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INGENIERA QUMICA
EQUILIBRIO QUMICO
EQU-ES
REV00
II
DIRECTORIO
Mtro. Alonso Lujambio Irazbal
Secretario de Educacin Pblica
Dr. Rodolfo Tuirn Gutirrez
Subsecretario de Educacin Superior
Mtra. Sayonara Vargas Rodrguez
Coordinadora de Universidades Politcnicas
IV
NDICE
INTRODUCCIN............................................................................................................................................. 1
PROGRAMA DE ESTUDIOS ........................................................................................................................... 2
FICHA TCNICA .............................................................................................................................................. 3
DESARROLLO DE LAS PRACTICAS Y PROYECTO ............................................................................................ 5
INSTRUMENTOS DE EVALUACIN ............................................................................................................... 9
GLOSARIO .................................................................................................................................................. 277
BIBLIOGRAFA ........................................................................................................................................... 288
INTRODUCCIN
Este manual establece las metas a cumplir de la materia de Equilibrio Qumico en Ingeniera
Qumica; se verifican los objetivos de aprendizaje, secuencia didctica y procesos de
evaluacin; presenta una planeacin del curso, verificando las habilidades y competencias
que el alumno de ingeniera qumica debe adquirir durante su formacin; ya que las
consideraciones de Equilibrio entre fases son base fundamental para los procesos de
separacin, diseo de las operaciones de separacin, entre otros.
El contenido fue planeado tomando en cuenta que el ingeniero qumico debe enfrentar una
gama muy amplia de problemas entre los que se encuentran clculos de requerimientos de
calor para procesos fsicos y qumicos, as como la determinacin de las condiciones de
equilibrio en reacciones qumicas y para la transferencia de especies qumicas entre fases a
partir de datos experimentales, en donde la combinacin de operaciones fsicas y qumicas
le sern de utilidad en la resolucin de problemas ya que sta es una caracterstica
distintiva del Ingeniero Qumico.
Los ingenieros qumicos se enfrentan a procesos de separacin en donde se definen fases
que fluyen en contacto en donde se producen gradientes de concentracin de entrada y de
salida. Donde el gradiente de concentracin es el objetivo del proceso para alcanzar la
mxima concentracin de uno o ms componentes.
La separacin de mezclas en componentes esencialmente puros es de capital importancia
en la fabricacin de productos qumicos; puesto que la mayor parte del equipo en una planta
qumica tiene como fin la purificacin de materias primas, productos intermedios y
productos finales, mediante las operaciones de transferencia de materia en mltiples fases.
(Henley, Seader, 2008)
Es por esto que el ingeniero qumico debe conocer las leyes que rigen los procesos de
separacin que fundamentan el equilibrio qumico.
2
PresencialNO
PresencialPresencial
NO
Presencial
Al completar la unidad, el alumno ser
capaz de:
* Cuantificar las variables presentes en
mezclas vapor - liquido
* Calcular las condiciones del sistema a
partir de la ley de Henry y Correlaciones
estado.
EC1 Resuelve Cuestionario para
calculo de los grados de libertad
presentes en una mezcla.
EP1 Entrega Problemario:
Calcula las fracciones en fase
liquida o gas presentes en un
sistema.
ED1 Programacin en Excel:
Obtiene grficos para establecer el
equilibrio y calculo de
concentracin en mezclas binaria.
Exposicin para
describir sistemas
con equilibrio
homogneo y
heterogneo..
Experiencia
estructurada para
uso de hojas de
calculo en la
solucin de
problemas.
Mapa conceptual para
especificar las variables
presentes en sistemas
con cambio de fase.
Problemario para
calculo de
concentracin de
mezclas binarias y uso
de tablas y graficas de
propiedades
termofisicas.
X X N/A N/A
Programa en
Excel para
calculo de
concentracione
s en mezclas
binarias
Pizarrn blanco,
Plumones
Proyector,
Laboratorio de
computo.
15 0 10 5Documental y
de Campo
Cuestionario sobre calculo de
grados de libertad.
Lista de cotejo para problemario
para calcular las fracciones en fase
liquida o gas presentes en un
sistema.
Gua de Observacin para
programacin sobre clculos en
concentracin de mezclas.
Al completar la unidad, el alumno ser
capaz de:
* Calcular las relaciones de equilibrio entre
fases para establecer las concentraciones de
un sistema.
* Calcular constantes en equilibrio VL para
especies puras y en solucin.
* Corregir desviacin del gas ideal con
ecuaciones de estado para obtener los
coeficientes de fugacidad.
EC1 Resuelve Cuestionario para
emplear la ecuacin de fugacidad
para verificar el equilibrio.
ED1 Realiza Programacin para
calculo de condiciones en
equilibrio a partir de ecuaciones
de estado.
EP2 Entrega Problemario:
Calculo de concentraciones para
especies en solucin
Estudio de caso
para calculo de
concentraciones en
equilibrio. Anlisis
de problemas para
calculo de
concentraciones de
especies en
solucin.
