Volatilidad relativa

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Volatilidad relativa es una medida que compara las presiones de vapor de los componentes en una mezcla líquida de productos químicos. Esta cantidad es ampliamente utilizada en el diseño de grandes procesos de destilación industrial. En efecto, indica la facilidad o dificultad de usar la destilación para separar los componentes más volátiles de los componentes menos volátiles de una mezcla. Por convención, la volatilidad relativa generalmente se denota como $\alpha$ .

Las volatilidades relativas se utilizan en el diseño de todo tipo de procesos de destilación, así como en otros procesos de separación o absorción que implican el contacto de las fases de vapor y líquido en una serie de etapas de equilibrio.Las volatilidades relativas no se utilizan en procesos de separación o absorción que implican la reacción de componentes entre sí (por ejemplo, la absorción de dióxido de carbono gaseoso en soluciones acuosas de hidróxido de sodio).

Definición

Para una mezcla líquida de dos componentes (denominada mezcla binaria) a una temperatura y presión determinadas, la volatilidad relativa se define como

\alpha ={y_{i}/x_{i}{(y_{j}/x_{j}}}}=K_{i}/K_{j}

Donde:
$\alpha$	= la volatilidad relativa del componente más volátil $i$ al componente menos volátil $j$
${\displaystyle Y...$	= la fracción de topo de equilibrio de vapor–líquido $i$ en la fase de vapor
$x_{i}$	= la fracción de topo de equilibrio de vapor–líquido $i$ en fase líquida
$y_{j$	= la concentración de equilibrio de vapor-líquido del componente $j$ en la fase de vapor
$x_{j$	= la concentración de equilibrio de vapor-líquido del componente $j$ en fase líquida
$(y/x)$	= La constante de la ley de Henry (también llamada Valor K o ratio de distribución de vapor líquido) de un componente

Cuando sus concentraciones líquidas son iguales, los componentes más volátiles tienen mayores presiones de vapor que los componentes menos volátiles. Así, a $K$ valor (= $y/x$ ) para un componente más volátil es más grande que un $K$ valor para un componente menos volátil. Eso significa que $\alpha$ ≥ 1 desde el más grande $K$ el valor del componente más volátil está en el numerador y el menor $K$ del componente menos volátil está en el denominador.

$\alpha$ es una cantidad sin unidad. Cuando las volatilidades de ambos componentes clave son iguales, $\alpha$ = 1 y la separación de los dos por destilación sería imposible en las condiciones dadas porque las composiciones del líquido y la fase de vapor son las mismas (azeotrope). Como valor $\alpha$ aumenta por encima de 1, la separación por destilación se vuelve progresivamente más fácil.

Una mezcla líquida que contiene dos componentes se denomina mezcla binaria. Cuando se destila una mezcla binaria, rara vez se logra la separación completa de ambos componentes. Normalmente, la fracción de cabeza de la columna de destilación se compone predominantemente del componente más volátil y una pequeña cantidad del componente menos volátil, mientras que la fracción de cola se compone predominantemente del componente menos volátil y una pequeña cantidad del componente más volátil.Una mezcla líquida con muchos componentes se denomina mezcla multicomponente. Cuando se destila una mezcla multicomponente, la fracción de cabeza y la fracción de cola suelen contener mucho más de uno o dos componentes. Por ejemplo, algunos productos intermedios en una refinería de petróleo son mezclas líquidas multicomponente que pueden contener hidrocarburos alcanos, alquenos y alquinos, desde metano, con un átomo de carbono, hasta decanos, con diez átomos de carbono. Para destilar dicha mezcla, la columna de destilación puede diseñarse, por ejemplo, para producir:

Una fracción superior que contiene predominantemente los componentes más volátiles que van desde el metano (que tiene un átomo de carbono) al propano (que tiene tres átomos de carbono)
Una fracción inferior que contiene predominantemente los componentes menos volátiles que van desde isobutano (que tienen cuatro átomos de carbono) hasta decanes (ten átomos de carbono).

Esta columna de destilación se suele denominar despropanizador.El diseñador designaría los componentes clave que rigen el diseño de separación: el propano, denominado componente ligero (LK), y el isobutano, denominado componente pesado (HK). En ese contexto, un componente más ligero se refiere a un componente con un punto de ebullición más bajo (o una presión de vapor más alta), y un componente más pesado se refiere a un componente con un punto de ebullición más alto (o una presión de vapor más baja).

Por lo tanto, para la destilación de cualquier mezcla multicomponente, la volatilidad relativa suele definirse como

{\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{LK}/x_{LK}{()} {\fnK}} {\fnK} Y...

La destilación industrial a gran escala rara vez se lleva a cabo si la volatilidad relativa es inferior a 1,05.

Los valores de $K$ han estado correlacionados empírica o teóricamente en términos de temperatura, presión y composiciones de fase en forma de ecuaciones, tablas o gráficas como las conocidas tablas DePriester.

$K$ Los valores se utilizan ampliamente en el diseño de columnas de destilación a gran escala para destilar mezclas multicomponentes en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas y químicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras industrias.

Véase también

Destilación continua – Forma de destilación
Destilación fraccional – Separación de una mezcla en sus partes componentes
Destilación de vacío – método de destilación de baja presión y baja temperatura
Columna de fracción – Equipo para separar líquidos por destilación
Diagrama de fase – Gráfico utilizado para mostrar condiciones en las cuales se producen fases físicas de una sustancia
Placa teórica – Etapa hipotética de la materia
método McCabe-Thiele – Técnica de ingeniería química
Ecuación de Fenske – Ecuación utilizada en ingeniería química
evaporación flash § Flash de equilibrio de un líquido multicomponente
Volatilidad (química) – Tendencia de una sustancia para vaporizar

Referencias

^ Kister, Henry Z. (1992). Distillation Design (1a edición). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6.
^ a b Perry RH, Green DW, eds. (1997). Manual de ingenieros químicos de Perry (7a edición). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049841-5.
^ Seader, J. D. " Henley, Ernest J. (1998). Principios del proceso de separación. Wiley. ISBN 0-471-58626-9.
^ DePriester, C. L. (1953), Chem. Eng. Prog. Simposium Series, 7, 49, páginas 1-43

v t e Equilibrio químico
Conceptos	Estabilidad química Chelación Equilibrio dinámico Química de equilibrio Etapa de equilibrio Energía libre Gibbs Helmholtz El principio de Le Chatelier Separación de fases Reacción reversible Equilibrio termodinámico
Modelos	Equilibrio constante determinación Diagrama de fase Diagrama de predominio Regla de fase Cociente de reacción Actividad termodinámica
Aplicaciones	Solución de amortiguación Desarrollo del equilibrio Extracción líquido-líquido
Equilibrio específico	Disociación ácida Función de acidez de Hammett Constante de unión selectividad vinculante Complejos de coordinación Efecto macrocíclico Disociación constante Hidrolisis Self-ionization de agua Partición Coeficiente de distribución Solubility Efecto de unión común Vapor-liquid La ley de Henry

Enlaces externos

Destilación Theory by Ivar J. Halvorsen and Sigurd Skogestad, Norwegian University of Science and Technology (scroll down to: 2.2.3 K-values and Relative Volatility)
Distillation Principals by Ming T. Tham, University of Newcastle upon Tyne (scroll down to Relative Volatility)

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