Equilibrio vapor-líquido es un estado en que existe un componente puro o una mezcla de fases líquido y vapor, con equilibrio mecánico y térmico y no hay transferencia neta de masa entre las dos fases. Vapor y líquido se separan por gravedad y el calor (Figura 1). La mezcla líquida se introduce en el sistema, que se pone en un estado de vacío con una bomba de vacío. El vapor es condensado y vuelto a mezclar con el líquido, que luego se pasa a la cámara de ebullición. Diferencias en los resultados de punto de ebullición en cierta separación de la mezcla. El punto de ebullición del agua es mayor que el de los componentes añadidos, por lo que los componentes volátiles puedan evaporarse.

Figura 1: Una representación del aparato

Un coeficiente de actividad se define como el cociente de la fugacidad de un componente en una mezcla real a la fugacidad de una solución ideal de la misma composición. Fugacidad es una propiedad que se utiliza para mostrar las diferencias entre los potenciales químicos en Estados estándar. Vapor fase fugacities pueden expresarse en términos de un coeficiente de fugacidad [φ: f^V = φ y f^0V ], y con = fracción mol de i en la fase de vapor y f^0V = el estándar de vapor fugacidad de estado (la fugacidad del vapor del componente puro a T y P). Para bajas presiones, como en este experimento, φ = 1 y f^0V = P. líquido fugacities fase pueden expresarse en términos de una actividad coeficiente γ: f^L = γ_i x f ^{0 L} , x = fracción mol de i en la fase líquida y f^{0 L} = la fugacidad del líquido estado estándar.

A la presión de saturación (P^s) de esta, la fugacidad de componente puro líquido sería P_i^s, porque el puro vapor y el líquido están en equilibrio. Fugacities líquidos son sólo débiles funciones de presión, podemos aproximamos la fugacidad del líquido de componente puro en T y P (f^{L 0}) P^s, como la diferencia entre P^s y P no es grande. Esta aproximación se denomina generalmente "descuidar la corrección de Poynting". Si experimentadores utilizan un aparato VLE para medir las composiciones del vapor y líquido en equilibrio, los experimentadores pueden calcular directamente los coeficientes de actividad a medida también P y T. T debe ser medido para determinar P^S para todos i.

El corazón del dispositivo VLE, utilizado en este experimento para determinar las composiciones de las mezclas, es una bomba Cottrell que "escupe" líquido hirviendo en un compartimiento bien aislados y de equilibrio. Dos válvulas de muestreo operado magnéticamente permiten retiro de muestras de líquidos y condensados del vapor. Un reservorio grande ayuda a amortiguar los pulsos de presión en el sistema como los interruptores de la válvula de control de encendido-apagado y de las fluctuaciones causadas por la bomba Cottrell. Una fuga lenta puede utilizarse para crear un equilibrio entre la tasa de retiro de aire y la tasa de entrada de aire para mantener una presión constante, si es necesario.

Manera comparable a resolver para el equilibrio vapor-líquido es utilizar una variedad de modelos. Ley Raoult, Ley de Dalton y ley de Henry son todos teóricos modelos que pueden encontrar los datos de concentración de equilibrio vapor-líquido. Los tres modelos están relacionados con la proporcionalidad de la presiones parciales, presión total y fracciones mol de las sustancias. Ecuación de Wilson ha demostrado para ser precisa para líquidos miscibles, mientras que no siendo demasiado complejo. Además, el modelo de Wilson incorpora coeficientes de actividad para tener en cuenta la desviación con respecto a valores ideales.

Los coeficientes de actividad de los datos no muestran desviaciones significativas de un valor medio para cada componente (cuadro 1). Esto es como se esperaba ya para el componente intermedio composiciones que no son grandes variaciones. Sin embargo, los componentes cerca de la 1 tienen 1 cerca de γ. Componentes de baja composición tienen alta γ. Componentes más altos de concentración en una mezcla que tendrá una menor desviación, por lo tanto será más cercana a ideal (γ = 1). Componentes con menores concentraciones en una mezcla tendrá mayores desviaciones, por lo que su γ será mayor que 1.

Tabla 1: Resultados de cada muestreo de los datos experimentales.

Los datos se ajustaron a los parámetros del modelo de Wilson y se calcularon los coeficientes (tabla 2). Una simple reducción en la suma de cuadrados residuales entre experimental y coeficientes de actividad de la ecuación (1) Wilson. Esto fue alcanzado usando la función solver de Excel. La trama de la paridad que se muestra relaciona con coeficientes de actividad de Wilson ecuación modelo los coeficientes de actividad experimental encontrado. Los coeficientes de la actividad experimental se calculó y gráficamente comparados con los coeficientes del modelo calculado.

Tabla 2: Resultados del ajuste de los datos a los parámetros del modelo de Wilson.

(1)

Los valores encontrados fueron el mejor ajuste (tabla 3). Idealmente la correlación es a lo largo de la y = x línea; sin embargo, se encontró una correlación significativa que se asemeja a la situación ideal (figura 2). Los coeficientes de actividad de los datos no mostraron desviaciones significativas de un valor medio para cada componente, como era de esperar. Una reducción en la suma de cuadrados residuales entre experimental y coeficientes de actividad de ecuación de Wilson fue utilizado con la función solver de Excel. La trama de la paridad relaciona con coeficientes de actividad de Wilson ecuación modelo los coeficientes de actividad experimental encontrado.

Tabla 3: parámetros y agua (a), MeOH (b), IPA (c) del modelo. Los valores experimentales se comparan con valores.

Figura 2 : Representación de la correlación entre los coeficientes de actividad experimental y los coeficientes de actividad de modelo.

Este experimento demostró el equilibrio de mezclas de metanol - isopropanol - agua vapor-líquido en una constante P = 700 mm Hg y cómo medir la temperatura y composición y calcular coeficientes de actividad. Los coeficientes de actividad de los datos significativamente se desvía de un valor medio para cada componente, como era de esperar. Una reducción en la suma de cuadrados residuales entre experimental y coeficientes de actividad de ecuación de Wilson fue utilizado con la función solver de Excel. La trama de la paridad relaciona con coeficientes de actividad de Wilson ecuación modelo los coeficientes de actividad experimental encontrado.

En la industria del petróleo, la destilación es el proceso primario para la separación de productos derivados del petróleo. Muchas refinerías de petróleo usan destilación de petróleo crudo¹. Hidrocarburos ligeros se separan de las partículas más pesadas, separar en base a puntos de ebullición¹. Materiales pesados como aceites se acumulan en las placas inferiores, mientras que materiales ligeros como el propano y el butano se levantan¹gas. Hidrocarburos, como gasolina, jet, combustible diesel, están separados¹. Este proceso se repite a menudo muchas veces completamente separado y refinar los productos¹. Refinerías de ejecutan estos procesos en estado estacionario, creando constantemente nuevos productos al máximo de su capacidad, por lo que la eficiencia es clave¹. Ingenieros químicos trabajan en estos procesos se centran en la optimización de la eficiencia de la producción¹.

Columnas de destilación de la bandeja también se utilizan para separar una gran variedad de productos químicos. El etanol es un tal producto. A través de procesos estrechamente relacionados, una variedad de productos tales como licores, cerveza y etanol grado combustible pueden ser destilada². Cantidades específicas de alcohol pueden ser separados del agua para crear una prueba específica². Este proceso se limita a reducir el porcentaje de agua en el producto, pero no puede eliminar completamente². Para eliminar el agua completamente, destilación azeotrópica se requiere, que utiliza productos químicos extractor para separar agua etanol².