Anlisis y
comprensin para
programacin de
ecuaciones de estado.
Estudio de caso para
calculo de
concentraciones y
coeficientes de
fugacidad.
X X N/A N/A
Programa en
Excel para
ecuaciones de
estado
Pizarrn blanco,
Plumones.
Proyector,
Laboratorio de
computo.
15 0 10 5Documental y
de Campo
Cuestionario sobre calculo de
fugacidad.
Gua de observacin para
programacin calculo de condiciones
en equilibrio a partir de ecuaciones
de estado. Lista de
cotejo para problemario de
Programacin
sobre clculo de concentraciones
para especies en solucin
Al completar la unidad, el alumno ser
capaz de:
* Calcular Propiedades molares parciales y
potencial qumico.
* Modelar la Variacin del coeficiente de
actividad con la temperatura y composicin.
* Calcular las propiedades PVT en mezclas
reales.
EC1 Cuestionario: Calculo de
propiedades molares parciales y
potencial qumico.
ED1 Realiza programacin
Para calculo de concentraciones a
partir de modelos termodinmicos.
Exposicin del
docente para
especificar
propiedades molares
parciales. Estudio
de caso para
calculo de
concentraciones a
partir de modelos
termodinmicos.
Recepcin de
informacin para
especificacin de
propiedades molares
parciales.
Investigacin para
modelos
termodinmicos con
cambio de fase.
Practica de
laboratorio para
calculo de actividad y
coeficientes de
fugacidad en equipo de
separacin L/L y L/V.
X X N/A N/A
Practica 1.
Equipo de
separacin L/L
y V/L
Pizarrn blanco,
Plumones.
Proyector,
Laboratorio de
operaciones
unitarias
10 0 5 5Documental y
de campo.
Cuestionario para el calculo de
propiedades molares parciales.
Gua de observacin para
programar modelos termodinmicos.
Al completar la unidad, el alumno ser
capaz de:
* Realizar el Anlisis termodinmico de
procesos de flujo en estado uniforme
EP1 Entrega Reporte de
Proyecto: Para calculo de
coeficientes de actividad y Calculo
de prediccin, volumen o
temperatura en mezclas cuando
hay cambio en las condiciones del
sistema
Estudio de caso
para calculo de
Trabajo
Elabora Proyecto para
verificar el trabajo
realizado en un sistema
en flujo
X X N/A
Proyecto:
Integracin de
Programacin
de ecuaciones
de estado.
N/A Pizarrn, aspen
Proyector,
Laboratorio de
computo.
5 0 5 0 Documental
Lista de Cotejo para proyecto
calculo de coeficientes de actividad y
Calculo de prediccin, volumen o
temperatura en mezclas cuando hay
cambio en las condiciones del
sistema
Anlisis Termodinmico de
Procesos
Termodinmica del equil ibrio
Equil ibrio entre fases a partir
de ecuaciones de estado
EQUIPOS
REQUERIDOSRESULTADOS DE APRENDIZAJE EVIDENCIAS
OTRO
Sistemas Multicomponentes
MOVILIDAD FORMATIVA
MATERIALES
REQUERIDOSPARA EL
APRENDIZAJE
(ALUMNO)
AULA LABORATORIO
ESPACIO EDUCATIVO
FECHA DE EMISIN: Julio del 2010
UNIVERSIDADES PARTICIPANTES: Universidad Politcnica de Tlaxcala
CONTENIDOS PARA LA FORMACIN ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE EVALUACIN
OBSERVACINUNIDADES DE APRENDIZAJE
TOTAL DE HORAS
PARA LA
ENSEANZA
(PROFESOR)
PROYECTO PRCTICA TERICA PRCTICA
TCNICA INSTRUMENTO
TECNICAS SUGERIDAS
EQU-ES
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA: El alumno ser capaz de determinar las variables del proceso a modelar, obtener los grados de l ibertad del proceso con base a la regla de fases de Gibbs para determinar las variables del sistema a modelar.
TOTAL HRS. DEL CUATRIMESTRE: 90
CLAVE DE LA ASIGNATURA:
OBJETIVO DEL PROGRAMA EDUCATIVO:Formar profesionales competentes en ingeniera qumica con alto sentido de responsabil idad integral, capaces de desempearse exitosamente aplicando la te3cnologa para formular y resolver problemas tcnicos y administrativos, habil itndolos con un perfi l emprendedor para el
desarrollo de nuevas empresas
NOMBRE DE LA ASIGNATURA: Equil ibrio Qumico
PROGRAMA DE ESTUDIO
DATOS GENERALES
NOMBRE DEL PROGRAMA EDUCATIVO: Ingeniera Qumica
3
FICHA TCNICA
EQUILIBRIO QUMICO
Nombre: Equilibrio Qumico
Clave: EQU-ES
Justificacin: Que el alumno establezca en estado dinmico de equilibrio y calcule los
cambios de concentracin de las molculas en fase liquida y gas.
