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Comparación Ley de Raoult y datos experimentales en mezcla Acetona-Ethanol, Monografías, Ensayos de Termodinámica

El proceso de generación de gráficas p-x-y, t-x-y y x-y para la mezcla binaria acetona-ethanol, mediante la ley de raoult y la comparación con datos experimentales. El documento incluye el desarrollo de algoritmos en octave para obtener los puntos de rocío y burbuja, así como la generación de gráficos de presión y temperatura para observar las similitudes y diferencias entre los resultados teóricos y experimentales.

Tipo: Monografías, Ensayos

2019/2020
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Subido el 28/01/2020

Gustavo20152
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Elaboración de las gráficas P-x-y, T-x-y y x-y para la mezcla binaria
Acetona-Etanol en base a la Ley de Raoult y su comparación con los
datos experimentales
Zuñiga Salvador J. (20151312F), Pérez Contreras G. (20152646E), Sánchez C. (….).
Escuela de Ingeniería Petroquímica, FIP-UNI.
Termodinámica II, 08 de Abril del 2019
jzunigas@fip.uni.edu.pe; gperezc152@gmail.com; …………………………..
Resumen: En este artículo se busca conocer las condiciones a las cuales podemos desarrollar una
separación de fases de una determinada mezcla binaria “Acetona-Etanol” en equilibrio liquido-
vapor, para lo cual se generó graficas P-x-y, T-x-y, x-y (T cte.) y x-y (P cte.), comparando así los
resultados experimentales y teóricos que se obtienen con la Ley de Raoult. Para obtener los
resultados requeridos se hizo un trabajo de programación donde se introdujeron algoritmos,
funciones y datos los cuales modelaron el sistema en base a la ley de Raoult. Ademas con los
resultados obtenidos podemos conocer a que condiciones de presión y temperatura a una
determinada composición general inicial es la adecuada para poder separar ambas sustancias.
1. INTRODUCCIÓN
Los procesos de destilación de hidrocarburos
dependen de muchos parámetros de control,
para ello, en este informe, se ha planteado los
objetivos.
1.1. Objetivos
Desarrollar algoritmos en cierto
programa (Octave) para la
obtención de los puntos de rocío y
burbuja.
Generar mediante el lenguaje de
programación los gráficos tanto de
presión como temperatura de la
mezcla Acetona-Etanol en el
sistema liquido-vapor en equilibrio.
Observar las similitudes y
diferencias entre los gráficos
generados de manera teórica y los
realizados con datos
experimentales.
1.2. Fundamento teórico
Equilibrio liquido-vapor (ELV): Sistema en el
cual coexisten líquido y vapor de manera
simultánea.
Ley de Raoult: Si un soluto tiene una presión de
vapor medible, la presión de vapor de su disolución
siempre es menor que la del disolvente puro. De
esta forma la relación entre la presión de vapor de la
disolución y la presión del disolvente depende de la
concentración del soluto en la disolución.
yi × P=xi × Pi (sat )
Punto de Rocío: Se refieren a la temperatura y
presión a la cual un sistema condenso.
Definido también como la temperatura y presión a
la cual se forma la primera gota de líquido de una
mezcla en estado vapor.
Punto de burbuja: Se refieren a la temperatura y
presión a la cual el sistema da inicio de la
ebullición. Se define también como la temperatura y
presión a la cual se forma la primera burbuja.
Figura 1: Presión de rocío y burbuja
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Elaboración de las gráficas P-x-y, T-x-y y x-y para la mezcla binaria

Acetona-Etanol en base a la Ley de Raoult y su comparación con los

datos experimentales

Zuñiga Salvador J. (20151312F), Pérez Contreras G. (20152646E), Sánchez C. (….). Escuela de Ingeniería Petroquímica, FIP-UNI. Termodinámica II, 08 de Abril del 2019

jzunigas@fip.uni.edu.pe; gperezc152@gmail.com; …………………………..

Resumen: En este artículo se busca conocer las condiciones a las cuales podemos desarrollar una separación de fases de una determinada mezcla binaria “Acetona-Etanol” en equilibrio liquido- vapor, para lo cual se generó graficas P-x-y, T-x-y, x-y (T cte.) y x-y (P cte.), comparando así los resultados experimentales y teóricos que se obtienen con la Ley de Raoult. Para obtener los resultados requeridos se hizo un trabajo de programación donde se introdujeron algoritmos, funciones y datos los cuales modelaron el sistema en base a la ley de Raoult. Ademas con los resultados obtenidos podemos conocer a que condiciones de presión y temperatura a una determinada composición general inicial es la adecuada para poder separar ambas sustancias.

