PRESIÓN DE VAPOR

PRESIÓN DE VAPOR

La presión de vapor o presión de saturación es la presión de un sistema cuando el sólido o líquido se hallan en equilibrio con su vapor.

Los gases tienden a ocupar el mayor volumen posible, ejerciendo sobre las paredes una presión también llamada fuerza elástica o tensión.

• EXPERIMENTO: [pic 1]

1. Vertimos etanol a un recipiente cerrado.
2. Comenzará a evaporarse rápidamente.
3. La presión ejercida por el vapor en el espacio arriba del líquido comenzará a aumentar.
4. Dicha presión llegará a un valor constante que es el que denominamos presión de vapor de la sustancia.

EXPLICACIÓN DE LA PRESIÓN VAPOR EN EL NIVEL MOLECULAR

Las moléculas dentro del líquido pueden adquirir suficiente energía para vencer las fuerzas de atracción de sus vecinas y escapar a la fase gaseosa.

Cuanto más débiles son las fuerzas de atracción, mayor es el número de moléculas que pueden escapar y por ende, mayor es la presión de vapor.

Cuanto más alta es la temperatura, mayor fracción de las moléculas tienen suficiente energía para escapar.

Sin embargo, el movimiento continuo de las moléculas hace que aumente la probabilidad de que una molécula en forma gaseosa choque con la superficie del líquido y vuelva a ser capturada.

Cuando el número de moléculas en la fase gaseosa llega a un valor estable, es decir, las moléculas que salen del líquido son las mismas que vuelven, se dice que la presión de vapor se hace constante.

EQUILBRIO DINÁMICO

Es la condición en la que dos procesos opuestos están ocurriendo simultáneamente con la misma velocidad. Un líquido y su vapor están en equilibrio cuando la evaporación y condensación ocurren con la misma rapidez.

VOLATILIDAD, PRESIÓN DE VAPOR Y TEMPERATURA

• Cuando hay humedad alta, se dificulta la vaporización. En el caso contrario, cuando hay humedad baja, se evapora sin dificultad.
• Las sustancias con presión vapor elevada, se evaporan más rápidamente que aquellas con presión vapor baja.
• Cuando un líquido se evapora fácilmente, decimos que es volátil.
• La presión vapor aumenta de forma no lineal con la temperatura.
• La temperatura en la que la presión de vapor es de 760 torr es el punto de ebullición normal de cada líquido.

PRESIÓN DE VAPOR Y PUNTO DE EBULLICIÓN

-El aumento de la presión hace que el agua hierva a una temperatura más alta, lo que permite a los alimentos estar más calientes y cocerse con mayor rapidez.

LEY DE RAOULT

Es una relación teórica útil para el equilibrio de vapor-liquido de mezclas cuyos componentes sean de estructura semejante.

Esta ley establece que la presión parcial de cualquier componente en un vapor es igual a la presión vapor del componente, pero multiplicado por la fracción mol de dicho componente en el líquido en equilibrio.

• Para el componente :[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

Donde:

•  es la fracción mol del componente  en el vapor.[pic 5][pic 6]
•  es la presión vapor del componente  puro.[pic 7][pic 8]
•  es la fracción mol del componente  en el líquido.[pic 9][pic 10]
•  es la presión total del sistema.[pic 11]

LEY DE HENRY

Se utiliza para expresar la solubilidad de gases permanentes tales como el oxígeno y el nitrógeno en agua líquida.

• Para el componente :[pic 12]

[pic 13]

Donde:

•  es la constante que depende del tipo de gas y temperatura.[pic 14]

LEY DE HENRY Y DE RAOULT

En soluciones muy diluidas, la ley de Henry se utiliza para el gas soluto y la ley de Raoult para el líquido solvente.

PROBLEMA 1

Una fase de gas contiene 10% de etano (e), 30% de propano (p) y 60% de butano (b) a 60° F. Determine:

1. La presión total de equilibrio.
2. La composición del líquido en equilibrio.

1. La presión total de equilibrio.

Sabemos que:

[pic 21]

Según la ley de Raoult:

[pic 22]

Entonces:

[pic 23]

Como nos están pidiendo la presión:

[pic 24]

Sustituimos los datos:

[pic 25]

1. La composición del líquido en equilibrio.

Según la ley de Raoult: , entonces:[pic 26]

[pic 27]

[pic 28]

[pic 29]

PROBLEMA 2

Se desea separar butano de una corriente de etano, comprimiendo y enfriando el gas. El gas inicialmente contiene 20% de butano y el 80% de etano, a 70 °F y 1 atm de presión. Primero se comprime el gas hasta 10 atm y 100 °F, después se enfría a 32 °F manteniéndose la presión en 10 atm. Determine:

1. El % de butano que se condensa en el compresor.
2. El % de butano que se condensa en el enfriador.
3. El % de etano que se condensa en el enfriador.
4. El diagrama de flujo del proceso.

[pic 30]

*Base de cálculo de 100 lb-mol de gases de alimentación.

Datos:

Sabiendo que 10 atm son 10.1325 bar:

1. El % de butano que se condensa en el compresor.

Para determinar m5 necesitamos determinar si hay condensación de butano en el compresor.

Si la presión parcial del butano a la salida del compresor es menor que la presión vapor, no habrá condensación. Si es mayor, habrá condensación hasta que se igualen y se establezca el equilibrio.

Calculamos la presión parcial:

[pic 35]

[pic 36]

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