Objetivo:
El alumno ser capaz de determinar las variables del proceso a modelar,
obtener los grados de libertad del proceso con base al anlisis de la regla de
fases de Gibbs para determinar las variables del sistema a modelar.
Habilidades:
Razonamiento matemtico, capacidad de comprensin, capacidades de
anlisis y sntesis para aprender, para resolver problemas, aplicar los
conocimientos en la prctica.
Competencias
genricas a
desarrollar:
Esta asignatura contribuye al desarrollo de las siguientes competencias
transversales:
Capacidad de abstraccin, anlisis y sntesis.
Habilidad para buscar, analizar y procesar informacin procedente de
diversas fuentes
Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas.
Capacidades a desarrollar en la asignatura Competencias a las que contribuye la
asignatura
Seleccionar los modelos termodinmicos con
base las condiciones de operacin del sistema,
para tener menor variacin con base a los datos
experimentales.
Modelar sistemas con reaccin qumica a partir
de simulacin en Aspen Plus y pruebas piloto
para optimizar el proceso productivo.
Estimacin de tiempo
(horas) necesario para
transmitir el aprendizaje al
alumno, por Unidad de
Aprendizaje:
Unidades de
aprendizaje
HORAS TEORA HORAS PRCTICA
presencial
No
presencial
presencial
No
presencial
Termodinmica del
equilibrio 15 0 10 5
Equilibrio entre fases a
partir de ecuaciones de
estado
15 0 10 5
4
Sistemas
Multicomponentes
10 0 5 5
Anlisis Termodinmico
de procesos 5 0 5 0
Total de horas por
cuatrimestre: 90
Total de horas por semana: 6
Crditos: 6
5
Nombre de la
asignatura: Equilibrio Qumico
Nombre de la Unidad de
Aprendizaje:
Termodinmica del equilibrio
Nombre de la prctica o
proyecto:
Programa en Excel para calculo de concentraciones en mezclas binarias
Nmero: 1
Duracin (horas)
:
5
Resultado de
aprendizaje:
* Cuantificar y modelar las variables presentes en mezclas vapor -
lquido. * Calcular las condiciones del sistema a partir de la ley de Henry
y Raoult.
Requerimientos
(Material o equipo): Laboratorio de Computo con office Excel
Actividades a desarrollar en la prctica:
El maestro:
1. Establece las mezclas a modelar 2. Especifica las condiciones del sistema composiciones T y/o P
El alumno:
3. Realiza la programacin 4. Corre la programacin para obtener los resultados 5. Grafica Txy o Pxy.
Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la prctica:
ED1 Programacin en Excel: Emplea grficos para establecer el equilibrio y clculo de concentracin
en mezclas binaria.
PRCTICA. CONCENTRACIN DE MEZCLAS BINARIAS.
6
Nombre de la
asignatura: Equilibrio Qumico
Nombre de la Unidad de
Aprendizaje:
Equilibrio entre fases a partir de ecuaciones de estado
Nombre de la prctica o
proyecto:
Calculo de las condiciones de equilibrio
Nmero: 1
Duracin (horas)
:
5
Resultado de
aprendizaje:
* Calcular las relaciones de equilibrio entre fases para establecer las
concentraciones de un sistema.
* Calcular constantes en equilibrio VL para especies puras y en solucin.
* Corregir desviaciones del gas ideal con ecuaciones de estado para
obtener los coeficientes de fugacidad.
Requerimientos
(Material o equipo): Laboratorio de Computo con office Excel
Actividades a desarrollar en la prctica:
El maestro:
1. Establece las condiciones de mezcla El alumno:
2. Elige la Ecuacin de estado apropiada al sistema 3. Obtiene las propiedades termodinmicas del sistema
Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la prctica:
ED1 Realiza Programacin en hojas de Excel para calculo de condiciones en equilibrio a partir de
ecuaciones de estado.
PRCTICA. ECUACIONES DE ESTADO
7
Nombre de la
asignatura: Equilibrio Qumico
Nombre de la Unidad de
Aprendizaje:
Sistemas Multicomponentes
Nombre de la prctica o
proyecto:
Programacin de ecuaciones de estado para sistemas multicomponentes
Nmero: 1
Duracin (horas)
:
2
Resultado de
aprendizaje:
* Calcular Propiedades molares parciales y potencial qumico.
* Modelar la Variacin del coeficiente de actividad con la temperatura y
composicin.
* Calcular las propiedades PVT en mezclas reales.
Requerimientos
(Material o equipo): Laboratorio de Computo con office Excel
Actividades a desarrollar en la prctica:
El maestro:
1. Establece las condiciones de la mezcla multicomponente El alumno:
2. Resuelve ecuaciones de estado a partir de reglas de mezclado 3. Obtiene grficos de Hxy, Txy, Pxy
Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la prctica:
ED1 Realiza programacin Para calculo de concentraciones a partir de modelos termodinmicos.
