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8/17/2019 informe-04-fisicoquimica-II (1).docx

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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGÍA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

FÍSICO QUÍMICA III (QU_343)

“”

PROFESOR DE TEORIA: ING. H!"#" P$!% Q&' M'*'+%

ALUMNOS:

HUACCACHI LLACSA, César

PILLMAN CABANA, Daniel

CARDENAS PAREDES , John

SERIE: 300_I

AYACUCHO,PERU -/

I. OBJETIVOS:


2/16

Determinar la temperatura de burbuja para una mezcla de 2-propanoly agua, a diferentes composiciones.

Determinar la temperatura de burbuja para una mezcla de etanol yagua, a diferentes composiciones.

Determinar una curva de calibración para el refractómetro, para cada

una de las sistemas a trabajar. Comparar los valores encontrados para el equilibrio de fasesexperimentalmente, con los que el modelo teórico predice !"#$%C&.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO:

'a temperatura de burbuja se re(ere a la temperatura a la cual la primeraburbuja de tama)o diferencial egresa de una solución l*quida con +ncomponentes de composición, conocida a una presión constante.

REGLA DE FASES:

'a regla de las fases para sistemas no reactivos, proviene de la relación queay entre los variables y el nmero de ecuaciones que se establecen paradeterminar el estado de equilibrio de un sistema dado, correspondiendoesta relación al nmero de grados de libertad del sistema.

La regla de las fases de GIBBS est dada !"r ' / " 0 $ 12

D"#de.

L ace referencia a los grados de libertad del sistema, es decir a lacantidad de variables que deben ser especi(cadas para (jar todas lasdem3s variables.

N

4s el nmero de componentes presentes.

F el nmero de fases que presenta el sistema.

Para el equilibrio líquido vapor de una mezcla binaria se tiene.


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" / 2 componentes, $ / 2 fases, de este modo ' / 2

C"$!"#e#te

De un sistema&5 es el menor nmero de constituyentes qu*micosindependientemente variables necesario y su(ciente para expresar la

composición de cada fase presente en cualquier estado de equilibrio

Fase

4s cualquier fracción, incluyendo la totalidad, de un sistema que esf*sicamente omog6neo en si mismo y unido por una super(cie que esmec3nicamente separable de cualquier otra fracción. !na fracciónseparable puede no formar un cuerpo continuo, como por ejemplo un l*quidodispersado en otro.

- !n sistema compuesto por una fase es omog6neo

- !n sistema compuesto por varias fases es eterog6neo

7ara los efectos de la regla de las fases, cada fase se considera omog6neaen los equilibrios eterog6neos.

Grad" de l%&ertad '" (ar%a#)a*: es el nmero de variables intensivas quepueden ser alteradas independientemente y arbitrariamente sin provocar ladesaparición o formación de una nueva fase.

III. +ROCEDIMIENTO E,+ERIMENTAL:

8. %gregar al balón una solución de propanol y agua de concentraciónconocida.

2. Colocar el sistema de enfriamiento en funcionamiento.9. Conectar el manto de calefacción al regulador de voltaje y a la toma.:. Colocar el termopar en el pozo termom6trico y veri(car que el tapón

este colocado, as* como que la v3lvula de recolección de destiladocerrado.

;. . Dejar enfriar el sistema y retira una muestra de cada fase llevarla amedición en el refractómetro.

?. @uspender el sistema de refrigeración y apagar el sistema decalentamiento.A. 4sto se debe de repetir tres veces variando la concentración inicial de

solución.

IV. TABLA DE DATOS:

Ta&la -. Dat"s !ara la al%&ra%/# del refrat/$etr".

