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El procedimiento teórico y experimental para evaluar la composición aproximada de vapor y líquido en una mezcla de etanol y agua durante una destilación simple controlada a presión local. El documento incluye información sobre el equipo, materiales y reactivos utilizados, así como instrucciones para realizar el experimento y analizar los resultados.
Tipo: Monografías, Ensayos
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PROFESOR DE TEORÍA : Ing. Alfredo ARIAS JARA PROFESORA DE PRÁCTICA : Ing. Alfredo ARIAS JARA INTEGRANTES: DÍA DE PRÁCTICA : HORA : FECHA DE EJECUCIÓN : FECHA DE ENTREGA : AYACUCHO – PERÚ
En esta práctica de laboratorio se estudiará el equilibrio líquido vapor en un sistema binario (etanol-agua), donde uno es más volátil con respecto al otro. Mediante un destilador simple se evaluará a la presión de Ayacucho (548 mmHg) la respuesta de la temperatura y composiciones del líquido y del destilado. En una mezcla binaria de ELV se pueden determinar las composiciones molares tanto de la fase vapor como de la fase líquida en función de la temperatura, cuando se graficarán estos datos experimentales se podrán construir diagrama de composición. EQUILIBRIO LÍQUIDO VAPOR I. COMPETENCIAS
Peso del picnómetro más la muestra :42.85 g Presión atmosférica de Ayacucho :548 mmHg = 73,0607 kPa Mezcla líquida utilizada :Etanol – Agua Peso del lastre en el aire :5,9962 g Peso del lastre en el agua destilada :5,0128 g Peso del lastre en la muestra :5,1421 g Tabla 1 Datos experimentales de los pesos de las muestras N° Muestre o Temperatur a de ELV (°C) Peso del lastre [ó picnómetro] en las muestras (g), a 20°C Líquido (x) Vapor / Condensado (y) 1 76,3 5,0591 5, 2 77,7 5,0497 5, 3 80,4 5,0392 5, 4 83,8 5,0300 5, IV. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Datos Peso molecular del agua (Alfredo, Arias Jara, 2011, p. 394) : 18,02 g/mol Peso molecular del etanol (Alfredo, Arias Jara, 2011, p. 395) : 46,07 g/mol Cálculos a) Para la muestra inicial en la fase líquida Utilizamos el alcoholímetro para medir el %V de la muestra de etanol-agua y así determinar la fracción molar del etanol en la fase líquida. % V (^) etanol = 51 % Por lo cual se podría decir que hay 51% de etanol y 49% de agua en la muestra de 200 mL. Porcentaje en peso de etanol leído en la tabla c.5 (Alfredo, Arias Jara, 2011, p. 392) % Petanol =43,4 % x ( peso )=
Calculamos la densidad del etanol en la fase liquida mediante la siguiente ecuación ρx =
wx − waire
5,1421 g −5,9962 g
ρx =0, Porcentaje en peso de etanol leído en la tabla c.5 (Alfredo, Arias Jara, 2011, p. 392) % Petanol =70,29 % x ( peso )=
Convertimos a fracción molar mediante la siguiente ecuación x ( mol )= x ( peso ) M (^) etanol x ( peso ) M (^) etanol
x ( peso ) Magua
0,7029 g 46,07 g mol 0,7029 g 46,07 g mol
( 1 −0,7029 g ) 18,02 g mol x ( mol )=0, b) Para la tabla 1 Calculamos la densidad del etanol de la muestra 1 en la fase liquida mediante la siguiente ecuación ρx =
wx − waire
ρx =
5,0591 g −5,9962 g
ρx =0, Calculamos la densidad del etanol de la muestra 1 en la fase vapor mediante la siguiente ecuación ρy =
w (^) y − waire
ρy =
5,1548 g −5,9962 g