PRCTICA. EQUIPO DE SEPARACIN L/L Y V/L
8
Nombre de la
asignatura: Equilibrio Qumico
Nombre de la Unidad de
Aprendizaje:
Anlisis Termodinmico de Procesos
Nombre de la prctica o
proyecto:
Integracin de programacin de ecuaciones de estado.
Nmero: 1
Duracin (horas)
:
3
Resultado de
aprendizaje:
* Realizar el anlisis termodinmico de procesos de flujo en estado
uniforme.
Requerimientos
(Material o equipo):
Laboratorio de Computo con office Excel, Columna de separacin L/L del
laboratorio de operaciones unitarias
Actividades a desarrollar en la prctica:
El maestro:
1. Establece los equipos para uso de equipo 2. Entrega practica a seguir 3. Especifica la mezcla reactiva que se requiere separar
El alumno:
4. Realiza los clculos necesarios para la separacin 5. Arranca el equipo de separacin L/L 6. Mide las condiciones necesarias del sistema para los clculos termodinmicos. 7. Corre en una programacin con Excel los datos necesarios, que se especifican en la prctica
de laboratorio.
Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la prctica:
EP1 Entrega Reporte de Proyecto: Para clculo de coeficientes de actividad y Calculo de prediccin,
volumen o temperatura en mezclas cuando hay cambio en las condiciones del sistema.
PROYECTO PROGRAMACIN DE ECUACIONES DE ESTADO
9
10
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Nombre(s) del alumno(s): Firma del alumno:
Maestro: Firma del
maestro:
Esta evaluacin diagnstica, tiene como objetivo identificar los conocimientos previos a la asignatura, no tiene valor para la calificacin y solo sirve como un instrumento para planear las sesiones de aprendizaje. Tiempo aproximado de la evaluacin: 30 min.
Seleccione la respuesta correcta 1. Estudia el intercambio de energa, los fundamentos del comportamiento fsico y qumico,
adems de los sistemas y como interaccionan con su entorno.
a. Trabajo termodinmico b. Calor c. Termodinmica
2. Es la cantidad de energa que fluye a travs de los lmites entre el sistema y el medio, como consecuencia de una diferencia de temperatura entre el sistema y el medio.
a. Trabajo termodinmico b. Calor c. Termodinmica
3. Se define como la suma de todas las formas de energa (energa cintica y potencial) de un sistema; se le asigna el smbolo U y se nombra como:
a. Energa interna b. Entropa c. Entalpa
4. Es la fuerza normal ejercida por un fluido por unidad de rea de la superficie. a. Temperatura b. Volumen c. Presin
5. Es aquel en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno.
a. Proceso Isotrmico b. Proceso Adiabtico c. Proceso Isobrico
6. Es aquel proceso termodinmico que ocurre a presin constante. a. Proceso Isotrmico b. Proceso Adiabtico c. Proceso Isobrico
EVALUACIN DIAGNSTICA SOBRE CONCEPTOS BSICOS DE
EQUILIBRIO QUMICO
11
7. Magnitud que mide la parte de la energa que no puede utilizarse para producir un trabajo; es decir, el grado de desorden que poseen las molculas que integran un cuerpo,
o tambin el grado de irreversibilidad alcanzada despus de un proceso que implique
transformacin de energa.
a. Energa Interna b. Entropa c. Entalpa
8. Es la operacin de separar, comnmente mediante calor, los diferentes componentes lquidos de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullicin (temperaturas
de ebullicin) de cada una de las sustancias a separar.
a. Destilacin b. Adsorcin c. Absorcin
9. Es una magnitud de termodinmica simbolizada con la letra H, la variacin de sta expresa una medida de la cantidad de energa absorbida o cedida por un sistema
termodinmico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energa que tal sistema puede
intercambiar con su entorno.
a. Energa Interna b. Entalpa c. Entropa
10. Fenmeno que se verifica en cualquier reaccin reversible si no existe intervencin externa y en el cual se observa que las cantidades relativas de las sustancias que
intervienen en la reaccin, tanto los (reactivos como los productos) permanecen
constantes, en el cual las concentraciones de las sustancias participantes no cambian
con el tiempo.
a. Energa Interna b. Entropa c. Equilibrio Qumico
11. Expresa la masa por unidad de volumen; siendo sta una magnitud intensiva. a. Calor b. Trabajo c. Densidad
12. Es su acumulacin en una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formacin de una pelcula lquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo slido o
lquido.
a. Lixiviacin b. Absorcin c. Adsorcin
13. Es aquel lmite para el cual el volumen de un lquido es igual al de una masa igual de vapor o, dicho de otro modo, en el cual las densidades del lquido y del vapor son iguales.