%gua

m'&

7ropanol

m'&

$racción molar del

propanol B&

"D#C4 D4


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% - E E 8.99:EF - E.8 E,E29==9;? 8.99AEC 0.1 E.2 E,E;>898E= 8.9:8ED 0.23 E.9 E,EA;992>2 8.9;E;4 0.2 E.: E,89A8E:28 8.9;?E$ 0.4 E.; E,8A;E?>;> 8.9=2;G 0.53 E.= E,2>8=E9;: 8.9=9; 0.61 E.> E,9>>9E>E; 8.9=?2# 0.6- E.? E,:?EE=;9? 8.9>EE

H 0.- E.A E,=?;==>8 8.9>:E

La fra%/# $"lar de !r"!a#"l se al7l/ de la s%g7%e#te $a#era.

Densidad de propanol = 0.80636 g/mL P!Propanol" = 60.0#68$ g/mol Densidad de %$& = 0.##'6( g/mL

P de %$& = 0.0()3* g/mol P+0&P,-&L !mol/mL" = 0.0(3*$3 %$& !mol/mL" = 0.))38$

rmula para determinar la raccin molar de propanol.

x propanol =

V agua . ρagua+¿V propanol . ρ propanolV propanol. ρ propanol

¿

Para ,1

x propanol =0mL∗0.013423 mol /mL

1mL∗0.055382mol /mL+0mL∗0.013423 mol /mL = 0

Para 21

x propanol =0.1mL∗0.013423mol /mL

1mL∗0.055382mol /mL+0.1mL∗0.013423 mol/mL

=00$3663)8

Para 41

x propanol =0.2mL∗0.013423 mol /mL

0.8mL∗0.055382mol /mL+0.2mL∗0.013423mol /mL

=00)'(3(06


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Para D1

x propanol =0.3mL∗0.013423 mol /mL

0.69mL∗0.055382mol /mL+0.3mL∗0.013423 mol /mL

=00#)33$'$

Para 51

x propanol =0.4mL∗0.013423 mol/mL

0.6mL∗0.055382mol /mL+0.4mL∗0.013423mol/mL

=0(3#(0*$(

1 1

1 11 1

Para 1

x propanol =0.9mL∗0.013423mol /mL

0.1mL∗0.055382mol /mL+0.9mL∗0.013423mol /mL

=068)66'(

7abla $. ol9menes de propanol : agua tomados para ormarmezclas.

Agua (mL) Propanol (mL)ENSAYO 1 (00 0ENSAYO 2 #' $ENSAYO 3 #* $

ENSAYO 4 #( $

7abla 3. 5stabilizacin de la temperatura para el ensa:o (.

7emperatur a!;4"

80 83.( 8).' 88.$ 8#.8 #0.6 #(.$ #(.)

7iempo! min"

0 ( $ 3 * ) 6 '

7emperatur

a!;4"

#(.' #(.8 #(.# #$ #$ #$ #$ #$

7iempo 8 # (0 (0.3 (( ((.30 ($ ($.


6/16

! min" 0 30

7abla *. 5stabilizacin de la temperatura para el ensa:o $.

7emperatur

a!;4"

83.3 8* 8).6 8' 88.) 8#.( 8#.

6

8#.

67iempo! min"

0 $ 3 * ) 6 ' 8

7emperatur a!;4"

#0 #0.$ #0.3 #0.3 #0.) #0.) #0.)

7iempo! min"

# (0 (0.30

(( ((.30 ($ ($.30

7abla ). 5stabilizacin de la temperatura para el ensa:o 3.7emperatur a!;4"

80 8$.$ 8).# 8'.$ 8'.( 8'.8 88 88.(

7iempo! min"

0 $ * 6 ' 8 8.30

#

7emperatur a!;4"

8'.8 88.( 88.* 88.' 88.# 8# 8#.(

8#.(

7iempo

! min"

#.30 (0 (0.3

0

(( ((.30 ($ ($.

30

(3.

30

7abla 6. 5stabilizacin de la temperatura para el ensa:o *.

7emperatur a!;4"

'6.' 8(.6 8*.# 86 86.) 86.8 86.# 86.#

7iempo! min"

0 $ * 8 8.30 # #.30 (0

7emperatur

a!;4"

8'.( 8'.$ 8' 86.8 86.6 86.6 86.

'

86.

