Artículos
Publicado 2020-11-12
Palabras clave
- Equilibrio Líquido-Vapor,
- Acetona-Cloroformo,
- Modelo Van Laar,
- Coeficiente de Actividad,
- Coeficiente de Fugacidad
Cómo citar
Sandoval Martínez, M. I., Muñoz Navarro, S. F., & Martinez Jiménez, H. J. (2020). Estimación del equilibrio líquido-vapor del sistema binario acetona-cloroformo mediante el modelo termodinámico de Van Laar y Peng Robinson. Revista ION, 33(2), 49–60. https://doi.org/10.18273/revion.v33n2-2020004
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Resumen
La determinación del equilibrio líquido-vapor de diferentes sistemas es información muy importante para la caracterización de las mezclas y los procesos de separación de estas. El equilibrio es estimado de forma experimental; sin embargo, su ejecución tiene altos costos por la precisión que se demanda en dichas pruebas. Una solución viable a la problemática planteada es el uso modelos termodinámicos que permitan obtener el equilibrio de fases. El presente artículo muestra la metodología para la estimación del equilibrio líquido-vapor de un sistema binario no ideal azeotropo, tomando como ejemplo la mezcla de acetona y cloroformo, en la herramienta software Matlab 9.0. Para dar cumplimiento al principal objetivo de la investigación, se elaboró la curva de rocío y burbuja usando la ecuación cúbica de Peng Robinson para calcular los coeficientes de fugacidad, y el modelo termodinámico de Van Laar para los coeficientes de actividad. Las curvas resultantes fueron comparadas con las curvas obtenidas experimentalmente a una temperatura de 50 °C y 35,17 °C, mostrando un buen ajuste, con errores relativos promedios inferiores a 3,9%. Adicionalmente, los resultados fueron comparados con los estimados a través del simulador de procesos químicos Aspen HYSYS y con un programa comercial (VLE Cal) alcanzando porcentajes de error promedio inferiores al 1%.
Descargas
Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Referencias
[1] Chasoy Rojas W. Determinación experimental del equilibrio liquido vapor del sistema etanoagua-glicerina (tesis maestría). Bogotá, Colombia: Universidad Nacional de Colombia; 2012.
[2] Zumalacárregui de Cárdenas L, Pérez Ones O, Hernández Castellanos FA, Cruz Lemus G. Modelación del equilibrio líquido-vapor a presión constante de mezclas etanol-agua utilizando redes neuronales artificiales. Tecnología Química. 2018;38(3):533-53.
[3] Marquez C, Ortega C, Oseguera J, Morales M. Simulación de la separación de una mezcla azeotropica de etanol agua, comparando métodos convencionales y no convencionales (sitio en internet). Researchgate. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/276848759_simulacion_de_la_separacion_de_una_mezcla_azeotropica_de_etanolagua_comparando_metodos_convencionales_y_no_convencionales. Acceso el 2 de diciembre de 2018.
[4] Harding S, Maranas C, Mc Donald, Floudas. Locating All Homogeneous Azeotropes in Multicomponent Mixtures. Ind. Eng. Chem. Res. 1997;36(1):160-78.
[5] Mandagarán B, Campanella E. Cálculo y Predicción de Azeótropos Multicomponentes con Modelos de Coeficientes de Actividad. Inf. Tecnol. 2008;19(5):73-84.
[6] Arango I, Villa A. Equilibrio multifásico de mezclas binarios y ternario s de carbonato de dietilo (DEC), agua, etanol. rev. ion 2012;25(1):43-49.
[7] Wang Y, Chien I. Unique Design Considerations for Maximum-Boiling Azeotropic Systems via Extractive Distillation: Acetone/Chloroform Separation. Ind. Eng. Chem. Res. 2018;57(38):1-38.
[8] Szarawara J, Gawdzik A. Method of calculation of fugacity coefficient from cubic equations of state. Chem. Eng. Sci. 1989;44(7):1489-94.
[9] Soave G, Coto B. SRK, después de muchos años: ¿Qué se puede mantener y qué se debe cambiar? An. R. Soc. Esp. Quím. 2007:103(4):14-21.
[10] Ghosh SK, Chopra SJ. Activity Coefficients from the Wilson Equation. Ind Eng Chem Proc Des Dev. 1975;14(3):304-8.
