0

Universidad Autnoma de Nuevo Len

Facultad de Ciencias Qumicas

Ingeniera qumica

Diseo de procesos I

Estudio Termodinmico

Produccin de Tolueno a partir de Metilciclohexano

Equipo # 1

San Nicols de los Garza, Nuevo Len a viernes 30 de noviembre de 2012

Acosta Nez Jonathan Israel 1431813

Alejo Cisneros Mauro 1329355

lvarez Castillo Patricio Antonio 1375701

Badillo Lozano Julio Csar 1439337

De Luna Guardiola Jorge Adrin 1385441

Daz vila Michelle 1420888

Dzul Bautista Jennifer Janeth Rosala 1429897

Garza Lpez Jonhatan 1381292

1

ndice

I. OBJETIVO ............................................................................................................................... 3

II. INTRODUCCIN ...................................................................................................................... 3

III. CONTENIDO ....................................................................................................................... 3

CAPACIDAD CALORFICA ........................................................................................................ 4

3.2 ENTALPA ............................................................................................................................. 5

3.3 ENERGA INTERNA ................................................................................................................ 7

3.4 ENTROPA............................................................................................................................. 8

3.5 ENERGA LIBRE DE HELMHOLTZ ............................................................................................ 9

3.6 ENERGA LIBRE DE GIBBS ...................................................................................................... 9

3.7 CONSTANTE DE EQUILIBRIO ................................................................................................. 9

IV. RESULTADOS ................................................................................................................ 10

4.1 CAPACIDAD CALORFICA, Cp .............................................................................................. 10

ENTALPA, H ....................................................................................................................... 10

ENERGA INTERNA, U .......................................................................................................... 11

ENTROPA, S ....................................................................................................................... 11

ENERGA LIBRE DE HELMHOLTZ, A ...................................................................................... 12

ENERGA LIBRE DE GIBBS, G ................................................................................................ 12

Constante de equilibrio, Keq ................................................................................................ 13

V. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 13

5.1 CAPACIDAD CALORFICA ..................................................................................................... 13

5.2 ENTALPA ........................................................................................................................... 13

5.3 ENERGA INTERNA .............................................................................................................. 13

5.4 ENTROPA........................................................................................................................... 13

5.5 ENERGA LIBRE DE HELMHOLTZ .......................................................................................... 14

5.6 ENERGA LIBRE DE GIBBS .................................................................................................... 14

5.7 CONSTANTE DE EQUILIBRIO ............................................................................................... 14

VI. RECOMENDACIONES..................................................................................................... 14

6.1 CAPACIDAD CALORFICA ..................................................................................................... 14

6.2 ENTALPA ........................................................................................................................... 14

2

6.3 ENERGA INTERNA .............................................................................................................. 14

6.4 ENTROPA........................................................................................................................... 14

6.5 ENERGA LIBRE DE HELMHOLTZ .......................................................................................... 14

6.6 ENERGA LIBRE DE GIBBS .................................................................................................... 15

6.7 CONSTANTE DE EQUILIBRIO ............................................................................................... 15

VII. BIBLIOGRAFA ............................................................................................................... 15

VIII. ANEXOS ........................................................................................................................ 16

ANEXO 1.Determinacion experimental de DU y DH en las reacciones quimicas ....................... 16

ANEXO 2.Diseo, simulacion, optimizacion y control de produccion de tolueno mediante

ASPEN HYSYS ........................................................................................................................... 16

3

I.- OBJETIVO El estudio tiene como objetivo demostrar mediante la termodinmica la factibilidad de la

produccin de tolueno, calculando distintas propiedades termodinmicas conocidas, esto para

integrarlo al proyecto de una planta industrial productora de tolueno. Tambin se pretende

establecer los lmites los lmites de operacin (presin y temperatura) y con todo esto fomentar el

trabajo en quipo.

II.- INTRODUCCIN Se define la Termodinmica como la rama de la Ciencia que describe el comportamiento de la

materia y la transformacin entre las diferentes formas de energa a escala macroscpica. En un

sentido ms amplio, esta ciencia estudia el calor, el trabajo, la energa y los cambios que provocan

en los estados de los sistemas.

La Termodinmica es una ciencia fundamental que est basada en leyes de aplicacin universal, y

desde hace mucho ha sido parte esencial de los procesos industriales.

Un Estudio Termodinmico se desarrolla para conocer las propiedades macroscpicas como

presin, temperatura, volumen y las relaciones que existen entre stas al incluirlas en los deltas de

energa que se producen en una reaccin o reacciones.