Si se miden las densidades del lquido y del vapor en funcin de la temperatura y se
representan los resultados, puede determinarse la temperatura crtica a partir del punto
de interseccin de ambas curvas. Temperatura y presin por encima de la cual no se
puede condensar un gas.
a. Punto critico b. Punto triple c. Temperatura de saturacin
14. Es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado slido, el estado lquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presin especficas.
a. Punto critico b. Punto triple
12
c. Temperatura de saturacin
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Unidad de aprendizaje: Fecha:
Nombre(s) del alumno(s): Firma del
alumno:
Maestro: Firma del
maestro:
Este instrumento tiene como objetivo evaluar el conocimiento del alumno, es de carcter formativo y no tiene efecto en la calificacin final.
1. Para diferentes mezclas de nhexano(1) y nheptano(2), y suponiendo que se comportan
Como soluciones ideales, calclese:
1) La presin de saturacin y composiciones de vapor en equilibrio con un lquido de
x1=0.5 a 75C.
2) La presin de saturacin y composiciones de lquido en equilibrio con un vapor de
y1=0.2 a 180C.
3) La temperatura de ebullicin y composiciones del vapor en equilibrio con un lquido de
x1=0.7 a 700 mmHg .
4) La temperatura de condensacin y composiciones del lquido en equilibrio con un
vapor de y1=0.8 a 2 bar.
5) Las composiciones de vapor y lquido en equilibrio en que se escinde una mezcla de
x1=0.45 a 135 mmHg y 35C, y las proporciones de vapor y lquido formados. Y a 200
mmHg?
EJERCICIOS PRCTICOS. EVALUACIN FORMATIVA UNIDAD DE
APRENDIZAJE 1. TERMODINAMICA DEL EQUILIBRIO
13
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Unidad de aprendizaje: Fecha:
Nombre(s) del alumno(s): Firma del
alumno:
Maestro: Firma del
maestro:
Este instrumento tiene como objetivo evaluar el conocimiento del alumno, es de carcter formativo y no tiene efecto en la calificacin final.
Resuelva los siguientes problemas:
1. Se midieron las composiciones de las fases en equilibrio para el sistema metano / n-butano / n-decano a 280F y 3000 psia
Especie xi yi
Metano 0.5444 0.9140
n-
butano
0.0916 0.0512
n-
decano
0.3640 0.0348
Utilice la ecuacin de estado RK para predecir el volumen en cada fase, la densidad, los
coeficientes de fugacidad de la mezcla y la entalpia. Prediga los valores de K.
2. Para el propileno a 100F, utilcese la ecuacin de estado RK para estimar la fugacidad y el coeficiente de fugacidad del componente puro a:
a. 500 psia b. 100 psia
EJERCICIOS PRCTICOS. EVALUACIN FORMATIVA UNIDAD DE
APRENDIZAJE 2. EQUILIBRIO ENTRE FASES A PARTIR DE
ECUACIONES DE ESTADO
14
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Termodinmica para Ingeniera
Qumica Grupo:
Unidad de aprendizaje: Fecha:
Nombre(s) del alumno(s): Firma del
alumno:
Maestro: Firma del
maestro:
Este cuestionario tiene como objetivo evaluar el conocimiento del alumno, es de carcter formativo y no tiene efecto en la calificacin final.
1. En una mezcla de vapor de CO2 e isobutano a 120C y 2.5 MPa. Calcule la fugacidad del
CO2 a travs de todo el rango de composiciones
a. Usando la ecuacin virial para mezclas
b. Usando la ecuacin de PR
c. Usando la ecuacin SRK
d. Usando la ecuacin RK
2. Para el sistema propano isopentano a 167F y 147 psia muestran que una muestra liquida con una fraccin molar de propano de 0.2900 est en equilibrio con vapor cuya
fraccin molar de propano es de 0.6650. Utilice la ecuacin RK para predecir:
a. Volumen molar de liquido y vapor en m3/kg b. Entalpias de liquido y vapor en KJ/kg c. Coeficientes de fugacidad para cada componente de liquido y vapor d. Los valores k de cada componente
EJERCICIOS PRCTICOS. EVALUACIN FORMATIVA UNIDAD DE
APRENDIZAJE 3. SISTEMAS MULTICOMPONENTES
15
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: EQUILIBRIO QUIMICO Grupo:
Nombre(s) del alumno(s): Firma del
alumno:
Maestro: Firma del
maestro:
Este cuestionario tiene como objetivo evaluar el conocimiento del alumno y representa el porcentaje de la calificacin acordado al inicio del curso. Tiempo aproximado de la evaluacin: 1 hora.
Definicin: Num. Concepto:
1. Es la presin que ejerce un gas en una mezcla gaseosa.
( ) Equilibro Qumico
2. Mezcla formada por dos componentes, con propiedades fsicas y qumicas uniformes
( ) Presin de Saturacin
3. Establece que la presin parcial de la especie en fase vapor es directamente proporcional a
su fraccin mol de la fase lquida.
( ) Equilibrio Heterogneo
4. Es una condicin esttica donde, con el tiempo, no ocurre cambio alguno en las
propiedades macroscpicas de un sistema, lo
cual implica un balance de todos los
potenciales que pueden ocasionar un
cambio.