[11] Herrera M, Beltrán JC. Uso de coeficientes de actividad experimentales a dilución infinita para validar simulaciones de proceso. Tecnol. Ciencia Ed. 2012;27(2):69-79.
[12] O’Connell JP, Haile JM. Thermodynamics: Fundamentals for Applications. USA: Reissue edition. Cambridge: Cambridge University Press; 2011.
[13] Bello M, Torres D. Equilibrio liquido-vapor en soluciones no ideales, uso de la ecuación de van Laar para un sistema acetona- cloroformo (Tesis de maestría). México: Universidad
Autónomo de Puebla; 2010.
[14] Anguebes-Franseschi F, Bolaños-Reynoso E, Castro-Montoya A, Cantú-Lozano D. Separación de la Mezcla Azeotrópica AcetonaMetanol con Cloruro de Litio. Inf. Tecnol. 2004;15(2):111-6.
[15] Acosta-Esquijarosa J, Rodríguez-Donis I, Lodeiro-Prieto L, Nuevas-Paz L. Separación de los componentes de la mezcla azeotrópica acetona-n -hexano mediante un proceso
combinado: extracción líquido-líquido y destilación discontinua. Revista CENIC Ciencias Químicas (sitio en internet). Disponible en: http://www.redalyc.org/resumen.oa?id=181618068004. Acceso el 2 de diciembre de 2018.
[16] Prausnitz J, Lichtenthaler R, Azevedo E. Molecular Thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria. New Jersey: Prentice Hall; 1998.
[17] Moran M, Shapiro H. Fundamentos de termodinámica técnica. Barcelona: Reverté; 2012.
[18] Dimian A, Bildea C, Kiss A. Phase equilibria. En: Computer Aided Chemical Engineering. Ámsterdam. Elsevier Science Limited. 2003. p. 201-51.
[19] Rajadell F, Mojilla J. Termodinamica de gases. Fugacidad. En: Termodinámica química. Catellón de la Plana. Universitat Jaume; 2005. p.177-81
[20] Reid R. The Properties of Gases and Liquids. New York: McGraw-Hill; 1987.
[21] Hu J, Wang R, Mao S. Some useful expressions for deriving component fugacity coefficients from mixture fugacity coefficient (Sitio en internet). ResearchGate. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/222208355_Some_useful_ expressions_for_deriving_component_fugacity_coefficients_from_mixture_fugacity_coefficient. Acceso el 12 de diciembre de 2018.
[22] Martínez A de L, Camacho JV, Bajo JL. Termotecnia básica para ingenieros químicos: Bases de Termodinámica Aplicada: Ediciones la universidad de Castilla-La Mancha; 2003.
[23] Chakraborty A, Kumar R, Gbechoevi A. Fugacity coefficient estimation of pure Carbon dioxide and water: Approach aimed at comparative study through Van der Waals and Soave-Redlich-Kwong EOS Modelling (Sitio en internet). Researchgate. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/. Acceso el 16 diciembre del 2018.
[24] Corream F. Predicción del equilibrio líquido –vapor por el método UNIFAC – DORTMUND para el cálculo de los coeficientes de actividad mediante el software ‘ELVIQ’ (sitio en internet). Confederación Interamericana en Ingeniería Química. Disponible en: http://www.ciiq.org/varios/peru_2005/Trabajos/V/3/5.3.02.pdf. Acceso el 16 diciembre del 2018.
[25] Marigorta A. Análisis del equilibrio líquido-vapor a 141,3 kPa de mezclas binarias que contienen metanol con alcanos (C5,C6) y con esteres alquílicos (sitio en internet). Universidad de La Laguna. Disponible en: https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=838. Acceso el 12 febrero de 2019.
[26] Lerol J, Masson J, Renon H, Fabries J, Sannier H. Accurate Measurement of Activity Coefficient at Infinite Dilution by Inert Gas Stripping and Gas Chromatography. Ind Eng Chem Proc Des Dev. 1977;16(1):139-44.
