Equilibrio vapor-líquido
En termodinámica e ingeniería química , el equilibrio líquido-vapor (VLE) describe la distribución de una especie química entre la fase de vapor y la fase líquida.
La concentración de un vapor en contacto con su líquido, especialmente en equilibrio, a menudo se expresa en términos de presión de vapor , que será una presión parcial(una parte de la presión total del gas) si cualquier otro gas está presente con el vapor. En general, la presión de vapor de equilibrio de un líquido depende en gran medida de la temperatura. En el equilibrio vapor-líquido, un líquido con componentes individuales en ciertas concentraciones tendrá un vapor de equilibrio en el que las concentraciones o presiones parciales de los componentes de vapor tienen ciertos valores que dependen de todas las concentraciones de componentes líquidos y la temperatura. Lo contrario también es cierto: si un vapor con componentes en ciertas concentraciones o presiones parciales está en equilibrio vapor-líquido con su líquido, entonces las concentraciones de los componentes en el líquido se determinarán en función de las concentraciones de vapor y de la temperatura. La concentración de equilibrio de cada componente en la fase líquida suele ser diferente de su concentración (o presión de vapor) en la fase de vapor, pero existe una relación. Los datos de concentración de VLE se pueden determinar experimentalmente, aproximados con la ayuda de teorías comoLey de Raoult, ley de Dalton y ley de Henry .
Tal información de equilibrio vapor-líquido es útil en el diseño de columnas para destilación , especialmente destilación fraccionada , que es una especialidad particular de los ingenieros químicos . [1] [2] [3] La destilación es un proceso utilizado para separar total o parcialmente los componentes de una mezcla mediante ebullición (vaporización) seguida de condensación . La destilación aprovecha las diferencias en las concentraciones de los componentes en las fases líquida y de vapor.
En mezclas que contienen dos o más componentes, las concentraciones de cada componente a menudo se expresan como fracciones molares . La fracción molar de un componente dado de una mezcla en una fase particular (ya sea la fase líquida o de vapor) es el número de moles de ese componente en esa fase dividido por el número total de moles de todos los componentes en esa fase.
Las mezclas binarias son aquellas que tienen dos componentes. Las mezclas de tres componentes se denominan mezclas ternarias. Puede haber datos VLE para mezclas con incluso más componentes, pero estos datos a menudo son difíciles de mostrar gráficamente. Los datos de VLE son una función de la presión total, como 1 atm o a la presión a la que se lleva a cabo el proceso.
Cuando se alcanza una temperatura tal que la suma de las presiones de vapor de equilibrio de los componentes líquidos se iguala a la presión total del sistema (de lo contrario, es más pequeña), las burbujas de vapor generadas por el líquido comienzan a desplazar el gas que mantenía la temperatura. presión total, y se dice que la mezcla hierve . Esta temperatura se llama punto de ebullición de la mezcla líquida a la presión dada. (Se supone que la presión total se mantiene estable ajustando el volumen total del sistema para adaptarse a los cambios de volumen específicos que acompañan a la ebullición). El punto de ebullición a una presión total de 1 atm se denomina punto de ebullición normal de la mezcla líquida . .