'7iempo! min"

(0.30

(( ((.30

($ ($.30 (3 (3.30

(*

7abla 8.


7/16

Líquido apor ENSAYO 1 0 0.06)3ENSAYO 2 0.00#' 0.36)#ENSAYO 3 0.003) 0.6*(#ENSAYO 4 0.000# 0.80''

P+47>4, -? $

7abla #. olumen de agua : etanol

olumen !mL"4ompuesto

5nsa:o(

5nsa:o$

5nsa:o3

5nsa:o*

5nsa:o)

5nsa:o6

5nsa:o'

5tanol (00 (00 (00 (00 (00 (00 (00 ,gua 0 ) (0 () $0 30 )0

7abla (0. 5stabilizacin de la temperatura.

7emperatura !?4"

7iempo!s"

5nsa:o(

5nsa:o$

5nsa:o3

5nsa:o*

5nsa:o)

5nsa:o6

5nsa:o'

E =;,? >8,2 >8,2 >8.> >2.: 73.2 759E =>,; >8,? >8,A >2.= 72.5 73.2 75.6=E =A >2,2 >2,9 >9.8 72.8 73.7 75.9AE >E >2,9 >2,> >2.> 73.4 74 76

82E >E,? >2,: >2,; >2.A 73.8 73.6 768;E >8,2 >2,; >2,= >9 73.1 74.1 76.18?E >8,; >2,= >2,: >9.; 73.3 74.4 76.128E >8,> >2,= >2,= >9.= 73.6 74.9 76.12:E >8,? >2,; >2,> >9.> 74 75 76.22>E >8,? >2,; >2,9 >2.= 74 75.1 76.29EE >8,A >2,; >2,; >2.; 73.2 75.1 76.299E >2 >2,= >2,? >2.A 73.6 75.2 76.29=E >2 >2,= >2,? >9.2 73.1 75.2 76.2>9AE >2 >2,; >2,; >9.; 73.1 75.2 76.2:2E >2 >2,; >2,> >9.> 73.6 ').3 76.2:;E >2 >2,; >9 >9.> 73.9 74 76.2:?E >2 >2,= >9,8 >9.? 74.2 74.5 '6.$

;8E >2 >2,= >9,2 >2.A 74.2 74.7 75.9;:E >2 >2,; >9,2 >9 73.7 74.1 75.1;>E 86 >2,9 >2,; >9.9 73.5 73.9 75.3=EE >2,; >2,; >9.8 74 74.2 75.5=9E 72.6 72.4 73.2 74.1 74.6 75.8

==E 72.7 72.7 73.4 74.2 75 76

=AE 72.6 72.9 73.5 '*.3 75.2 >=,8>2E 72.6 73 '3.8 73.2 74.6 >=,8

>;E 72.6 73.1 73.4 74.1 >=,8>?E '$.6 '3.$ 73.8 74.6 >=,8

?8E 72.6 73.2 74 74.9 >=,8?:E 72.5 74.3 75 >=,8


8/16

?>E >=,8

AEE >=,8A9E >=,8

7abla ((.


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5cuacin de ,ntoine1 Ln Psat = , CB

T +C

on'% A - son ons#an#%s ara#%r!s#!os para a'a sus#an!a %n ()P 0apor %n Pa.

7abla ($. 4onstantes de ,ntoine para las sustancias de trabao.

Sus#an!a A -2propanol ().6*#( 3(0#.3* C'3.)*)#E#anol(:) (8.)$*$ 3)'8.#( C)0.)

Agua (6.)36$ 3#8).** C38.##'*!E" Para el etanol la temperatura estF dada en Gelvin : la presinde saturacin en mm%g.

4L4@L&A D5 L&A 4&5>4>5-75A D5 4,7>>D,D P&+ 5L H7&D&@->,4

4l m6todo !"#$%C propone la expresión del coe(ciente de actividad en dospartes5

l# I % 9 l# I %'C* l# I %' R* KKKKKK.?&

la parte combinatoria C& que da la contribución debida a la diferencia entama)o y forma de las mol6culas, y la parte residual < & que da lacontribución debida a las interacciones moleculares.