1. INTRODUCCIÓN Los procesos de destilación de hidrocarburos dependen de muchos parámetros de control, para ello, en este informe, se ha planteado los objetivos. 1.1. Objetivos  Desarrollar algoritmos en cierto programa (Octave) para la obtención de los puntos de rocío y burbuja.  Generar mediante el lenguaje de programación los gráficos tanto de presión como temperatura de la mezcla Acetona-Etanol en el sistema liquido-vapor en equilibrio.  Observar las similitudes y diferencias entre los gráficos generados de manera teórica y los realizados con datos experimentales. 1.2. Fundamento teórico Equilibrio liquido-vapor (ELV): Sistema en el cual coexisten líquido y vapor de manera simultánea. Ley de Raoult : Si un soluto tiene una presión de vapor medible, la presión de vapor de su disolución siempre es menor que la del disolvente puro. De esta forma la relación entre la presión de vapor de la disolución y la presión del disolvente depende de la concentración del soluto en la disolución.

yi × P = xi × Pi ( sat )

Punto de Rocío : Se refieren a la temperatura y presión a la cual un sistema condenso. Definido también como la temperatura y presión a la cual se forma la primera gota de líquido de una mezcla en estado vapor. Punto de burbuja : Se refieren a la temperatura y presión a la cual el sistema da inicio de la ebullición. Se define también como la temperatura y presión a la cual se forma la primera burbuja. Figura 1: Presión de rocío y burbuja

Figura 2: Temperatura de rocío y burbuja Presión de vapor: La presión de vapor, se define como la tendencia que posee una sustancia en fase líquida para volatilizarse. Esta propiedad es función directa de la Temperatura, es decir, a mayor temperatura se tendrá una mayor presión de vapor, y por lo tanto, una mayor tendencia del líquido a volatilizarse. Ecuación de Antoine:

log ( Pi ( sat ) )= Ai −

Bi

T ( ° C )+ Ci

Donde A, B y C son constantes específicas de cada sustancia. Las unidades de la temperatura y presión dependen de las unidades que posean estas constantes. Fracción Molar : Unidad química usada para la expresión de la concentración de un soluto en un solvente. Azeótropo: Mezcla líquida de dos o más compuestos que hierven a temperatura constante y se comportan como si estuviesen formados por uno solo componente.

2. RESULTADOS Y DISCUSION 2.1 Resultados Tablas x: Composición en fase líquida del etanol. y: Composición en fase gaseosa del etanol Pb: Presión de burbuja (bar). Pr: Presión de rocío (bar). P: Presión experimental (bar). Tb: Temperatura de burbuja (°C). Tr: Temperatura de rocío (°C). T: Temperatura experimental (°C). Tabla 1. Resultados P-x-y a temperatura de 71. °C según la ley de Raoult y Datos experimentales. Ley de Raoult Datos Experimentales x P (bar) y1 P(bar) y 0 0.76 0 0.757 0 0.095 0.845 0.186 0.946 0. 0.191 0.931 0.339 1.063 0. 0.293 1.022 0.474 1.188 0. 0.388 1.107 0.58 1.300 0. 0.489 1.197 0.675 1.381 0. 0.592 1.289 0.759 1.441 0. 0.695 1.381 0.832 1.504 0. 0.795 1.47 0.894 1.570 0. 0.890 1.555 0.946 1.614 0. 1.000 1.653 1.000 1.643 1. Tabla 2. Resultados T-x-y a presión constante según la ley de Raoult y Datos experimentales. Ley de Raoult Datos Experimentales x T(°C) y1 T(°C) y 0 78.257^0 78.3 0 0.033 77.414^ 0.065 76.4 0. 0.078 76.27^ 0.148 74 0. 0.149 74.482^ 0.269 70.8 0. 0.195 73.343^ 0.34 69.1 0. 0.316 70.405^ 0.503 65.6 0. 0.414 68.105^ 0.614 63.4 0. 0.532 65.44^ 0.725 61.3 0. 0.691 62.043^ 0.843 59 0. 0.852 58.834^ 0.935 57.3 0. 1.000 56.084^ 1.0005 56.1 1. Gráficos

burbuja y temperatura de rocio. Ya que entre esos valores se encuentra el equilibrio liquido- vapor.  La ley de Raoult nos es exacta, por ello se desarrolla otras expresiones, se recomienda desarrollar con otras leyes como la ley de Rao.  Verificar que componente de la mezcla se toma como principal (más volátil) para la exposición correcta de sus respectivas gráficas, esto se puede determinar con las presiones de saturaciones respectivas de cada componente de la mezcla.

5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] Smith-Van Ness. Introducción a la Ingeniería Química. Editorial McGraw-Hill, Séptima Edición 1997. Pags.345-346. [2] Atkins de Paula. Química Física. Editorial Panamericana. Octava Edición. Pags 179- 183. [3] KDB. (2015). Binary Vapor-Liquid Equilibrium Data. 07/04/2016, De Cheric Sitio web: http://www.cheric.org/research/kdb/hcvle/sh

owvle.php?vleid=

APÉNDICES

NOMENCLATURA

Ps : presión saturada de una sustancia.

Ps = 10

( Ai − (^) T ( ℃Bi )+ Ci ) Pr : presión de rocío de la mezcla.

Pr ¿

Yi

Pi ( sat )

Pb : presión de burbuja

Pb =∑ Xi × Pi ( sat )

Xi : composición en la gota.

Xi =

Zi × Pr

Pi ( sat )

Yi : composición en la burbuja.

Yi =

Zi × Pi ( sat )

Pb

Tsat : temperatura de saturación.

Ts =

Bi

Ai − T ( ℃ )

− Ci

Dónde: A, B, C son las constantes de Antoine respectivas de cada sustancia. Figura3: Funcion psat en Octave. Figura 6: Funcion tsat en Octave. Figura 7: Funcion pb en Octave. Figura 8: Función tb en Octave.

Figura 9: Programa para hallar la gráfica P-X-Y. Figura 10: Programa para hallar la gráfica X-Y a temperatura constante. Figura 11: Programa para hallar la gráfica T-X-Y.