[27] Rodriguez E, Ortega O del S, Sulroca Y, Delgado J. Introduction of a new mixture of solvents in Thin Layer Chromatography (sitio en internet). Centro Nacional de Toxicología. Disponible en: http://www.medigraphic.com/cgi-bin/new/resumenI.cgi?IDARTICULO=49423. Acceso el 28 de octubre 2018.
[28] Jain T, Singh P. Estimation of Activity Coefficients for binary mixture VLE Data using MATLAB. IARJSET. 2016;3:141-47.
[29] Bedoya F, Vasquez D. Aplicabilidad de la mezcla cloroformo-acetona, equilibrio de fases con ecuaciones de estado. Ingeniería química. Colombia: Universidad de Medellín; 2006. Report No.: 1.
[30] Kamath G, Georgiev G, Potoff J. Molecular Modeling of Phase Behavior and Microstructure of Acetone-Chloroform-Methanol Binary Mixtures. J. Phys. Chem. B. 2005;41(1):19463–473.
[31] Campbell A, Musbally G. Vapor pressures and vapor- liquid equilibria in the systems: (1) acetone - chloroform, (2) acetone -carbon tetrachloride, (3) benzene – carbon tetrachloride. Can. J. Chem. 1970;48(1):3173-184.
[2] Zumalacárregui de Cárdenas L, Pérez Ones O, Hernández Castellanos FA, Cruz Lemus G. Modelación del equilibrio líquido-vapor a presión constante de mezclas etanol-agua utilizando redes neuronales artificiales. Tecnología Química. 2018;38(3):533-53.
[3] Marquez C, Ortega C, Oseguera J, Morales M. Simulación de la separación de una mezcla azeotropica de etanol agua, comparando métodos convencionales y no convencionales (sitio en internet). Researchgate. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/276848759_simulacion_de_la_separacion_de_una_mezcla_azeotropica_de_etanolagua_comparando_metodos_convencionales_y_no_convencionales. Acceso el 2 de diciembre de 2018.
[4] Harding S, Maranas C, Mc Donald, Floudas. Locating All Homogeneous Azeotropes in Multicomponent Mixtures. Ind. Eng. Chem. Res. 1997;36(1):160-78.
[5] Mandagarán B, Campanella E. Cálculo y Predicción de Azeótropos Multicomponentes con Modelos de Coeficientes de Actividad. Inf. Tecnol. 2008;19(5):73-84.
[6] Arango I, Villa A. Equilibrio multifásico de mezclas binarios y ternario s de carbonato de dietilo (DEC), agua, etanol. rev. ion 2012;25(1):43-49.
[7] Wang Y, Chien I. Unique Design Considerations for Maximum-Boiling Azeotropic Systems via Extractive Distillation: Acetone/Chloroform Separation. Ind. Eng. Chem. Res. 2018;57(38):1-38.
[8] Szarawara J, Gawdzik A. Method of calculation of fugacity coefficient from cubic equations of state. Chem. Eng. Sci. 1989;44(7):1489-94.
[9] Soave G, Coto B. SRK, después de muchos años: ¿Qué se puede mantener y qué se debe cambiar? An. R. Soc. Esp. Quím. 2007:103(4):14-21.
[10] Ghosh SK, Chopra SJ. Activity Coefficients from the Wilson Equation. Ind Eng Chem Proc Des Dev. 1975;14(3):304-8.
[11] Herrera M, Beltrán JC. Uso de coeficientes de actividad experimentales a dilución infinita para validar simulaciones de proceso. Tecnol. Ciencia Ed. 2012;27(2):69-79.
[12] O’Connell JP, Haile JM. Thermodynamics: Fundamentals for Applications. USA: Reissue edition. Cambridge: Cambridge University Press; 2011.
[13] Bello M, Torres D. Equilibrio liquido-vapor en soluciones no ideales, uso de la ecuación de van Laar para un sistema acetona- cloroformo (Tesis de maestría). México: Universidad
Autónomo de Puebla; 2010.
[14] Anguebes-Franseschi F, Bolaños-Reynoso E, Castro-Montoya A, Cantú-Lozano D. Separación de la Mezcla Azeotrópica AcetonaMetanol con Cloruro de Litio. Inf. Tecnol. 2004;15(2):111-6.
