¿Cómo difiere la disponibilidad de la energía libre de Gibbs?

Capítulo 2

Resumen

1. Los procesos de separación requieren mucha energía. Los requisitos de energía se determinan aplicando la primera ley de termodinámica. Las estimaciones de irreversibilidad y las necesidades mínimas de energía utilizan la segunda ley de la termodinámica con una entropía o equilibrio de disponibilidad.

2. El equilibrio de fase se expresa en términos de valores K vapor-líquido y líquido-líquido, que se formulan en términos de fugacidad y coeficientes de actividad.

3. Para los sistemas de separación que involucran una solución ideal de gas y una de líquido ideal, las propiedades termodinámicas pueden estimarse a partir de la ley de los gases ideales, una ecuación de la capacidad de calor del vapor, una ecuación de la presión del vapor y una ecuación para la densidad del líquido.

4. Las representaciones gráficas de las propiedades termodinámicas están ampliamente disponibles y son útiles para hacer cálculos manuales y para visualizar los efectos de la temperatura y la presión.

5. Para mezclas no ideales que contienen componentes no polares, se pueden usar modelos de ecuación de estado P-y-T como S-R-K, P-R y L-K-P para estimar densidad, entalpía, entropía, fugacidad y K-valores.

6.Para soluciones líquidas no ideales de los componentes no polares y / o polares, los modelos de energía libre como Margules, van Laar, Wilson, NRTL, UNIQUAC, y UNIFAC se utilizan para estimar los coeficientes de actividad, el volumen y la entalpía de mezclado, el exceso de entropía de mezclado, y Kvalues.

7. Hay modelos especiales disponibles para soluciones de polímeros, soluciones de electrolitos, mezclas de componentes polares y supercríticos, y sistemas bioquímicos.

8. Los efectos de las condiciones de la solución sobre la solubilidad y recuperación de los productos biológicos activos se pueden cuantificar mediante la evaluación de la ionización del agua y los ácidos y bases orgánicos en función de la temperatura, la fuerza iónica, el disolvente y las interacciones electrostáticas.

9. Efectos Evaluación de electrolito y la composición del disolvente en capas electrostáticos dobles y fuerzas debidas a vdW, hidrófobo, solvatación, y las interacciones estéricas permite a la ingeniería de sistemas de separación que controlan la solubilidad y mantener la estabilidad estructural de suspensiones biocoloidales.

10. La caracterización de fuerzas de interacción no covalentes y cambios de energía libre mediante la interpretación de mediciones utilizando la teoría aplicable permite la evaluación cuantitativa de interacciones bioespecíficas para mejorar las operaciones de recuperación biológica.

Preguntas

2.1. En un balance de energía, ¿cuáles son las dos referencias más comunes (datums) utilizadas para entalpía y entropía? ¿Uno tiene una ventaja sobre el otro?

2.2. ¿Cómo difiere la disponibilidad de la energía libre de Gibbs?

 
Se conoce como disponibilidad (o exergía), donde la disponibilidad significa '' disponible para completar conversión al trabajo del eje '' , es similar a la energía libre de Gibbs, g= h Ts, pero difiere en que la temperatura, T0, aparece en la definición en lugar de T.

2.3. ¿Por qué se usa la fugacidad en lugar del potencial químico para determinar el equilibrio de fase? ¿Quién inventó fugacidad?

El potencial químico no es una cantidad absoluta, y los valores numéricos son difíciles de relacionar con cantidades físicas más fáciles de comprender. Además, el potencial químico se acerca a un valor negativo infinito a medida que la presión se aproxima a cero. Por lo tanto, el potencial químico no se favorece para los cálculos de equilibrio de fase. En cambio, la fugacidad, inventada por G. N. Lewis en 1901, se emplea como sustituto.

2.4. ¿Cómo se define el valor K para los equilibrios vapor-líquido?

 
Una relación de fase-equilibrio es la relación de fracciones molares de una especie en dos fases en equilibrio. Para los sistemas vapor-líquido, la constante se conoce como la relación de valor K o equilibrio de vapor-líquido

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2.5. ¿Cómo se define el coeficiente de distribución para una mezcla líquido-líquido?

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2.6. ¿Cuáles son las definiciones de volatilidad relativa y selectividad relativa?

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De manera similar para el caso líquido-líquido, la selectividad relativa bi, j es

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2.7. ¿Cuáles son los dos tipos de modelos utilizados para estimar las propiedades termodinámicas?

