Sistemas Binarios

Para sistemas binarios, de dos componentes, las condiciones de presión y temperatura para las cuales están en equilibrio dos fases (liquida y gaseosa) se transforma en un área. Y cada componente tiene una partición de equilibrio en las fases liquida y gaseosa. Es decir para cada componente existen n moles en la fase liquida, que están en equilibrio con n moles en la fase gaseosa, a determinada condición de presión y temperatura.

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Cuando revisamos el diagrama de fases de un componente puro, como el agua (H2O) o el dióxido de carbono (CO2), Habíamos observado que existen lugares en el grafico de presión vs temperatura donde están en equilibrio dos y hasta tres fases, En el caso de dos fases la zona de equilibrio se restringe a una simple línea, y en el caso de la tres fases a un solo punto.

Para sistemas binarios, de dos componentes, las condiciones de presión y temperatura para las cuales están en equilibrio dos fases (liquida y gaseosa) se transforma en un área. Y cada componente tiene una partición de equilibrio en las fases liquida y gaseosa. Es decir para cada componente existen n moles en la fase liquida, que están en equilibrio con n moles en la fase gaseosa, a determinada condición de presión y temperatura.

diagrama binario 1

A una determinada temperatura el sistema se encuentra en fase 100% liquida por encima de la curva de presión de burbujeo. Y se encontrara en fase 100% gas por debajo de la curva de puntos de rocío. Dentro del área formada por estas dos curvas el sistema se encontrará en equilibrio entre una fase líquida y otra gaseosa.

Para analizar la variación de la composición de las fases liquidas y gaseosas podemos utilizar:

  1. Diagrama de presión Vs composición a temperatura constante, y
  2. Diagrama de Temperatura Vs composición a presión constante.

Como se expresa la composición

Se puede expresar como un porcentaje en peso o como una fracción molar.

La fracción molar es la forma mas utilizada.

diagrama binario 2

Por convención la composición del liquido (Fracción molar) se indica con una x y la composición del gas con y. La composición total del sistema con z.

xi : fracción molar del componente i en la fase líquida.

yi : Fracción molar del componente i en la fase gas.

zi : Fracción molar del componente i en el sistema.

Existen tres relaciones muy simples, que también son muy importantes, que indican que las sumatorias de las fracciones molares de los componentes en cualquier fase y en el sistema es igual a uno.

diagrama binario 3

Así, si tenemos 2 componentes: 1 y 2, los cuales están presentes en equilibrio en las fases liquida y gaseosa.

diagrama binario 4

Fracción Liquida, Fracción de Vapor y Composición Total del componente i

La composición total del componente i en el sistema se denota con zi

image

Donde fl y fv son la fracción del liquido y la fracción de vapor en la mezcla.

diagrama binario 5

Diagrama P,X Binario

diagrama binario 6

En el diagrama de presión vs concentración se coloca en el eje de las abscisas la composición molar del componente 1, el cual es el mas liviano. Existen dos envolventes: una envolvente superior que es la curva de presión de burbujeo, en color verde y una envolvente inferior, de color rojo que es la curva de presión de rocío.

En la figura se puede observar que para una fracción molar z1 de 0.60 el punto A esta a una condición de presión donde el sistema esta en 100% fase liquida. A medida que baja la presión se alcanza la curva de presión de burbujeo y comienza a formarse una fase gaseosa, así en el punto B, dentro de la zona de dos fases se calcula una fracción de vapor, fv de 0.36. Si se continua bajando la presión hasta el punto C, la fracción de vapor alcanza 0.91 y si se continua bajando la presión se alcanzaría la curva de presión de rocío y en el punto D el sistema sería 100% gas.

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