En el presente reporte se muestran todas las propiedades termodinmicas que se involucran en la

produccin de tolueno, entre estas propiedades se encuentran: la energa interna (U), entalpia

(H), entropa (S), capacidad calorfica (Cp), energa libre de Gibss (G), energa libre de

Helmholtz (A), y constante de equilibrio termodinmica (K), as como las variables de estado:

presin, volumen y temperatura. Todo esto ser para verificar el intervalo ptimo de operacin.

III.- CONTENIDO El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinmicas son las leyes de la

termodinmica, que postulan que la energa puede ser intercambiada entre sistemas en forma de

calor o trabajo. Estas leyes no tienen demostracin en sentido matemtico; su validez estriba en la

ausencia de experiencias contradictorias. As, la termodinmica comparte con la mecnica y el

electromagnetismo la base sobre la que se sustentan las leyes bsicas.

Estas leyes conducen, mediante la deduccin matemtica, a un sistema de ecuaciones que

encuentran aplicacin en todas las ramas de la ciencia y de la ingeniera.

La aplicacin de la termodinmica a cualquier problema real comienza con la identificacin de un

cuerpo particular de materia como foco de atencin. El estado termodinmico de ste se define

en trminos de las propiedades macroscpicas medibles. Estas propiedades dependen de las

dimensiones fundamentales utilizadas en ciencia, de las cuales la longitud, el tiempo, la masa, la

temperatura y la cantidad de sustancia son las de mayor inters.

4

3.1 CAPACIDAD CALORFICA, CP La capacidad calorfica es una propiedad dependiente del material y est definida mediante la

relacin:

Es una cantidad extensiva. El valor de la capacidad calorfica depende de las condiciones

experimentales bajo cuales se determinan. Las condiciones ms comunes son volumen constante

o presin constante, para las cuales la capacidad calorfica se denota CV y CP, respectivamente.

Normalmente estn tabuladas en referencias estndar como el Manual de Perry4. Pueden

expresarse en cualquier tipo de unidades de energa, por cantidad unitarias, por unidad de

intervalo de temperatura.

Las capacidades calorficas son funciones de la temperatura y con frecuencia se expresan en forma

de polinomio, dependiendo de la fuente que presente las constantes.

Existen algunas relaciones entre CV y CP, aqu algunos casos:

Lquidos y slidos:

Gases ideales:

Gases monoatmicos:

Gases biatmicos:

Gases poli atmicos:

Utilizando la Ley de Kirchhoff para el clculo de CP de una reaccin:

5

Para nuestro proyecto de produccin de tolueno se utilizaron ciertos datos reportados a

continuacin5:

R = 0.0083143 kJ/mol K

Tabla 1. Capacidades calorficas de los compuestos involucrados en la reaccin5

a0 a1 a2 a3 a4 Rango T (K)

Metilciclohexano 3.148 0.018438 0.00013624 -1.8793E-07 7.364E-11 50-1000

Tolueno 3.866 0.003558 0.00013356 -1.8659E-07 7.69E-11 50-1000

Hidrgeno 2.883 0.003681 -0.00000772 6.92E-09 -2.13E-12 50-1000

Cp 3.601 -0.011199 -0.0000104 8.26E-09 1.13E-12

*Todos los compuestos en fase gas.

3.2 ENTALPA Es una magnitud termodinmica, simbolizada con la letra H, cuya variacin expresa una medida de

la cantidad de energa absorbida o cedida por un sistema termodinmico, o sea, la cantidad de

energa que un sistema puede intercambiar con su entorno.

La variacin de entalpa se define mediante la siguiente ecuacin:

H es la variacin de entalpa.

H final es la entalpa final del sistema. En una reaccin qumica, H final es la entalpa de los

productos.

H inicial es la entalpa inicial del sistema. En una reaccin qumica, H inicial es la entalpa de los

reactivos.

La mayor utilidad de la entalpa se obtiene para analizar reacciones que incrementan el volumen

del sistema cuando la presin se mantiene constante por contacto con el entorno, provocando

que se realice un trabajo mecnico sobre el entorno y una prdida de energa. E inversamente en

reacciones que causan una reduccin en el volumen debido a que el entorno realiza un trabajo

sobre el sistema y se produce un incremento en la energa interna del sistema.

6

En sistemas abiertos, la entalpia se presenta:

Donde H es la entalpia, U la energa interna, P y V es la presin y volumen del sistema,

respectivamente.

