gases y vapores balance de materia

Balance de MateriaBalance de MateriaGases y VaporesGases y Vapores

Leda Pernett Bolaño, M. Sc.

Universidad del Atlántico

Programa de Ingeniería Química

ObjetivosObjetivos

Explicar el significado de 40 SCFH o de 35 SCMH.

Explicar con sus propias palabras el significado de: a) ecuación de estado b) que significa presumir comportamiento de gas ideal c) condiciones estándar de P y T d) presión parcial.

Dados tres de algunos de las variables P, V, n o T para un gas ideal, calcular la cuarta directamente a partir de la ecuación de gases ideales o a partir de la conversión de las condiciones estándar.

Propiedades físicasPropiedades físicas

Buscarla (tablas):

Medirla:

Estimarla:

Gases IdealesGases Ideales

Las moléculas son esféricas

Las moléculas ocupan un volumen despreciable comparado con el volumen ocupado por el gas.

Las moléculas no ejercen fuerzas entre sí.

El choque entre ellas es completamente elástico

Ecuación Gas IdealEcuación Gas Ideal

P = presión absoluta del gasV = volumen (o flujo volumétrico)n = moles ( o flujo molar)T = temperaturaR = constante de los gases, cuyas unidades depende de las

unidades de P, T, V y n.

RT/P > 5 L/mol gases diatómicos Se incurre en un

RT/P > 20 L/mol otros gases error < 1%

}}

PV=nRT

Condiciones EstándarCondiciones Estándar Gases Ideales Gases Ideales

SI SAI

T 273K (0ºC) 492ºR (32ºF)

P 1 atmósfera 1 atmósfera (101,325 Pa)

V 22.4 m3/kgmol 359.1 ft3/lbmol

SCMSCM SStandard tandard CCubic ubic MMetersetersSCFSCF SStandard tandard CCubic ubic FFeeteetSCMHSCMH SStandard tandard CCubic ubic MMeters per eters per HHourour

18 SCMH 18 SCMH 18 m 18 m33/h @ /h @ 273K (0ºC)273K (0ºC) y 1 atmósferay 1 atmósfera

Presión ParcialPresión Parcial

Medidor de presiónMedidor de presión

Temperatura constante

nB

nC

nA

Ley de DaltonLey de Dalton

PV= nRTPV= nRT PPAAV= nV= nAARTRT

PPAAVV==

PVPV

nnAARTRT

nRTnRT

PPAA

==PP

nnAA

nn

PPAA

==PP

PPAA= y= yAAPP

yyAA

PPAA

PP

PPBB

PP

PPCC

PP++ ++ == 11

PPii = P = P

Volumen ParcialVolumen Parcial

Temperatura constante

P constanteP constante

nAnA

nB

Ley de AmagatLey de Amagat

PV= nRTPV= nRT PVPVAA= n= nAARTRT

PVPVAA

==PVPV

nnAARTRT

nRTnRT

VVAA

==VV

nnAA

nn

VVAA

==VV

VVAA= y= yAAVV

yyAA

VVAA

VV

VVBB

VV

VVCC

VV++ ++ == 11

VVii = V = V

Equilibrio de fases de un componente puro: Equilibrio de fases de un componente puro: presión de vaporpresión de vapor

Definir y explicar términos como presión de vapor, equilibrio de un componente puro y gas no condensable.

Calcular la presión de vapor de una sustancia pura través de la ecuación de Antoine y a partir de las gráficas de Cox.

Definir gas saturado y calcular la presión parcial de los componentes de un gas ideal saturado.

Determinar temperatura de punto de rocío de un vapor en un gas saturado.

Propiedades FísicasPropiedades Físicas

Por destilación: punto de ebullición del metanol < punto de ebullición del benceno.

El benceno congela a 5.5ºC, mientras que el metanol lo hace a –97ºC. Por último, es posible poner la mezcla líquida en contacto con un solvente

que disuelve uno de los componentes, pero que resulta inmiscible con el otro. Posteriormente es posible separar las dos fases que se forman (extracción líquida).

Metanol Benceno

P. ebullición /ºC 64.0 80.0

P. fusión /ºC – 97.0 5.5

s. g. 0.712 0.879

Sustancia PuraSustancia Pura

La composición química es constante y no varía

Puede existir en equilibrio como sólido, líquido o vapor y su composición química en cada fase es la misma @ P y T

Ciertas condiciones de presión y temperatura pueden existir 2 y hasta 3 fases

Ejemplo: aguaEjemplo: agua

130°C y 100 mm Hg -40°C y 10 atm 100°C y 1 atm

0.0098°C y 4.58 mm Hg

Gas

Sólido

Gas o líquido o una mezcla de ambos.

Gas, líquido o sólido o una mezcla de los tres

Presión de vaporPresión de vapor

t < 0t < 0P ~ 0P ~ 0

T = 25T = 25˚C˚C

t = 0t = 0P ~ 0P ~ 0

T = 25T = 25˚C˚C

t = t = P = PP = Pvv(T)(T)

T = 25T = 25˚C˚C

Sistema para medir presión de Sistema para medir presión de vapor de una sustancia puravapor de una sustancia pura

Diagrama P-TDiagrama P-T

Pre

sión

Pre

sión

TemperaturaTemperatura

LíquidoLíquido

SólidoSólido

VaporVapor

Línea de vaporizaciónLínea de vaporizacióno equilibrio L-Vo equilibrio L-V

Línea de fusiónLínea de fusióno equilibrio S-Lo equilibrio S-L

Línea de sublimaciónLínea de sublimacióno equilibrio V-So equilibrio V-S

Punto triplePunto triple

Región fluidosupercrítico

Punto críticoPunto crítico

PPcc

TTcc

GasGas

VaporVapor

Puentes de hidrógeno en el hieloPuentes de hidrógeno en el hielo

Densidad del aguaDensidad del agua

Diagrama P-Diagrama P-VVP

resi

ónP

resi

ón

Volumen específicoVolumen específico

PPcc

TT11

TT22

Líquido-VaporLíquido-Vapor

LíquidoLíquidoSó

lid

o-L

íqui

doSó

lid

o-L

íqui

do

Sóli

do

Sóli

do

Sólido-VaporSólido-Vapor

TTcc

Región fluidoRegión fluidosupercríticosupercrítico

Línea de vaporLínea de vaporsaturadosaturado

PuntoPuntoCríticoCrítico

Línea de punto tripleLínea de punto triple

Línea de líquidoLínea de líquidosaturadosaturado

VaporVapor

Procesos a T y P constantesProcesos a T y P constantes

TemperaturaTemperatura Volumen específicoVolumen específico

Pre

sión

Pre

sión

Términos importantesTérminos importantes

TemperaturaTemperatura

Pre

sión

Pre

sión

PPvv(T)(T)

TT

PP

TTebeb

P= 1 atmP= 1 atm

TTeb norm.eb norm.

{{Grados deGrados de

sobrecalentamientosobrecalentamiento

CalidadCalidad

Volumen específicoVolumen específico

Pre

sión

Pre

sión

vapor g

total g f

m mcalidad x

m m m

f f g g

gff g

f g

f g f

V 1m m

m mmm

m m(1 x) x

x( )

Cálculo de P. de vaporCálculo de P. de vapor

Gráficas de Cox

Ecuación de Antoine:Ecuación de Antoine:

T = TemperaturaPv(T) = Presión de vapor a la temperatura TA, B y C son constantes que dependen de cada sustancia.

10 v

Blog P (T) A

T C

Diagrama de CoxDiagrama de Cox

Presión de vaporPresión de vapor