Curso

Curso: Equilibrio de Fases y QumicoCdigo:IQUI-2021Perodo: 2015-ISecciones: 01 & 02

Profesor: Pablo Ortiz portiz@uniandes.edu.co Asistente Complementarias:Laura Garca ll.garcia508@uniandes.edu.coAsistente de Laboratorio: Mnica Sarmientoml.sarmiento64@uniandes.edu.co

Horario clases: mircoles y viernes, de 7:00 a 8:20 (Seccin 01 SD-807) y de 8:30 a 9:50 (Seccin 02 SD-702)

Horario complementarias: lunes, de 7:00 a 8:20 (O-202), de 15:30 a 16:50 (ML-614) y de 17:00 a 18:20 (Au-201)

Horario laboratorio: martes de 14:00 a 16:50, mircoles de 10:00 a 12:50 y de 14 a 16:50. (ML-206)

Horario de atencin a estudiantes: mircoles de 10:00 a 11:30 y de 13:00 a 17:30 (oficina ML-778)

DESCRIPCIN DEL CURSO

El curso busca aplicar los conceptos termodinmicos y los fundamentos matemticos necesarios para la descripcin de un sistema que alcanza el equilibrio de fases o el equilibrio qumico. Estos conocimientos constituyen la lnea base sobre la cual ser posible, en cursos posteriores, integrar aspectos cinticos y de transferencia de masa en el diseo de unidades de separacin y de reactores qumicos.

OBJETIVOS (OUTCOMES) DE FORMACIN ABET

El Departamento de Ingeniera Qumica cuenta con la acreditacin internacional de calidad ABET. En este contexto el Departamento ha establecido una serie de objetivos de formacin (outcomes) asociados a cada uno de los cursos de la carrera. De acuerdo a esto Equilibrio de Fases y Qumico debe lograr al final del semestre resultados positivos en los siguientes puntos:

18.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para aplicar el conocimiento en matemticas en la solucin de problemas (A)

19.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para aplicar el conocimiento en ciencias en la solucin de problemas (A)

20.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para aplicar el conocimiento en ingeniera en la solucin de problemas (A)

21.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para disear y realizar experimentos y/o simulaciones (B)

22.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para analizar e interpretar datos (B)

32.-Este curso ha contribuido a desarrollar en el estudiante habilidades para usar tcnicas/destrezas/herramientas modernas necesarias para el ejercicio de la profesin (K)

OBJETIVOS GENERALES DE APRENDIZAJE

El alumno al finalizar el curso debe estar en capacidad de:

1. Aplicar el criterio de equilibrio para determinar la espontaneidad y direccin de un proceso fsico y/o qumico, incluyendo posibles cambios de fase. (OUTCOME A)

2. Calcular las condiciones de equilibrio de fases y proponer procedimientos para la construccin de diagramas de fase para sistemas puros, binarios y sistemas multicomponentes, haciendo uso de modelos de idealidad, de datos experimentales y de modelos Gamma-Phi. (OUTCOME A,K)

3. Calcular las constantes de equilibrio y determinar el efecto de la presin y la temperatura para un sistema que presenta una o ms reacciones qumicas. (OUTCOME A,K)

4. Generar y analizar datos experimentales relacionados con el estudio del equilibrio qumico y de fases. (OUTCOME A,B)

METODOLOGA

Presentacin de los fundamentos de cada tema al principio de la clase y realizacin de ejercicios. Planteamiento de ejercicios para desarrollar fuera de clase relacionados con cada uno de los bloques o secciones. Resolucin de dudas en clase y evaluacin peridica.

EVALUACIN Y REGLAS

Nota Individual: Parciales (55%)

Parciales

Tema 1Introduccin al equilibrio termodinmico P1-25%(04/03)

Tema 2Equilibrio de fases en sistemas simples

Tema 3Propiedades Molares Parciales

Tema 4La solucin ideal

Tema 5Soluciones no ideales P2-15%10/04

Tema 6Equilibrio de fases liquido-vapor

Tema 7Otros equilibrio de fases P3-15%09/05

Tema 8Equilibrio qumico

Quices (20%)

Los quices sern de corta duracin (15-20 minutos) y tratarn sobre ejercicios especficos. La fecha del quiz y los ejercicios/temas a preparar se anunciarn con una semana de anticipacin. Todos los quices tienen el mismo valor y el nmero final de quices estar entre 8 y 12. La no asistencia a un quiz se traduce en una nota de cero. No hay supletorio de quices (se quitar la peor nota).