[15] Acosta-Esquijarosa J, Rodríguez-Donis I, Lodeiro-Prieto L, Nuevas-Paz L. Separación de los componentes de la mezcla azeotrópica acetona-n -hexano mediante un proceso
combinado: extracción líquido-líquido y destilación discontinua. Revista CENIC Ciencias Químicas (sitio en internet). Disponible en: http://www.redalyc.org/resumen.oa?id=181618068004. Acceso el 2 de diciembre de 2018.
[16] Prausnitz J, Lichtenthaler R, Azevedo E. Molecular Thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria. New Jersey: Prentice Hall; 1998.
[17] Moran M, Shapiro H. Fundamentos de termodinámica técnica. Barcelona: Reverté; 2012.
[18] Dimian A, Bildea C, Kiss A. Phase equilibria. En: Computer Aided Chemical Engineering. Ámsterdam. Elsevier Science Limited. 2003. p. 201-51.
[19] Rajadell F, Mojilla J. Termodinamica de gases. Fugacidad. En: Termodinámica química. Catellón de la Plana. Universitat Jaume; 2005. p.177-81
[20] Reid R. The Properties of Gases and Liquids. New York: McGraw-Hill; 1987.
[21] Hu J, Wang R, Mao S. Some useful expressions for deriving component fugacity coefficients from mixture fugacity coefficient (Sitio en internet). ResearchGate. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/222208355_Some_useful_ expressions_for_deriving_component_fugacity_coefficients_from_mixture_fugacity_coefficient. Acceso el 12 de diciembre de 2018.
[22] Martínez A de L, Camacho JV, Bajo JL. Termotecnia básica para ingenieros químicos: Bases de Termodinámica Aplicada: Ediciones la universidad de Castilla-La Mancha; 2003.
[23] Chakraborty A, Kumar R, Gbechoevi A. Fugacity coefficient estimation of pure Carbon dioxide and water: Approach aimed at comparative study through Van der Waals and Soave-Redlich-Kwong EOS Modelling (Sitio en internet). Researchgate. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/. Acceso el 16 diciembre del 2018.
[24] Corream F. Predicción del equilibrio líquido –vapor por el método UNIFAC – DORTMUND para el cálculo de los coeficientes de actividad mediante el software ‘ELVIQ’ (sitio en internet). Confederación Interamericana en Ingeniería Química. Disponible en: http://www.ciiq.org/varios/peru_2005/Trabajos/V/3/5.3.02.pdf. Acceso el 16 diciembre del 2018.
[25] Marigorta A. Análisis del equilibrio líquido-vapor a 141,3 kPa de mezclas binarias que contienen metanol con alcanos (C5,C6) y con esteres alquílicos (sitio en internet). Universidad de La Laguna. Disponible en: https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=838. Acceso el 12 febrero de 2019.
[26] Lerol J, Masson J, Renon H, Fabries J, Sannier H. Accurate Measurement of Activity Coefficient at Infinite Dilution by Inert Gas Stripping and Gas Chromatography. Ind Eng Chem Proc Des Dev. 1977;16(1):139-44.
[27] Rodriguez E, Ortega O del S, Sulroca Y, Delgado J. Introduction of a new mixture of solvents in Thin Layer Chromatography (sitio en internet). Centro Nacional de Toxicología. Disponible en: http://www.medigraphic.com/cgi-bin/new/resumenI.cgi?IDARTICULO=49423. Acceso el 28 de octubre 2018.
[28] Jain T, Singh P. Estimation of Activity Coefficients for binary mixture VLE Data using MATLAB. IARJSET. 2016;3:141-47.
[29] Bedoya F, Vasquez D. Aplicabilidad de la mezcla cloroformo-acetona, equilibrio de fases con ecuaciones de estado. Ingeniería química. Colombia: Universidad de Medellín; 2006. Report No.: 1.
[30] Kamath G, Georgiev G, Potoff J. Molecular Modeling of Phase Behavior and Microstructure of Acetone-Chloroform-Methanol Binary Mixtures. J. Phys. Chem. B. 2005;41(1):19463–473.
[31] Campbell A, Musbally G. Vapor pressures and vapor- liquid equilibria in the systems: (1) acetone - chloroform, (2) acetone -carbon tetrachloride, (3) benzene – carbon tetrachloride. Can. J. Chem. 1970;48(1):3173-184.