( ) Equilibrio Homogneo
( ) Ley de Dalton/Raoult
5. Presin ejercida por su vapor cuando los estados lquido y gaseoso estn en equilibrio
dinmico.
( ) Presin Parcial
6. Es el menor nmero de constituyentes qumicos independientemente variables
necesarios y suficientes para expresar la
composicin de cada fase presente en
cualquier estado de equilibrio.
( ) Variables Intensivas
7. Es cualquier fraccin, incluyendo la totalidad, de un sistema que es fsicamente
homogneo en s mismo y unido por una
superficie que es mecnicamente separable
( ) Variables Extensivas
( ) Punto de Roco
( ) Punto de ebullicin
CUESTIONARIO SOBRE CLCULO DE GRADOS DE LIBERTAD
16
de cualquier otra fraccin.
8. Es el nmero de variables intensivas que pueden ser alteradas independientemente y
arbitrariamente sin provocar la desaparicin
o formacin de una nueva fase.
( ) Fases
9. La temperatura, presin, densidad y composicin se conocen como:
( ) Componentes
10. Temperatura a la que la presin de vapor del liquido, es igual a una atmosfera
( ) Grados de Libertad
II. Soluciona los siguientes problemas y coloca el procedimiento y resultado con tinta negra
(valor: 7 pts).
3. Suponiendo que la ley de Raoult es vlida realice los clculos siguientes para el sistema benceno(1)/tolueno(2):
Compuesto A B C
Benceno 13.7819 2726.81 217.572
Tolueno 13.9320 3056.96 217.625
a. Se conoce x1 = 0.33 y T = 100C, encuentre y1 = __________, P = _________________
b. Considere y1 = 0.33 y T = 100C, encuentre x1 = ____________, P = ________________
4. Una mezcla liquida de ciclohexano(1)/fenol(2), para la cual x1 = 0.6 est en equilibrio con su vapor a 144 C. Establezca la presin de equilibrio P y la composicin de vapor y1 de la
siguiente informacin:
Ln 1 = Ax22 Ln 2 = Ax12
P1sat = 75.20 kPa P2sat = 31.66 kPa La constante A = 2.771 0.00523T
17
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
NOMBRE DEL ALUMNO:
MATRICULA: FIRMA DEL ALUMNO:
PRODUCTO: FECHA:
MATERIA: CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO: FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados SI cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque NO. En la columna OBSERVACIONES indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cules son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
NOTA: Por cada problema se revisarn cada una de las caractersticas a cumplir.
Valor del
reactivo Caracterstica a cumplir (Reactivo)
CUMPLE OBSERVACIONES
SI NO
5%
Presentacin. El problemario cumple con los requisitos de:
a. Buena presentacin b. No tiene faltas de ortografa c. Mantiene orden de solucin de
problemas.
55%
Estructura del problemario. establece:
Formulas correspondientes,
Realiza despeje de la formula,
Coloca los datos necesarios,
Incluye unidades de medicin,
Especifica el resultado
30% Resultados. Los resultados son correctos
10%
Responsabilidad. Entreg el reporte en la fecha y hora sealada. (Plagio de informacin con otros compaeros 50%)
100% CALIFICACIN:
LISTA DE COTEJO PARA PROBLEMARIO SOBRE EL CLCULO
DE FRACCIONES MOLARES X, Y PRESENTES EN UN SISTEMA
18
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Termodinmica para Ingeniera
Qumica Grupo:
Nombre de la prctica: Fecha:
Nombre(s) del alumno(s):
Firma(s) del
alumno(s):
Maestro: Firma del
maestro:
INSTRUCCIONES
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados SI cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque NO. En la columna OBSERVACIONES indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cules son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
NOTA: Por cada problema se revisarn cada una de las caractersticas a cumplir.
Valor del
reactivo Caracterstica a cumplir (Reactivo)
CUMPLE OBSERVACIONES
SI NO
10% Actitudes. Realiza la programacin de acuerdo a lo
indicado, manteniendo el orden y pulcritud.
5% Presentacin. Usa secuencia lgica de programacin
60% Aprendizajes. Se alcanzaron al 100% los resultados de
aprendizaje
10% Funcionalidad. Los valores de las incgnitas a determinar
son los correctos.
10% Habilidades. Trabaja en equipo.
5% Responsabilidad. Entreg las evidencias en la fecha y hora
sealada
100% CALIFICACIN:
GUA DE OBSERVACIN PARA PROGRAMACIN DE
CONCENTRACIN DE MEZCLAS BINARIAS
19
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Nombre(s) del alumno(s): Firma del
alumno:
Maestro: Firma del
maestro:
Este cuestionario tiene como objetivo evaluar el conocimiento del alumno y representa el porcentaje de la calificacin acordado al inicio del curso. Tiempo aproximado de la evaluacin: 80 minutos.