El cambio de entalpa se considera equivalente al calor involucrado en una transformacin

efectuada a presin y temperatura constantes.

La entalpa de formacin o calor estndar de (Hf(T)) de un compuesto es la energa necesaria

para formar un mol de dicho compuesto a partir sus elementos, medida, normalmente, en unas

condiciones de referencia estndar, 1 atm de presin y una temperatura de 298 K (25 C). En una

reaccin:

Tabla 2. Entalpas de formacin de los compuestos involucrados en la reaccin5

Metilciclohexano -154.70

Tolueno 50.17

Hidrgeno 0

El calor de reaccin o entalpia de reaccin, Hr es el cambio de entalpa para un proceso en el

cual las cantidades estequiomtricas de reactivos a temperatura T y presin P reaccionan en su

totalidad en una reaccin nica, para formar productos a las mismas temperatura y presin.

Con las ecuaciones anteriores y datos de bibliografas reportados en la seccin de capacidades

calorficas, se calculan los deltas de entalpia a diferentes temperaturas para observar su

comportamiento a diferentes condiciones.

7

3.3 ENERGA INTERNA Existe una forma de energa conocida como energa interna U, que es un propiedad intrnseca del

sistema y que se relacin mediante una funcin con las coordenadas mensurables que

caracterizan a dicho sistema.

Cuando el sistema es una sustancia homognea de composicin constante, la regla de la fase

indica que al fijar los valores de dos propiedades intensivas se establece su estado. Por tanto, la

energa interna molar o especfica de una sustancia se puede expresar como una funcin de las

otras dos variables de estado. Estas se seleccionan en forma arbitraria como temperatura y

volumen molar o especifica:

La capacidad calorfica tambin se puede definir como:

De donde:

Existe la posibilidad de que el trmino final sea igual a cero bajo dos circunstancias:

Para cualquier proceso a volumen constante, sin importar la sustancia.

Siempre que la energa interna sea independiente del volumen, sin considerar el proceso.

Esto es cierto para gases ideales y fluidos incompresibles, y aproximadamente verdadero

para gases a baja presin.

En cualquier caso,

Y

8

Adicionalmente, la diferencia entre y est dada por P , donde P es constante. Suponiendo que los gases son ideales se puede llegar a la siguiente expresin para calcular a partir de y viceversa:

Donde es la diferencia entre el nmero de moles de productos y reactivos gaseosos.

3.4 ENTROPA Es la magnitud fsica que mide la parte de la energa que no puede utilizarse para producir trabajo.

Es una funcin de estado de carcter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el

transcurso de un proceso que se d de forma natural. La entropa describe lo irreversible de los

sistemas termodinmicos.

La dependencia de la temperatura del cambio de entropa estndar de reaccin se desarrolla

similarmente. Para la entropa en el estado estndar de la especie i a la presin del estado

estndar P constante:

Si se multiplica por vi y se suma sobre todas las especies, y recurriendo a la definicin de un

cambio de una propiedad estndar de reaccin, se obtiene:

Al integrar se obtiene:

Donde S y S0 son los cambios de la entropa estndar de reaccin a temperatura T y a la

temperatura de referencia T0, respectivamente y en este caso la temperatura de referencia es de

298.15 K.

Tabla 3. Entropas absolutas para los compuestos involucrados en la reaccin6

Metilciclohexano 343.3

Tolueno 320.7

Hidrgeno 130.68

9

La segunda ley de la termodinmica afirma que en cualquier proceso sigue su curso en una

direccin tal que el cambio en la entropa total asociado con ste, es positivo; el valor lmite de

cero se alcanza nicamente para un proceso reversible. No es posible un proceso para el cual la

entropa total disminuya.

3.5 ENERGA LIBRE DE HELMHOLTZ La energa libre de Helmholtz no depende del proceso sufrido sino del estado final e inicial del sistema. Se usa para ver que procesos son espontneos en condiciones de temperatura y volumen constantes. Para cambios macroscpicos de a V y T constantes en los que no es posible trabajo de no expansin, la condicin de espontaneidad es A < 0, donde:

Con esta ecuacin se calcula la energa de Helmholtz.

3.6 ENERGA LIBRE DE GIBBS La energa de Gibbs establece el criterio de espontaneidad para una reaccin en un sistema cuyos

estados, inicial y final, tienen los mismos valores de presin y temperatura.