ρy =0, Porcentaje en peso de etanol leído en la tabla c.5 (Alfredo, Arias Jara, 2011, p. 392) Fracción en peso de etanol fase líquida % Petanol =31,5115 % x ( peso )=
Fracción en peso de etanol fase vapor % Petanol =75,6420 % y ( peso )=
Convertimos a fracción molar en la fase líquida mediante la siguiente ecuación x ( mol )= x ( peso ) M (^) etanol x ( peso ) M (^) etanol
x ( peso ) Magua
0,3151 g 46,07 g mol 0,3151 g 46,07 g mol
( 1 −0,3151 g ) 18,02 g mol x ( mol )=0,
Figura 1 Diagrama de composición y temperatura en ELV de sistema binario (Etanol – Agua) a P =548 mmHg 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1. 68 73 78 83 88 93 x y Ubicamos los puntos experimentales obtenidos en la práctica sobre el diagrama de ELV Figura 2 Diagrama de composición y temperatura en ELV de sistema binario (Etanol – Agua) a P =548 mmHg con los puntos experimentales obtenidos en la práctica
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1. 68 73 78 83 88 93 x y x (experimental) y (experimental) Estimamos los parámetros de Van Laar, a partir de los resultados experimentales. Se extrajo las constantes de la ecuación de Antoine para el etanol y el agua del anexo 10 (Alfredo, Arias Jara, 2011, p. 416) Tabla 4 Datos de las constantes de Antoine N° Compuestos
Calculamos la temperatura de saturación para el agua y el etanol
γ 2 = 0,4515 × 73,0607 kPa 0,8475 × 40,7070 kPa
Calculamos la energía de Gibbs de exceso G E RT = x 1 ln γ 1 + x 2 ln γ 2 G E RT =0,1525 × ln ( 2,8116 )+0,8475 × ln ( 0,9563)=0. Figura 3 Grafica x 1 x 2 /(GE/RT) vs x 1 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.1400 0. -1.
f(x) = 44.51 x − 1. R² = 0. x x1x2/(GE/RT) A partir de la gráfica estimamos los parámetros de Van Laar en donde: a 12 =
a 21 =
Calculamos la nueva composición en el vapor del etanol y el agua a través del modelo termodinámico de Van Laar ln γ 1 = a 12
a 12 x 1
− 2 ln γ 2 = a 21
a 21 x 2
− 2
Reemplazamos con los parámetros calculados Para etanol γ 1 = e ( a^12 [^1 +^ a 12 x 1 a 21 x 2 ] − 2 ) γ 1 = e (0,5721[^1 +^ 0,5721 × 0,
− 2 ) =1, Para agua γ 2 = e ( a^21 [^1 +^ a 21 x 2 a 12 x 1 ] − 2 ) γ 2 = e (0,8475[^1 +^ 0,8475 × 0,
− 2 ) =1, Calculamos la nueva composición en la fase vapor del agua y etanol yi = xi γi Pi sat P Para etanol y 1 = 0,1525 × 1,01979 × 93,4474 kPa 73,0607 kPa
Para agua y 2 = 0,8475 × 1,01565 × 40,7070 kPa 73,0607 kPa
Repetimos el mismo procedimiento para los demás datos, para ello calculamos con el programa Excel. Resultados
Análisis y Discusión
presión constante que fue de 548 mmHg (Ayacucho), los resultados de la composición sirvieron para graficar Tx,y. Las fracciones molares experimentales de la fase vapor se alejan considerablemente de la curva de composición teórica etanol – agua, esto se debe que ocurrió una fuga en sistema de destilación simple causando que los datos se desvíen de la composición en fase vapor teórica. Por otro lado, la fracción molar líquida si se interceptan con la curva de composición en fase líquida teórica. Los parámetros para el modelo de Van Laar se obtuvieron mediante la ecuación de la gráfica 3 (x 1 x 2 /(GE/RT) vs x1) y así mismo se calculó una nueva composición en la fase vapor del agua y etanol mediante el coeficiente de actividad. VI. REFERENCIAS
