1 PROBLEMAS TEMA 11 Problema 1 Las mezclas binarias de n

Problemas Tema 11. Generalidades sobre la transferencia de materia
PROBLEMAS TEMA 11
Problema 1
Las mezclas binarias de n-hexano (H) con n-octano (O) suelen considerarse
ideales dada la semejanza de ambos hidrocarburos. Conocidas las presiones de vapor de
ambos compuestos en función de la temperatura que se refleja en la tabla:
a) Obtener de acuerdo con dicha suposición, los diagramas de equilibrio líquidovapor (T-x,y) y (y-x) a 1 atm de presión total.
b) Calcular la variación de la volatilidad relativa αij con la composición de la
mezcla para comprobar si la suposición de idealidad es correcta.
T (ºC)
Pº (H) mm de Hg
Pº (O) mm de Hg
68,7
760
120
79,4
1.031
173
93,3
1.482
278
107,2
2.137
436
121,1
3.010
655
125,7
3.431
760
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Problema 2
El sistema tetracloruro de carbono-benceno es una mezcla binaria ideal. Calcular
la volatilidad relativa media en todo el intervalo de fracciones molares (desde x=0 x=1)
a partir de los datos experimentales de equilibrio que se presentan en la tabla y
compárese el valor experimental de fracción molar del componente más volátil (CCl4)
en la fase vapor (y) con el obtenido utilizando la volatilidad relativa media (α)
calculada.
T (ºC)
x
y
80
0
0
79,3
0,136
0,158
78,8
0,216
0,241
78,6
0,257
0,288
78,5
0,294
0,321
78,2
0,363
0,391
78
0,406
0,435
77,6
0,527
0,548
77,4
0,620
0,638
77,1
0,722
0,733
76,8
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Problema 3
Las mezclas binarias metanol-agua constituyen mezclas reales no azeotrópicas.
Conocidas las presiones de vapor de ambos compuestos a dos temperaturas, calcular,
utilizando la ley de Dalton-Raoult, los datos de equilibrio líquido-vapor que le
corresponderían si dicha mezcla fuese ideal y compararlos sobre un diagrama (x, y) con
los obtenidos experimentalmente a 1 atm de presión.
Presiones de vapor a 64,5 ºC: Pº (metanol) = 760 y Pº (agua) = 183,43 mm Hg
Presiones de vapor a 84 ºC: Pº (metanol) = 1.520 y Pº (agua) = 416,8 mm Hg
T (ºC)
x
y
100
0
0
87,7
0,1
0,418
81,7
0,2
0,579
78
0,3
0,665
75,3
0,4
0,729
73,1
0,5
0,779
71,2
0,6
0,825
69,3
0,7
0,870
67,5
0,8
0,915
66
0,9
0,958
64,5
1
1
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Problema 4
Los datos experimentales de equilibrio del sistema agua-etilenglicol obtenidos a
0,3 atm de presión indican que la volatilidad relativa no permanece constante,
conduciendo a un diagrama líquido-vapor no simétrico respecto a la segunda diagonal.
No obstante, lo valores de equilibrio (x, y) pueden reproducirse aceptablemente
utilizando un único valor de volatilidad para todo el intervalo. Calcúlese el valor que
resultaría más adecuado.
T (ºC)
x
y
160,7
0
0
145
0,03
0,53
134,7
0,07
0,7
128
0,1
0,78
118,4
0,15
0,87
103,1
0,27
0,94
89,6
0,46
0,98
83,1
0,6
0,99
78,9
0,69
0,997
76,1
0,77
0,998
69,5
1
1
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Problema 5
La ecuación de Antoine correlaciona la presión de vapor de los líquidos puros
con la temperatura según:
log P10 = A −
B
con P10 (mm Hg ) y T (º C )
T +C
Teniendo en cuenta que las constantes de dicha ecuación para el benceno y el
tolueno son:
A
B
C
Benceno
6,90565
1211,033
220,790
Tolueno
6,95334
1343,943
219,377
y que esta mezcla binaria de hidrocarburos tiene un comportamiento ideal, calcular y
representar la curva de equilibrio de este sistema, para una presión total de 1 atm.
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Problema 6
Una mezcla líquida contiene 50 % de benceno y 50 % de tolueno en peso.
a) Calcule la presión total y las fracciones molares de cada sustancia en la fase
vapor que se encuentra en equilibrio con dicha mezcla líquida a una temperatura
de 60 ºC.
b) Demuestre que la temperatura de burbuja de la mezcla líquida cuando se
encuentra a una presión total de P = 0,715 atm, es de 80 ºC.
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Problema 7
Los datos de equilibrio líquido-vapor para una mezcla binaria metanol-agua a
una presión de 1 atm son:
T (ºC)
x
y
100
0,000
0,000
96,4
0,020
0,134
93,5
0,040
0,230
91,2
0,060
0,304
89,3
0,080
0,365
87,7
0,100
0,418
84,4
0,150
0,517
81,7
0,200
0,579
78,0
0,300
0,665
75,3
0,400
0,729
73,1
0,500
0,779
71,2
0,600
0,825
69,3
0,700
0,870
67,6
0,800
0,915
66,0
0,900
0,958
65,0
0,950
0,979
64,5
1,000
1,000
a) Construya el diagrama T-x-y para este sistema.
b) Si la temperatura de equilibrio es 70 ºC y la presión del sistema 1 atm, ¿cuáles
son las composiciones del líquido y del vapor?
c) Una mezcla equimolar se alimenta a una instalación experimental para la
determinación de datos de equilibrio líquido-vapor y se le permite que alcance
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una temperatura de 80 ºC a una presión de 1 atm. Prediga termodinámicamente
la composición de las fases en el equilibrio, teniendo en cuenta que las
constantes de la ecuación de Antoine para el metanol y el agua son:
A
B
C
Metanol
7,87863
1473,110
230,000
Agua
7,96681
1668,210
228,000
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