1. Una corriente de gas consiste de 90% mol de metano, 5% mol de etano, 3% mol de propano y 2% mol de n-butano. Esta corriente es calentada isotrmicamente a 233 K y
70 bar. Utilice el valor K para estimar la relacin L/F del balance de materia y cada una de
las composiciones lquidas xi.
2. Derive la frmula para fugacidad de acuerdo a la ecuacin de VW
3. Calcule la fugacidad del etano a 320 K y 70 bar usando: a. Cartas generalizadas b. La ecuacin de Peng-Robinson
CUESTIONARIO PARA PRUEBA ESCRITA SOBRE CLCULO DE
FUGACIDAD
20
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Nombre de la prctica: Fecha:
Nombre(s) del alumno(s):
Firma(s) del
alumno(s):
Maestro: Firma del
maestro:
INSTRUCCIONES
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados SI cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque NO. En la columna OBSERVACIONES indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cules son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
Valor del reactivo Caracterstica a cumplir
(reactivo)
CUMPLE OBSERVACIONES
SI NO
10% Puntualidad para iniciar y
concluir la prctica
20%
Presenta el diagrama del trabajo
experimental sobre el equipo de
compresin
20%
Durante el desarrollo de la
programacin.
a. Emplea materiales y equipo correctamente
30% b. Obtiene los clculos
esperados
20%
c. Realiza las anotaciones pertinentes en su hoja de
resultados
100% CALIFICACIN
GUA DE OBSERVACIN PARA CALCULO DE CONDICIONES DE
EQUILIBRIO
21
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Nombre de la prctica: Fecha:
Nombre(s) del alumno(s):
Firma(s) del
alumno(s):
Maestro: Firma del
maestro:
INSTRUCCIONES
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados SI cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque NO. En la columna OBSERVACIONES indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cules son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
Valor del
reactivo Caracterstica a cumplir (reactivo)
CUMPLE OBSERVACIONES
SI NO
15%
El reporte cumple con los requisitos
de:
a) Buena presentacin b) No tiene faltas de ortografa c) Maneja el lenguaje tcnico
apropiado
5%
El reporte contiene:
Portada (Ttulo),
Objetivo
Introduccin,
Metodologa y formulas correspondientes,
Resultados,
Conclusiones,
Referencias bibliogrficas.
15%
Metodologa.
Presenta el diagrama de desarrollo
experimental.
40% Resultados.
Presenta resultados y sustenta con
LISTA DE COTEJO PARA CALCULO DE CONCENTRACIONES DE
ESPECIES EN SOLUCIN
22
clculos
15%
Conclusiones.
Las conclusiones son claras y acordes
con el objetivo esperado
10%
Responsabilidad.
Entreg el reporte en la fecha y hora
sealada.
100% CALIFICACIN
23
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Nombre(s) del alumno(s): Firma del
alumno:
Maestro: Firma del
maestro:
Este cuestionario tiene como objetivo evaluar el conocimiento del alumno y representa el porcentaje de la calificacin acordado al inicio del curso. Tiempo aproximado de la evaluacin: 80 minutos.
1. El sistema acetona(1) + metanol(2) es representado por la ecuacin de Margules
de un trmino usando A = 0.605 a 50C
a. Cul es la presin en el punto de burbuja para la mezcla equimolar a 50C
b. Cul es la presin en el punto de roco para la mezcla equimolar a 50C
c. Cul es la temperatura en el punto de burbuja para la mezcla equimolar a
760 mmmHg
d. Cul es la temperatura en el punto de roco a 760 mmHg
2. Las operaciones de flash son fundamentales para el proceso de separacin. Un
proceso de simulacin completo consiste de los clculos de flash consecutivos.
Utilice la ecuacin UNIFAC para determinar la temperatura a la cual se vaporiza el
20% de alimentacin de la mezcla liquida equimolar de n-pentano y acetona a 760
mmHg.
CUESTIONARIO SOBRE CLCULO DE PROPIEDADES MOLARES
PARCIALES
24
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Nombre de la proyecto: Fecha:
Nombre(s) del alumno(s):
Firma(s) del
alumno(s):
Maestro: Firma del
maestro:
INSTRUCCIONES
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados SI cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque NO. En la columna OBSERVACIONES indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cules son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
Valor del reactivo Caracterstica a cumplir
(reactivo)
CUMPLE OBSERVACIONES
SI NO
10% Puntualidad para iniciar y
concluir la prctica.
10% Utiliza el software adecuado
para resolver el sistema.
15% Usa los datos necesarios para la
programacin
15%
a. Utiliza las ecuaciones especificas para el sistema
en cuestin
15% b. Registra cada una de las
ecuaciones
15% c. Se verifica la secuencia de
programacin.
20% Obtiene los resultados.
