Cuidado Ambiental

Fases

Una fase es una cantidad homogénea en todas sus partes. Cuando está presente más de una fase, las fases están separadas por otra por los límites de fases llamados interfaces. Las fases de la materia son: solida, líquida y gaseosa. Por ejemplo. Hielo, agua líquida y vapor de agua son tres fases.

El cálculo de las fases tiene múltiples aplicaciones en la industria petrolera, por ejemplo en el diseño de separadores (gas-petróleo), donde se requiere que haya una eficiente separación, de tal forma que se obtenga las cantidades de petróleo y gas, estimadas en el cálculo de la composición de las fases.

Una de las formas de mayor precisión del estudio cualitativo de los sistemas de hidrocarburos es a través de los diagramas de fases. Por medio, de los cuales pueden conocerse el estado del fluido a determinadas condiciones de presión y temperatura.

Diagrama de faces

ECUACIONES PARA SOLUCIONES IDEALES

 Ley de Raoult.- Esta ley está basada en experimentos realizados en el año de 1886, y establece que la presión parcial de un componente en la fase vapor es igual a la fracción molar de dicho componente en la fase líquida, multiplicada por la presión de vapor del componente puro; es decir:

Pj = xjPvj

Donde:

Pj = Presión parcial del componente j en el gas, en equilibrio con un líquido cuya composición es xj

Pvj = Presión de vapor que el componente j ejerce a la temperatura de interés.

Xj = Fracción molar del componente j en fase líquida.

Destilación Simple

Como el vapor es más rico en el componente más volátil que el líquido original es posible separar los 2 componentes de una disolución ideal por destilaciones sucesivas.

Destilación Fraccionada

Se construye una columna de destilación donde se producen un gran número de condensaciones y revalorizaciones sucesivas.

 La ley de Dalton establece que “La presión total de una mezcla de gases (que no reaccionan entre sí) es igual a la suma de las presiones parciales de todos los gases presentes”.

PJ= yJP

Donde:

Pj = presión parcial del componente j

yj= Fracción molar del componente j en fase vapor.

P = Presión del sistema.

Al combinar estas dos leyes igualando las presiones parciales, se obtiene una ecuación que relaciona las composiciones de las fases líquido vapor en equilibrio, a la presión y temperatura del sistema.

EQUILIBRIO VAPOR-LIQUIDO

El término equilibrio vapor-liquido se refiere a sistemas que una fase liquida esta en equilibrio con su vapor.

El equilibrio vapor-líquido se aplica para determinar el comportamiento de mezclas de hidrocarburos en la región de dos fases, y para calcular las concentraciones y las composiciones de cada fase a las condiciones de presión y temperatura dentro de la región de dos fases.

La distribución de un componente en un sistema vapor-líquido es expresada por la constante de equilibrio K. Esta constante se define como la razón de la fracción molar del componente en la fase gaseosa, (y), a la fracción molar del componente en la fase líquida, (x), matemáticamente esto se expresa como:

K = y/x

DESARROLLO DE ECUACIONES PARA CÁLCULOS DE EQUILIBRIO GAS-LIQUIDO

Para determinar los valores xj, yj, de la ecuación liquido-vapor debe combinarse con otra que relacione estas cantidades, la cual puede desarrollarse a partir de un balance de materia para el componente j.

De un cálculo de equilibrio de fases se pueden obtener las fracciones de las fases vapor y líquido en la mezcla, además de las composiciones de cada una de las fases.

Con las siguientes ecuaciones se puede calcular las composiciones de las fases gas y líquido de una mezcla en equilibrio:

Evaluando en términos de Xj en fase liquida, se tiene:

Evaluando en términos de Yj en fase vapor, se tiene:

Donde:

 å= Sumatoria del componente en fase liquida y en fase vapor

 Pvj = Presión de vapor del componente “j” en la mezcla.

 P = Presión total de la mezcla gaseosa.

 Zj= Fracción molar del componente “j-ésimo" en la mezcla.

Para encontrar la solución de las dos ecuaciones anteriores, se requiere de un proceso de ensaye y error. Este proceso puede ser simplificado si se toma como base un mol de alimentación al sistema, de tal manera que:

De esta forma, se sustituye la sumatoria de las variables nL y nV en las ecuación de composición gas líquido anteriores, se puede expresar como:

CÁLCULO DE LA PRECIÓN EN PUNTO DE BURBUJA PARA UNA SOLUCION LIQUIDA IDEAL.

...