 2.8. ¿Cuál es la limitación de la ecuación de estado de Redlich-Kwong? ¿Cómo lo modificaron Wilson y Soave para superar la limitación?

Su limitación es que no se puede usar la predicción de equilibrio líquido-líquido y vapor-líquido, sino solo gases. Soave agrego el factor acéntrico , Wilson toma en cuenta la especie química

2.9. ¿Qué tiene de especial la teoría de soluciones regulares en comparación con otros modelos de coeficientes de actividad para soluciones no ideales? (Esta diferencia hace que sea mucho más fácil utilizar la teoría de soluciones regulares cuando sea aplicable).

2.10. ¿Cuáles son los seis métodos más utilizados para estimar los coeficientes de actividad en fase líquida?

2.11. ¿Qué concepto tan importante introdujo Wilson en 1964?

Parámetros de interacción ó  el concepto de composiciones locales que difieren de las composiciones globales

2.12. ¿Qué es un azeótropo de punto de ebullición mínimo? ¿Qué es un azeótropo de punto de ebullición máximo? ¿Qué tipo es con mucho el más común?

Azeótropo de punto de ebullición mínimo. Esto ocurre debido a los puntos de ebullición cercanos de las dos especies y los altos coeficientes de actividad para el etanol a bajas concentraciones.

Los azeótropos de punto de ebullición máximo son menos comunes. Ocurren para mezclas de punto de ebullición cercano cuando surgen desviaciones negativas de la ley de Raoult

2.13. ¿Cuál es la temperatura crítica de la solución?

Temperatura por arriba de la cual los líquidos son miscibles en cualquier proporción y la separación de fases no se da a ninguna composición

2.14. ¿Por qué los modelos de coeficientes de actividad de la solución electrolítica consideran el equilibrio químico y el físico?

2.18. ¿Cuál es la relación entre la longitud de Debye y el potencial zeta?

La diferencia medible en el potencial electrocinético entre la capa límite fija de cargas en una superficie y la línea de corte de las cargas móviles en la mayor parte de la solución es el potencial zeta (o potencial Stern), z. Indica la densidad de carga fija insatisfecha por contraiones en la capa de popa y la distancia correspondiente a la solución requerida para satisfacerla. Esa distancia, la longitud de Debye, k 1 o el grosor de doble capa

Capítulo 3

Resumen

1. La transferencia de masa es el movimiento neto de una especie en una mezcla de una región a una región de diferente concentración, a menudo entre dos fases a través de una interfaz. La transferencia de masa ocurre por difusión molecular, difusión de remolino y flujo a granel. La difusión molecular se produce por una serie de diferentes fuerzas motrices, incluida la concentración (ordinario), presión, temperatura y campos de fuerza externos.

2. La primera ley de Fick para la difusión en estado estable establece que el flujo de transferencia de masa por difusión molecular ordinaria es igual al producto del coeficiente de difusión (difusividad) y el gradiente de concentración.

3. Dos casos limitantes de transferencia de masa en una mezcla binaria son la contradifusión equimolar (EMD) y la difusión unimolecular (UMD). El primero también es una buena aproximación para la destilación. El último incluye efectos de flujo masivo.

4. Cuando los datos no están disponibles, se pueden estimar las difusividades (coeficientes de difusión) en gases y líquidos. Las difusividades en sólidos, que incluyen sólidos porosos, sólidos cristalinos, metales, vidrio, materiales cerámicos, polímeros y sólidos celulares, se miden mejor. Para algunos sólidos, por ejemplo, madera, la difusividad es anisotrópica.

5. Las difusiones varían por órdenes de magnitud. Los valores típicos son 0.10, 1 10 5 y 1 10 9 cm2 / s para la difusión molecular ordinaria de solutos en un gas, líquido y sólido, respectivamente.

6. La segunda ley de Fick para la difusión de estado inestable se aplica fácilmente a medios semiinfinitos y estancados finitos, incluidos los materiales anisotrópicos.

7. La difusión molecular en condiciones de flujo laminar se determina a partir de las leyes primera y segunda de Fick, siempre que se disponga de perfiles de velocidad. Los casos más comunes incluyen el flujo de la película líquida que cae, el flujo de la capa límite en una placa plana y el flujo completamente desarrollado en una línea recta y circular
tubo. Los resultados a menudo se expresan en términos de un coeficiente de transferencia masiva incrustado en un grupo adimensional llamado número Sherwood. El flujo de transferencia de masa está dado por el producto del coeficiente de transferencia de masa y una fuerza impulsora de la concentración.

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