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ESCUELA DE INGENIERIAIngeniería De Procesos

ASIGNATURA TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO

CODIGO PR0245

SEMESTRE 2013-2

INTENSIDADHORARIA

48 horas semestral

CARACTERÍSTICAS Suficientable

CRÉDITOS 3

1. JUSTIFICACIÓN CURSO

 

En los procesos industriales se emplean diferentes operaciones de separación ypurificación con el fin de obtener productos de interés a partir de mezclasmulticomponentes. En la mayoría de estas operaciones unitarias entran en contacto doso más fases, presentándose una transferencia de una o más sustancias de una fase aotra hasta alcanzar el equilibrio. Lo anterior conduce a la separación de la sustancia deinterés con una concentración mayor en una fase determinada. El proceso deseparación depende de la naturaleza química de las sustancias presentes y de variablescomo la temperatura, la presión y la composición de las sustancias en la mezcla, entreotras. La termodinámica del Equilibrio de fases establece las relaciones cuantitativasentre las propiedades mencionadas anteriormente y las propiedades termodinámicasque describen el estado de equilibrio de dos o más fases que intercambian entre sí

materia y energía (energía libre de Gibbs [G], entropía [S], entalpía [H], el volumen [V]).

 

En el diseño de los sistemas de separación es necesaria la evaluación de laspropiedades termodinámicas relacionadas con los equilibrios de fases (liquido- vapor,liquido-liquido, sólido-liquido, sólido-gas etc), dicha información se obtiene a partir deensayos experimentales o mediante la utilización de modelos termodinámicos. Dichosmodelos se fundamentan en la termodinámica del equilibrio de fases y en los conceptosde fugacidad (que cuantifica la desviación del comportamiento de gas ideal) y depotencial químico. En la predicción de los datos de equilibrio entre fases se utilizanmodelos desarrollados a partir de la descripción del comportamiento molecular de lasmezclas. Dentro de estos modelos se destacan las ecuaciones de estado, los modelosde composición local (UNIFAC, UNIQUAC, NRTL, Wilson etc.) entre otros.

 

En la mayoría de los procesos se presentan reacciones químicas o bioquímicas queocurren en uno o más reactores que se deben diseñar y operar adecuadamente. Paralograr lo anterior se estudian dos variables fundamentales: la velocidad de reacción y laconversión de los reactivos en el equilibrio. A partir de la termodinámica la velocidad dereacción no permite ser analizada, mientras que la conversión en el equilibrio sí. Portanto en este curso se estudiara el efecto de la temperatura, la presión y la composiciónde los reactivos sobre las conversiones alcanzadas en el equilibrio, a partir del estudiode la variación en la energía libre de Gibbs.

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La termodinámica del equilibrio se convierte en una materia fundamental en la formacióndel ingeniero de procesos, ya que le proporciona los conceptos teóricos para entender ymodelar los equilibrios de fases y en reacciones, los cuales es necesario estudiar para eldiseño de los sistemas de separación y de reacción presentes en muchos procesosindustriales.

2. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO

 

2.1.

Estudiar las relaciones entre las propiedades termodinámicas que describen elequilibrio de fases y el equilibrio químico en sistemas multicomponentes y aplicardichos conceptos para el cálculo y predicción de los datos de equilibrio mediante losmodelos termodinámicos mas apropiados.

2.2.Aplicar los conceptos de fugacidad y actividad con el fin de plantear las relacionesque describen el equilibrio de fases y el equilibrio en reacciones.

2.3.Calcular los datos de equilibrio de fases para sistemas multicomponentes concomportamiento ideal y real, aplicando diferentes modelos termodinámicos mediantela evaluación de los coeficientes de actividad y de fugacidad.

3. DESCRIPCIÓN ANALÍTICA DE CONTENIDOS

 

3.1. Propiedades volumétricas de los fluidos puros.

3.2.Relaciones entre propiedades termodinámicas para sistemas en fase homogénea(composición constante). Ecuaciones de Maxwell. Propiedades residuales.