La condicin de espontaneidad es de G < 0 donde:

3.7 CONSTANTE DE EQUILIBRIO Constante de equilibrio, constante que equivale al producto de las concentraciones de las

sustancias formadas en una reaccin qumica reversible en la que se ha alcanzado el equilibrio,

dividido entre el producto de las concentraciones de las sustancias que reaccionan, elevada cada

una a un exponente igual al coeficiente que precede a su respectiva frmula en la ecuacin

qumica ajustada.

La constante de equilibrio se relaciona con la energa libre de Gibbs con la siguiente expresin:

Donde la temperatura , es a la cual se calcul el .

10

IV.RESULTADOS Los siguientes grficos, muestran el comportamiento del cambio de las propiedades estudiadas en

funcin de la temperatura, en un rango de 374 a los 1000 K a 1 atm de presin.

4.1 Capacidad calorfica, CP

Grfico-1. Cambio de la capacidad calorfica en la reaccin respecto a la temperatura.

4.2 Entalpa, H

Grfico-2. Cambio de entalpa en la reaccin respecto a la temperatura.

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

374 474 574 674 774 874 974

C

p (

kJ/K

)

T (K)

207

209

211

213

215

217

219

374 474 574 674 774 874 974

H

(kJ)

T (K)

11

4.3 Energa interna, U

Grfico-3. Cambio de energa interna en la reaccin respecto a la temperatura.

4.4 Entropa, S

Grfico-4. Cambio de entropa en la reaccin en funcin de la temperatura.

188

190

192

194

196

198

200

202

374 474 574 674 774 874 974

U

(kJ)

T (K)

0.375

0.38

0.385

0.39

0.395

0.4

374 474 574 674 774 874 974

S

(kJ/

K)

T (K)

12

4.5 Energa libre de Helmholtz, A

Grfico-5. Cambio en la energa de Helmholtz de reaccin con la temperatura.

4.6 Energa libre de Gibbs, G

Grfico-6. Cambio de la energa de Gibbs de la reaccin con la temperatura.

-206

-156

-106

-56

-6

44

94

374 474 574 674 774 874 974

A

(kJ)

T (K)

-271

-221

-171

-121

-71

-21

29

79

374 474 574 674 774 874 974

G

(kJ)

T (K)

13

4.7Constante de equilibrio, Keq

Grfico-7. Constante de equilibrio como funcin de la temperatura.

V. CONCLUSIONES

5.1 CAPACIDAD CALORFICA

El grfico 1 del CP se puede observar que los valores son positivos en la mayora del rango de

temperaturas seleccionado por lo que se puede decir que en esa seccin que los productos tienen

mayor capacidad de retener calor que el reactivo concluyendo que la reaccin es endotrmica, sin

embargo, hay un punto en el que se hace negativo este valor por lo que la reaccin a partir de ese

punto ya no es endotrmica.

5.2 ENTALPA

La entalpa es positiva indicando que el sistema absorber energa y aumenta conforme se

aumenta la temperatura, lo cual es congruente con lo que se concluy que la reaccin es

endotrmica.

5.3 ENERGA INTERNA

Se refiere a la energa de las molculas internas de un componente. Al igual que en el caso de la

entalpa, en un rango de temperatura aumenta y despus llega un punto en el que comienza a

disminuir (grfico 3).

5.4 ENTROPA

Se observa del grfico 4 que el valor obtenido para el rango de temperatura definido es positivo, y

va en aumento con el incremento de la temperatura al igual que la energa interna y la entalpa,

hasta un punto en el cual empieza a disminuir, los valores positivos nos indican que se trata de una

reaccin espontnea.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

374 474 574 674 774 874 974

Ke

q

T (K)

14

5.5 ENERGA LIBRE DE HELMHOLTZ

Se usa para analizar que procesos son espontneos en condiciones de temperatura y volumen

constantes. El criterio de espontaneidad es cuando este valor es menor a 0, en el grfico 5

podemos observar que se alcanzan valores negativos a partir de una temperatura de

aproximadamente 520 K (247 C).el trabajo realizado por el sistema es el negativo de la variacin

de esta energa, se encuentra el trabajo mximo ideal.

5.6 ENERGA LIBRE DE GIBBS

La factibilidad del proceso queda determinada por la energa libre de Gibbs, en el grfico 6 se

aprecia que el proceso se puede llevar a cabo espontneamente a temperaturas superiores a 550

K (277 C) aproximadamente, ya que es donde el valor de la energa de Gibbs es menor a cero.