'a parte combinatoria del m6todo se calcula con base en los par3metros de3rea ; los cuales, a su vez,son obtenidos por contribución de grupos con los par3metros R? y @?. 4lsub*ndice ? indica el grupo funcional. 'a tabla 89, contiene los valores de R @> para subgrupos de los grupos funcionales presentes en la solución. 'asecuaciones para el c3lculo de la parte combinatoria del coe(ciente deactividad de un componente y son los siguientes.

l# I %C 9 - J i l# J i 4

qi (1− J i Li+ln

J i

L i) KKKA&

7ara lo cual5

J i=ri

∑ j

r j x j K.8E& L

i= qi

∑ j

q j x j KKK 88&

% dem3s se aplican las siguientes de(niciones5

ri=∑

k

vk

(i ) Rk K.82&

qi=∑

k

vk

(i)Qk K.. 89&

4l sub*ndice % > identi(ca a las especies, y es un *ndice (cticio que seocupa en todas las especies. 4l sub*ndice ? identi(ca los subgrupos. 'a


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cantidad V ' %* es el nmero de subgrupos del tipo ? en una mol6cula deespecie %. los valores de los par3metros de los subgrupos R? y @?>resultan de tabulaciones en la literatura 8&. % continuación se muestra latabla con los datos de las constantes R? y @? y V ' %*.

7abla (3. 4oeJcientes R? y @? y V ' %* para la parte combinatoria enla ecuacin de @->,4.

Krupos G +G G G !(" G

!$"

4%3 ( 0.#0(( 0.8*8 $.(E 04%$ $ 0.6'** 0.)* ( 0&% () ( (.$ ( 0%$& (' 0.#$ (.* 0 (

!E" ( para el etanol.

-&7,1 %l super(cie 8 ace referencia al 2 0 propanol, o etanol y elsuper(cie 2 al agua.

'a parte residual del coe(ciente de actividad del componente % se calculapor este m6todo con las siguientes ecuaciones.

lnƳ i R

= qi ⌈1−∑k (θk β ik Sk −еki ln

β ik

Sk )⌈ KK 8:&7ara lo cual5

%! ;V k

( i)Q k

qi


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7abla (*. ParFmetros de interaccin de 5L M @->,4 a$? enLelvin.

a-.- 0 a-.- 0 a-4.- -42. a-8.- 500

a-.6 0 a-.6 0 a-4.6 -42. a-8.6 500

a-.-4 312.40

a-.-4 312.40

a-4.-4

0 a-8.-4

663.-

a-.-8 -5-1.0

a-.-8 -5-1.0

a-4.-8

545.4 a-8.-8

0

4L4@L& D5 L&A 4&5>4>5-75A D5 @K,4>D,D

'as ecuaciones a utilizar son5

∅

8 /exp (B

11 ( !− !1"a# )+ !$2

2% 12

RT

) ......2E&

∅2 /exp (B22 ( !− !2

"a# )+ !$12

% 12

RT ) *san'o las %ua!on%s>

& i =&i+& j

2


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P4!bar" N 4 4!cm3 /mol "

7 4!Q"

$Cpropanol !(C("

60.0#6

0.668 *'.6$ 0.$*8 $$0 )08.3

5tanol !(C(" *6.06

#

0.6*) 6(.*8 0.$* (6' )(3.#

,gua !$C$" (8.0()

0.3*) $$0.)) 0.$$# )).# 6*'.(

%ora para calcular los par3metros temperatura reducida, B0 >B- y Bdependientes de la temperaturapor lo cual no se pueden calculardirectamente&, se tienen las siguientes expresiones.

7 ri =T

T 'ij R..!$6"

B ij0

= 0.083 C0.422

T rij1.6 RR. !$'"

B ij1

=0.(3# C0.172

T rij4.2 RR!$8"

B ij = RT 'ij

!'ij(Bij

0+&ij B ij1 ) RR!$#"

% ($ = $2($ C 2(( C 2$$ ...(3@)

Stodo de cFlculo para determinar la temperatura de 2urbua.