Proyecto en grupo (10%)

Nota de Laboratorio - 2 prcticas (15%)

La programacin de las prcticas ser coordinada por el asistente de laboratorio y comunicada a los estudiantes en la segunda semana del semestre. Se realizarn quices de laboratorio, obligatorios, antes de cada prctica (si el estudiante no asiste al quiz no podr realizar la prctica y tendr una nota de cero en la misma) Informes de Laboratorio de acuerdo a guas.

Sistema de Calificacin:

El curso se aprueba si la nota final del curso es igual o superior a 3,00 sobre 5. La nota final del curso no se aproxima, y se reportar con 2 cifras significativas despus de la coma.

BIBLIOGRAFA BSICA

ISBN: 0073104450

Clasificacin Local: 541.36 S537 2005

Autor Personal: Smith, Joe Mauk, 1916-

Titulo: Introduction to chemical engineering thermodynamics / J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott.

Porcin del Titulo: Chemical engineering thermodynamics.

Edicin: 7th ed.

ISBN: 9684443161

Clasificacion Local: 541.3 C177 Z215 1987

Autor Personal: Castellan, Gilbert William, 1924-

Titulo: Fisicoqumica / Gilbert W. Castellan ; versin en espaol de Mara Eugenia Costas Basn y Carlos Amador Bedolla ; con la colaboracin de Manuel Rodrguez Flores.

Edicion: 2a. ed.

ISBN: 0471661740

Clasificacion Local: 541.369 S152 2006

Autor Personal: Sandler, Stanley I., 1940-

Titulo: Chemical, biochemical, and engineering thermodynamics / Stanley I. Sandler.

Edicion: 4th ed.

ISBN: 0198501013

Clasificacion Local: 541.3 A743 1998

Autor Personal: Atkins, Peter William, 1940-

Titulo: Physical chemistry / P. W. Atkins.

Edicion: 6th ed.

ISBN: 0139777458

Clasificacion Local: 541.363 P618 1999

Autor Personal: Prausnitz, John M.

Titulo: Molecular thermodynamics of fluid-phase equilibria / John M. Prausnitz, Rdiger N. Lichtenthaler, Edmundo Gomes de Azevedo.

Edicion: 3rd ed.

ISBN: 0716717352

ISBN: 9780716717355

Clasificacion Local: 541.3078 H146 2006

Autor Personal: Halpern, Arthur M.

Titulo: Experimental physical chemistry : a laboratory textbook.

Edicion: 3rd ed. / Arthur M. Halpern , George C. McBane.

Garca, I., 2002. Introduccin al equilibrio termodinmico y de fases. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniera. Bogot, Colombia. CONTENIDO DEL CURSOUNIVERSIDAD DE LOS ANDESFacultad de IngenieraDepartamento de Ingeniera QumicaEquilibrio de Fases y Qumico

CAPTULO 1: INTRODUCCIN AL EQUILIBRIO

1 Objetivos del Curso y Concepto de Equilibrio1.1 Presentacin1.2 Concepto de Equilibrio de Fases y Qumico1.3 Espontaneidad y Reversibilidad: 2da Ley

2 Herramientas adicionales para el Equilibrio2.1 1era Relacin fundamental2.2 Nuevas Propiedades y Nuevas Relaciones Fundamentales2.3Funcin de Estado y Criterio de Exactitud: Relaciones de Maxwell e Identidades

3 Anlisis de Espontaneidad e Irreversibilidad a partir de la Energa libre de Gibbs

-------------------------------------------------------------------C28/01

CAPTULO 2: EQUILIBRIO DE FASES EN SISTEMAS SIMPLES (1 COMPONENTE)

1 Potencial Qumico y Criterio de Equilibrio1.1 Ecuacin general para Sistemas Abiertos: Potencial Qumico1.2 Potencial Qumico como criterio de Equilibrio de Fases

2 Diagramas de fase a partir de la Energa Libre2.1 Anlisis G vs T2.2 Anlisis G vs P

3 Curvas de Equilibrio de Fases - Clapeyron3.1 Ecuacin de Clapeyron3.2 Integracin y aplicacin a SL,LV,SV

4 Potencial Qumico en funcin de la Presin (a Tcte)4.1 Potencial qumico para slidos y lquidos 4.2 Potencial qumico para gases ideales4.3 Potencial qumico de gases reales: fugacidad.4.4 Mtodos para calcular coeficientes de fugacidad 4.4.1 2do coeficiente Virial (Pitzer)4.4.2 Relacin generalizadas-Lee-Kesler4.4.3 Ecuaciones de Estado4.4.4 Tablas termodinmicas4.4.5 Datos experimentales / mtodo grfico