3.3.Equilibrio de fases (sustancias puras). Concepto de potencial químico. Concepto defugacidad y del coeficiente de fugacidad. Regla de las fases de Gibbs.

3.4.

Termodinámica de soluciones. Propiedades molares parciales. Ecuación de Gibbs

Duhem. Concepto de fugacidad y del coeficiente de fugacidad para sustancias ensolución. Concepto de Solución Ideal. Propiedades en exceso. Cálculo decoeficientes de actividad.

3.5.

Equilibrio de fases (sistemas multicomponentes). Equilibrio liquido vapor. Modelossimples para la predicción del equilibrio liquido vapor (ELV) (Ley de Raoult, Ley deHenry). Cálculo de puntos de rocío, de burbuja y de evaporación instantáneamediante la ley de Raoult y ley de Raoult Modificada.

3.6.

Método Gamma/phi para la predicción del equilibrio liquido vapor (ELV). Cálculo depuntos de rocío, de burbuja y de evaporación instantánea. Método phi/phi para lapredicción del equilibrio liquido vapor (ELV). Utilización de ecuaciones cúbicas deestado. Cálculo de puntos de rocío, de burbuja y de evaporación instantánea.

3.7. Equilibrio en reacciones químicas.

4. EVALUACIÓN

 

4.1.Con el fin de determinar y efectuar un seguimiento al logro de las competenciaspropuestas en este curso, se efectuarán las siguientes actividades:

4.2. Tres exámenes parciales en las semanas 4, 9 y 14.

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4.3. Un examen final programado por admisiones y registro.

5. BIBLIOGRAFIA GENERAL

 

5.1. SMITH J.M, VAN NESS H.C., ABBOTT M.M. 2006. Introducción a laTermodinámica en Ingeniería Química. Séptima edición. Editorial Mc. Graw Hill.837p. (Texto guía).

5.2. SMITH J.M, VAN NESS H.C., ABBOTT M.M. 2003. Introducción a laTermodinámica en Ingeniería Química. Sexta edición. Editorial Mc. Graw Hill. 856p.

5.3. SANDLER S.I. 2006. Chemical, Biochemical and Engineering Thermodynamics.Fourth edition. John Wiley and Sons. 945p.

5.4.REID C.R., PRAUSNITZ J.M, POLING B.E. 2001. The Properties of Gases &Liquids. Fifth edition. Mc Graw Hill. 768p.

5.5.REID C.R., PRAUSNITZ J.M, POLING B.E. 1987. The Properties of Gases &Liquids. Fourth edition. Mc Graw Hill. 741p.

5.6. ELLIOT J. R., LIRA C.T. 1999. Introductory Chemical Engineering Thermodynamics.Prentice Hall. 660p.

5.7.CRIADO S. M., CASAS V. J. 2004. Termodinámica Química y de los procesosIrreversibles. Segunda edición. Pearson Addison Wesley. 635p.

5.8.PRAUSNITZ J.M., LICHTENTHALER R.N., GOMES de AZEVEDO E. 2000.Termodinámica molecular de los equilibrios de fases. Tercera edición. Prentice Hall.600p.

5.9.KYLE B.G. 1992. Chemical and Process Thermodynamics. Second Edition. PrenticeHall. 567p.

5.10.JU CHIN CHU. 1950. Distillation Equilibrium Data. New York: Reinhold PublishingCorporation. 304p.

5.11. GMEHLING J. ,ONKEN U . 1977. Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection:Aqueous-Organic Systems. Frankfurt: Dechema. 698p.

5.12. Revistas5.13. Fluid Phase Equilibria5.14. SCIENCE DIRECT (Base de Datos)5.15. AICHE journal5.16. Journal of Chemical Engineering Data5.17. Ingeniería Química. (Revista española)5.18. Chemical Engineering