100% CALIFICACIN
GUA DE OBSERVACIN PARA PROGRAMACIN DE MODELOS
TERMODINMICOS
25
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIN
Programa educativo: Ingeniera Qumica Grado:
Asignatura: Equilibrio Qumico Grupo:
Nombre de la prctica: Fecha:
Nombre(s) del alumno(s):
Firma(s) del
alumno(s):
Maestro: Firma del
maestro:
INSTRUCCIONES
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados SI cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque NO. En la columna OBSERVACIONES indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cules son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
Valor del reactivo
Caracterstica a cumplir (Reactivo) CUMPLE
OBSERVACIONES
SI NO
5%
Presentacin. El proyecto cumple con los requisitos de:
d. Buena presentacin e. No tiene faltas de ortografa f. Maneja el lenguaje tcnico
apropiado.
5%
Estructura del proyecto. Contiene:
Portada (Ttulo),
ndice del contenido,
Introduccin,
Desarrollo (redaccin del informe),
Indicadores de resultados,
Conclusiones,
Fuentes bibliogrficas.
5% Introduccin y Objetivo. La introduccin y el objetivo dan una idea clara sobre el desarrollo del producto.
10%
Sustento Terico. Presenta referencias bibliogrficas sobre el desarrollo del producto y la estructura del desarrollo del producto
LISTA DE COTEJO. PROYECTO CLCULO DE TRABAJO EN UN
SISTEMA EN FLUJO
26
30%
Desarrollo. Sigue una metodologa y sustenta todos los pasos que se realizaron, incluyendo los datos de simulacin.
30% Resultados. Cumpli totalmente con el objetivo esperado
10% Conclusiones. Las conclusiones son claras y acordes con el objetivo esperado
5%
Responsabilidad. Entreg el reporte en la fecha y hora sealada. (Plagio de informacin con otros compaeros 50%)
100% CALIFICACIN:
27
GLOSARIO
Azetropos: Son mezclas liquidas que exhiben temperaturas de ebullicin mximas o mnimas y que
corresponden respectivamente a desviaciones negativas o positivas de la ley de Raoult.
Equilibrio de Fases: Establece la ausencia de cualquier transferencia neta de una o ms especies
qumicas de una fase a otra en un sistema multifsico.
Equilibrio Qumico: Una mezcla de sustancias se encuentra en equilibrio si no hay tendencia neta a
que tenga lugar ninguna reaccin qumica.
Equilibrio Trmico: Requiere que la temperatura sea uniforme en todo el sistema.
Equilibrio termodinmico: Es un sistema que no es capaz de experimentar un cambio finito del
estado de su medio ambiente.
Gas Ideal: Es la relacin de las propiedades de los gases entre la Presin, volumen y su
correspondiente constante de los gases, temperatura y numero de moles.
Ley de Dalton: Se aplica para la fase vapor a bajas presiones donde P es la presin total e y1 la
fraccin molar en la fase vapor. i
s
i
i xP
Py
Ley de Raoult: Es la relacin entre la constante de proporcionalidad de la presin de vapor de la
especie pura Ps, a la temperatura del sistema. is
ii xPP
Mezclas Binarias: Son mezclas vapor liquido o liquido liquido de componentes A y B cuyas variables independientes son Temperatura y Presin.
Punto de Burbuja: Se obtiene cuando un lquido subenfriado de composicin Xa y temperatura T0, se
calienta hasta T1, se producir la primera burbuja de composicin Ya.
Punto de Roco: Un vapor sobrecalentado de composicin Ya y temperatura T2 condensar hasta
enfriarse a T1, siendo Xa la composicin de la primera gota de lquido.
Selectividad Relativa: Se emplea para el caso liquido liquido y se tiene la relacin DjDiij KK /
Solucin ideal: Es una norma con la cual resulta posible comparar el comportamiento de la solucin
real.
Volatilidad Relativa: Se emplea en el caso vapor liquido en donde tiene la relacin jiij KK /
28
BIBLIOGRAFA
Bsica
Introductory Chemical Engineering Thermodynamics
J. Richard Elliott / Carl T. Lira
2010
Prentice Hall.
Estados Unidos de Amrica, 2010
968-444-379-X
Operaciones de separacin por etapas de equilibrio en ingeniera qumica.
E. J. Henley, J. D. Seader
2009
Editorial Revert
Mxico 2003
968-6708-28-6
Introduccin a la termodinmica en Ingeniera Qumica
J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott
2008
Mc Graw Hill
Mxico 2008
970-10-6147-0
Complementaria
Molecular Thermodynamics of fluid - phase equilibria
Jhon M. Prausnitz, Ruedinger N. Lichtenthaner
2007
Prentice Hall
Estados Unidos de Amrica, 2007
0-13-599564-7
Introduccin a los procesos Qumicos, principios, anlisis y sntesis
Regina M. Murphy
2007
Mc Graw Hill
Mxico 2007
970-10-6199-3
Fundamentos de Termodinmica Tcnica.
M. J. Moran, H. N. Shapiro
1998
Editorial Revert, S. A.
Barcelona
84-291-4171-5