(. @e conoces x8 y x2 / 8 0 x8 de los datos obtenidos en el laboratorio.$. @e conoce la presión totalatmosf6rica& 7 />;.8A7a.3. @upongo NF!& utilizando los datos de la tabla 82.

6. @upongo ∅1 $ ∅ 6 iguales a la unidad para la primera iteración.

'. @e calculan las composiciones en la fase vapor - 6 , de la siguientemanera5

y8 / ) 1∗Ƴ 1∗ !1

"a#

∅1∗ ! y2 /

) 2∗Ƴ 2∗ !2"a#

∅2∗ !

8. @e calculan ∅1 $ ∅ 6 con las ecuaciones 2E& a 9E&.


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#. se calculan las composiciones en el vapor, utilizando los ∅1 $ ∅ 6

calculados en el paso anterior.

(0. @e determina !2"a#

con la ecuación siguiente5

!2"a#

;

!

) 1∗* 1∗ !1"a#

∅1∗ !

2

"a# +

) 2∗* 2∅2

Donde las presiones de saturaciones dentro de la operación son lascalculadas en el paso ;.

88.@e calcula la temperatura correspondiente a la presión de saturaciónobtenida5

7 =B2

+2−ln!−¿ 4$

82.


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calculada#(.(88 0.033# (#.8 (.0(#

P+47>4, $1

5nsa:o ( !T( =( O :( = ("7 !;4"

calculadaU( calc VW(calc VW(calc

'0.#6) (.000 (.000 (.000

5nsa:o $ !T( =0.3#(O :( = 0.#*)"7 !;4"


'0.')3 0.#0# (.00' (.000

5nsa:o 3 !T( =0.' O :( = 0.'"7 !;4"


'(.$## 0.'6( (.0'$ (.003

5nsa:o * !T( =0.' O :( = 0.)$"

7 !;4"calculada

U( calc VW(calc VW(calc

'(.$## 0.'6( (.0'$ (.003

5nsa:o ) !T( =0.** O :( = 0.'"7 !;4"


'3.06( 0.6$# (.3(* (.00$

5nsa:o 6 !T( =0.3#)O :( = 0.36)"7 !;4"calculada

U( calc VW(calc VW(calc

'3.*)6 0.6(0 (.3#8 (.00$

5nsa:o ' !T( =0.(')O :( = 0.**"7 !;4"


'6.((' 0.)(6 $.*0$ (.00)

RECOMENDACIÓN


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se recomienda para otras pr3cticas de determinación del punto deburbujas ,preparar las soluciones de tal manera que se abarque todo elintervalo de concentración ,asi mas dato obtenido podr3 compararse con elmodelo utilizado ,y se podr3 compara con el modelo utilizado y se podr3comparar con el modelo utilizado ,y se podr3 deducir con mayor grado de

con(abilidad la predicción del modelo

CONCLUSIÓN

el m6todo !"#$%C ,no describir de forma satisfactoria los datosexperimental ,sin embargo puede realizarse en una pr3ctica futura unamejor aproximación de este m6todo utilizando un rango m3s amplio deconcentraciones

BIBLIGRAFA

Garc*a Puiroga, #v3n .introducción al equilibrio termodin3mico y defases universidad nacional de Colombia, facultad de ingenier*a, 8AA;

ougen ,q.Qatson ,L principio de los procesos qu*micos .parte ibalance de materia y energ*a .editorial reverte .Farcelona 8AA:

GraHas:


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BIBLIGRAFA Garc*a Puiroga, #v3n .introducción al equilibrio termodin3mico y de

fases universidad nacional de Colombia, facultad de ingenier*a, 8AA; ougen ,q.Qatson ,L principio de los procesos qu*micos .parte i

balance de materia y energ*a .editorial reverte .Farcelona 8AA:

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