5.7 CONSTANTE DE EQUILIBRIO

Para temperaturas mayores a 560 K (287 C) aproximadamente la Keq comienza a elevarse

abruptamente por lo que se concluye que temperaturas superiores a 560 K favorecen a los

productos de la reaccin (grfico 7).

VI. RECOMENDACIONES

6.1 CAPACIDAD CALORFICA

Se recomienda tener muy en cuenta el valor del CP controlando temperatura para que no se salga

de un valor ptimo para la reaccin endotrmica. Este valor ptimo de temperatura por lo visto en

los grficos puede estar entre 550 680 K (277 407 C) aproximadamente.

6.2 ENTALPA

Al igual que con la capacidad calorfica, controlar la temperatura a la cual se trabaja para que la

cantidad absorbida por el sistema sea la ptima.

6.3 ENERGA INTERNA

Al igual que la entalpa puesto que su comportamiento es muy similar.

6.4 ENTROPA El valor de la entropa no vara considerablemente en el rango de temperatura seleccionado y es

positivo en todo el rango, sin embargo, el valor ptimo de temperatura se sigue viendo en el

grfico, puesto que en este rango de 550 680 K es prcticamente en donde alcanza su mximo

valor para despus empezar a disminuir muy lentamente.

6.5ENERGA LIBRE DE HELMHOLTZ Se recomienda escoger una temperatura donde el valor de la energa de Helmholtz se minimice

para aprovechar todo el trabajo posible para el proceso, esto es cualquier temperatura por encima

de los 520 K aproximadamente.

15

6.6 ENERGA LIBRE DE GIBBS Al igual que en la energa libre de Helmholtz, para que se establezca el criterio de espontaneidad

se tiene que operar a temperaturas por encima de los 550 K aproximadamente, segn el grfico 6.

6.7 CONSTANTE DE EQUILIBRIO Se observ que a temperaturas mayores a 560 K la constante de equilibrio, K, aumenta

rpidamente por lo que se recomienda tener cuidado en no utilizar una temperatura muy elevada.

VII. BIBLIOGRAFA 1.- Fisicoqumica, Gilbert W. Castellan, Pearson Addison Wesley, 2da edicin, 1998., ISBN: 9684443161, pg.: 182-211 temas consultados: propiedades de la entropa y tercera ley de la termodinmica capitulo 9

2.- Fisicoqumica, Ira N. Levine, McGraw Hill, 5ta edicin, Espaa 2004., ISBN: 9706860118,

pg.:42, 92 Y 128 temas consultados: Termodinmica capitulo 1, primera ley de la termodinmica

capitulo 2, equilibrio material capitulo 4 y funciones termodinmicas normales de reaccin

capitulo 5

3.- Introduccin a la termodinmica en ingeniera qumica, Smith-Van Ness-Abbott, Mc Graw Hil,

sexta edicin, Mxico DF 2003., ISBN: 9701036476, Pag: 21-49, 171-195 Temas consultados:

primera ley y otros conceptos bsicos capitulo 2, la segunda ley de la termodinmica capitulo 5

5. The Properties of Gases and Liquids, John M. Prausnitz. Et al., McGraw Hill, 5ta edicin, ISBN:

0139777458, Capitulo: 1Pg.: 3-5, Temas consultados: Cps de compuestos

6. Langes Handbook of Chemistry, John A. Dean, McGraw Hill, 15 edicin, ISBN: 0-07-016384-7,

Cap: 9 Pag: 9-104 Temas consultados: valores de las entropas absolutas de los compuestos.

7. Fundamentos de Fisicoqumica, Maron y Prutton, Limusa Wiley, 1 edicin, ISBN: 968-18-0164-4, Pag: 143,171, 197, 237.Temas consultados: termoqumica Capitulo 4, Segunda y tercera ley de la termodinmica Capitulo 5, La energa libre y el equilibrio capitulo 6, equilibrio qumico Capitulo 7

8.- Introduccin a la fisicoqumica: Termodinmica, Thomas Engel-Philip Reid, Pearson-Addison

Wesley, 1 Edicin, ISBN: 970-26-0829-5, Pag: 63-75Temas consultados: Termoqumica capitulo 4

16

VIII. ANEXOS

Anexo 1.-Determinacin experimental de U y H en las reacciones

qumicas

Para las reacciones qumicas, U y H se determinan, generalmente, a travs de experimentos. En

esta seccin discutimos como se llevan a cabo estos experimentos. Si alguno o todos los reactivos

o productos son voltiles, es necesario retener la mezcla de reaccin para la que queremos medir,

U y H. Un experimento tal se puede llevar a cabo en una bomba calorimtrica, mostrada

esquemticamente en la figura 1A. En una bomba calorimtrica, la reaccin tiene lugar a volumen

constante. El motivo de hacerlo as es que si dV = 0, , U = Qv, por tanto una medida del flujo de

calor proporciona una medida directa de U de reaccin. La utilizacin de la bomba calorimtrica

est restringida a las mezclas de reaccin que contengan gases, debido a que es impracticable

llevar a cabo reacciones qumicas a volumen constante en sistemas que consten nicamente de

lquidos y slidos.