-----------------------------------------------------------------C11/02

CAPTULO 3: PROPIEDADES MOLARES PARCIALES

1 Ley de Mezclas y Desviaciones de la Idealidad

2 Definicin de Propiedades parciales

3 Ley de Sumabilidad de Propiedades Parciales

4 Ley de Gibbs-Duhem

-------------------------------------------------------------------C18/02

CAPTULO 4: SOLUCIN IDEAL

1 Mezcla de Gases Ideales1.1 Presin Parcial y Volumen. Ley de Dalton1.2 Teorema de Gibbs.1.3 Propiedades en Mezclas de GI

2 Ley de Lewis-Randall: Modelo de Solucin Ideal2.1 Potencial qumico de sustancias puras y en mezclas2.2 Modelo de Lewis-Randall2.3 Propiedades de Soluciones Ideales

3 Presin de Vapor de Soluciones Lquidas Ideales. Ley de Raoult.

4 Presin de Vapor de Soluciones diluidas. Ley de Henry.

5 Modelo de Solucin Ideal Diluida (y concentrada): Raoult & Henry.

6 Propiedades Coligativas6.1 Punto de Ebullicin6.2 Presin de Vapor6.3 Punto de Fusin6.4 Presin Osmtica-----------------------------------------------------------C04/03

CAPTULO 5: SOLUCIN NO IDEAL

1 Mezcla No ideal de Gases Reales

2 Soluciones lquidas: Propiedades de Exceso2.1 Propiedades de Exceso2.2 Coeficiente de Actividad ()

3 Aproximacin experimental al coeficiente de actividad de soluciones lquidas: estudio de la presin de vapor.3.1 Criterio de Equilibrio de Fases en sistemas multicomponentes3.2 Coeficiente de Actividad a partir de presiones de vapor

4 Modelos Termodinmicos para la obtencin de coeficientes de actividad4.1 Margules 1 y 2 constantes.4.2 Otros modelos termodinmicos: 4.2.1 Van Laar4.2.2 Wilson4.2.3 UNIQUAC (UNIversal QUAsi-Chemical)4.2.4 UNIFAC (UNIversal Functional group ACtivity)4.2.5 NRTL (Non Random Two Liquid)4.3 Linealizacin de datos para la obtencin de constantes.

5 Resumen de Propiedades Termodinmicas5.1 Expresiones5.2 Diagramas-----------------------------------------------------------------C18/03

CAPTULO 6: EQUILIBRIO LQUIDO-VAPOR

1 Formulacin Gamma-Phi1.1 Presiones Bajas y Lquidos Ideales1.2 Presiones Moderadas y Lquidos NO Ideales1.3 Presiones Altas

2 Diagramas de Equilibrio L-V 2.1 Diagramas P xy : solucin ideal y desviaciones de la idealidad2.2 Diagramas T xy2.3 Puntos azeotrpicos2.4 Balances de materia / regla de la palanca2.5 Diagramas yx2.6 Equilibrio L-V a partir del valor K

3 Clculos de Equilibrio a Presiones Bajas: Raoult y Raoult Modificado

---------------------------------------------------------------C08/04

CAPTULO 7: OTROS EQUILIBRIOS DE FASES

1 Equilibrio lquido-lquido. Sistemas Binarios1.1 Energa libre de solucin: miscibilidad total y parcial1.2 Diagramas de Fases

2 Equilibrio lquido-lquido. Sistemas Ternarios2.1 Aproximacin al sistema ternario a partir de sistemas binarios.2.2 Diagramas de Fases Ternarios.2.3 Extraccin lquido-lquido

3 Equilibrio Vapor lquido-lquido

4 Equilibrio slido-lquido

5 Diagramas de Fase a partir de curvas de energa libre-------------------------------------------------------------C22/04

TEMA 8:EQUILIBRIO QUMICO

1 Anlisis de energa libre asociado al equilibrio qumico1.1 Curvas de Energa Libre1.2 Energa Libre de Reaccin y Energa Libre Estndar de Reaccin1.3 Constante de Equilibrio y clculo de la conversin en equilibrio.1.4 Reaccin de Gases Ideales1.5 Reaccin en Fase Lquida

2 Influencia de condiciones de proceso en el equilibrio2.1 Principio de le Chatelier2.2 Influencia de la presin2.3 Influencia de la temperatura (Vant Hoff)2.4 Influencia de un componente inerte2.5 Retirar o adicionar productos o reactivos

3 Equilibrio en reacciones mltiples para Gases

4 Anlisis de Conversin--------------------------------------------------------------V08/05