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El secreto de la destilación: ¿por qué los ingenieros químicos dependen tanto de los datos de equilibrio de gas líquido?
En ingeniería química y termodinámica, el equilibrio de vapor-líquido (VLE) describe la distribución de una sustancia química en las fases de vapor y líquidos.Estos datos proporcionan una referencia crítica y ayudan a diseñar y optimizar el proceso de destilación, especialmente en la tecnología de destilación fraccional.
Los ingenieros químicos utilizan datos de equilibrio de gas líquido para diseñar torres de fraccionamiento más eficientes para una separación óptima.
El núcleo del equilibrio de gas líquido es que cuando el líquido y su vapor alcanzan un estado de equilibrio, la concentración de cada componente en el líquido tiene una relación fija con la concentración correspondiente en el vapor.La realización de este estado de equilibrio depende del cambio en la temperatura y la presión, porque la presión de vapor de equilibrio del líquido está estrechamente relacionada con la concentración de fase líquida.
diferentes diferencias volátiles en diferentes sustancias son la clave para la separación durante el fraccionamiento.Cuando una mezcla líquida se calienta a su punto de ebullición, algunos componentes en el líquido se convierten en vapor, y el vapor resultante alcanza un equilibrio de gas-líquido entre el vapor y el líquido.En este punto de equilibrio, la concentración de componentes en el líquido y el vapor es específica, lo que proporciona una base teórica para el proceso de separación.
En cualquier sistema dado, el balance de gas-líquido se puede lograr de manera efectiva con el control y el diseño adecuados.
Descripción del equilibrio de gas-líquido por termodinámica
En la termodinámica, el análisis del equilibrio de gas líquido varía según el número de componentes en el sistema.Para los sistemas puros (componentes individuales), el estado de equilibrio de gas-líquido se puede describir utilizando la igualdad de presión y temperatura del aire.Cuando las fases líquidas y de gas alcanzan el equilibrio, su presión y temperatura deben ser iguales entre sí para que todo el sistema pueda ser estable.
Sin embargo, en los sistemas de múltiples componentes, la situación puede ser más complicada.Para mezclas de múltiples componentes, simulaciones por computadora y el uso de datos experimentales se vuelven particularmente importantes porque hacen posible el cálculo del equilibrio de gas líquido.En este momento, los datos del equilibrio de gas-líquido no solo pueden ayudar a los ingenieros a predecir el comportamiento en diferentes condiciones, sino que también admiten un diseño y operación optimizados.
Aplicación de la destilación
La destilación es un proceso de aislamiento de una mezcla de acuerdo con las diferencias de volatilidad de diferentes componentes.La efectividad de este proceso depende de los datos del equilibrio de gas-líquido, ya que determinan las condiciones de funcionamiento requeridas en la columna de fraccionamiento en cada etapa.El diseño de la columna de destilación no solo tiene en cuenta la composición de la mezcla inicial, sino que también tiene en cuenta la temperatura y la presión de funcionamiento.
Al analizar los datos de equilibrio de gas líquido, los ingenieros pueden maximizar la eficiencia de separación y lograr la económica de la producción industrial.
curva de destilación y gráfico
En la práctica, los datos de equilibrio de gas-líquido destilado generalmente se presentan gráficamente, como diagramas de punto de ebullición.Estos cuadros representan la concentración de cada componente cambia a medida que la mezcla líquida se evapora a diferentes temperaturas bajo presiones específicas.La intersección de estas curvas de punto de ebullición puede incluso mostrar el fenómeno de azeotropía que se formarán ciertos componentes.
Por ejemplo, cuando se forma un azeótropo entre dos líquidos, la composición de vapor y líquido de la mezcla de la mezcla no puede separarse en una relación específica, lo que hace que el fraccionamiento sea más difícil.En este caso, utilizando los datos de balance de gas-líquido apropiados, el ingeniero puede diseñar un proceso de separación especial para superar esta dificultad.
conclusión
Los datos de balance de gas-líquido durante la destilación son una herramienta poderosa para los ingenieros químicos.El uso apropiado de los datos de equilibrio de gas líquido puede hacer que el diseño de la destilación sea más preciso y eficiente, lo que afecta directamente el desarrollo sostenible y los beneficios económicos de la industria.En una separación eficiente, aprender a utilizar mejor estos datos será indudablemente un problema constante de desafío y pensamiento.