La bomba calorimtrica es una buena ilustracin de como se puede definir el sistema y el medio

para simplificar el anlisis de un experimento. El sistema se define como el contenido de un vaso

presurizado de paredes gruesas de acero inoxidable, el mismo vaso presurizado y el bao de agua

interno. Dada esta definicin del sistema, el medio consiste en el contenedor que mantiene el

bao de agua interno, la parte exterior del bao y el resto del universo. El contenedor que encierra

al bao de agua interno est inmerso en un bao de agua externo cuya temperatura se mantiene

siempre a la temperatura del bao interno a travs de un calentador. Por tanto, no habr flujo de

calor entre el sistema y el medio, y q = 0. Como el experimento tiene lugar a volumen constante, w

= 0. Por tanto, , U = 0. Estas condiciones describen un sistema aislado de tamao finito que no

est acoplado al resto del universo. Solamente estamos interesados en una parte del sistema, a

saber, la mezcla de reaccin.

Los reactivos en el calormetro, el vaso del calormetro y el bao de agua interno, estn separados

por paredes diatrmicas rgidas y estn en equilibrio trmico. Los reactivos se convierten en

productos, la energa del bao de agua interno se modifica por el cambio de temperatura, T, y lo

mismo es cierto para el calormetro.

17

Figura 1A.- Diagrama esquemtico de una bomba calorimtrica

En la figura 1A la muestra liquida o slida se sita en una cubeta suspendida en la bomba de acero

de paredes gruesas, que est llena de O2 gas. El vaso est inmerso en un bao de agua interno y su

temperatura est monitorizada. El contenedor diatrmico est inmerso en otro bao de agua

externo (no mostrado) cuya temperatura se mantiene al mismo valor que el bao interno

mediante un calentador. Haciendo esto, no hay intercambio de calor entre el bao de agua

interno y el resto del universo.

En la ecuacin anterior T es el cambio de temperatura del bao de agua interno. La masa de agua

del bao interno mH2O, su peso molecular, MH2O, su capacidad calorfica, CH2O,m , y la masa de

muestra, ms y su peso molecular Ms, son conocidos. Nuestro inters se centra en determinar U

18

de reaccin, debe determinarse primeramente la capacidad calorfica del calormetro, CCalorimetro,

llevando a cabo una reaccin para la que se conozca Ureaccin, m.

Una vez que se ha determinado U se puede determinar H usando la siguiente ecuacin:

Para reacciones que solamente involucraran a slidos y lquidos, U >> (PV) y H sera

aproximadamente igual a U. Si alguno de los reactivos o productos son gases, se puede ignorar el

pequeo cambio de temperatura que se produce en el experimento del calormetro y (PV) =

(nRT) = nRT de modo que

Donde n es el cambio en el nmero de moles de gas en la reaccin global. Si la reaccin bajo

estudio no implica gases o lquidos altamente voltiles, no hay necesidad de operar bajo

condiciones de volumen constante. Es preferible llevar a cabo la reaccin a P constante, y Hreaccn

= Qp. Un vaso aislado mediante vacio por un tapn que ajusta fcilmente como se muestra en la

figura 2A es adecuado en muchos casos y se puede tratar con un sistema compuesto asilado. La

ecuacin 1A toma la siguiente forma para un calormetro a presin constante que trata de la

disolucin de una sal en agua:

Figura 2.- diagrama esquemtico de un calormetro a presin

constante, adecuado para medir la entalpia de disolucin de una

sal en una disolucin.

Ntese que en este caso el agua del vaso de reaccin que lo

rodea es parte de la mezcla de reaccin. Como (PV) es

despreciable para la disolucin de una sal en un disolvente

Udisolucin = Hdisolucin. Se debe agitar la disolucin para

asegurar que se alcanza el equilibrio antes de medir T.

19

Anexo 2.-Diseo, simulacin, optimizacin y control de produccin de

tolueno mediante ASPEN HYSYS