%. Determínese la tempera de ebullición de la solución de NaOH, así como la
elevación del punto de ebullición (EPE)* de la solución con respecto a la ebullición del agua a idéntica
presión.
Solución: De acuerdo con las tablas de vapor, el punto de ebullición del agua a 25.6 kPa es 65.6ºC. En base a
la Fig. 6.4-2 a 65.6ºC (150ºF) para NaOH al 30%, el punto de ebullición de la solución es 79.5ºC (175ºF). La
EPE es 79.5 – 65-6 = 13.9ºC (25ºF).
En la literatura se incluyen gráficas para estimar la EPE de gran número de soluciones acuosas comunes en
procesos químicos y biológicos. Además de las sales y solutos comunes, tales como NaNO3, NaOH, NaCI y
H2SO4, se incluyen los solutos biológicos sacarosa, ácido cítrico, solución de kraft y glicerol. Estos solutos
biológicos tienen valores de EPE bastante bajos en comparación con los de las sales comunes.
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