3-diagrama y envolvente de fases

Diagrama y envolventes de fases

UNS Dra. Stella M. Tonelli - 1

Equilibrio de mezclasEquilibrio de mezclas

La mezcla de dos componentes de diferente volatilidad tiene una temperatura de ebullición quevolatilidad tiene una temperatura de ebullición que variará entre la temperatura de ebullición del más volátil (más liviano) y el menos volátil (másvolátil (más liviano) y el menos volátil (más pesado).

Presión Temperatura de ebullición (C)Presión (kg/cm2)

Temperatura de ebullición (C)Etano Propano

1.02 - 89.33 - 42.4932.00 11.45 79.76



La temperatura a la que comienza la ebullición de la mezcla se denomina TB temperatura dela mezcla se denomina TB temperatura de burbuja (Punto de burbuja o Bubble point) y dependerá de la proporción de los componentesdependerá de la proporción de los componentes en la mezcla líquida.

l l l úl La temperatura a la cual se evapora la última gota de líquido se denomina TD temperatura de rocío (P t d í D i t)(Punto de rocío o Dew point).



Si se calienta la mezcla desde el estado líquido:

El vapor formado a T> T es una mezcla más rica en etano El vapor formado a T> TB es una mezcla más rica en etano (componente más volátil) que la fase líquida que le dió origen.

í á La fase líquida va siendo cada vez más rica en propano (componente menos volátil).

Su temperatura de ebullición aumenta acercándose a la temperatura de ebullición del propano puro.



Si se enfría la mezcla desde el estado vapor:

El líquido formado a T< TD es una mezcla más rica en propano (componente más pesado) que la fase vapor que le dió origen.

La fase vapor va siendo cada vez más rica en etano (componente mas volátil).

Su temperatura de ebullición disminuye acercándose a la temperatura de ebullición del etano puro.

UNS

p p

Dra. Stella M. Tonelli - 5


En una mezcla de sustancias con distinta volatilidad:

Para cada presión de trabajo existe un intervalo de temperaturas en las cuales es posible establecer el equilibrio líquido-vapor (temperatura de burbuja y temperatura de rocío).

E d di ió d ilib i l i ió d l f En cada condición de equilibrio la composición de la fase de vapor siempre es más rica en el componente más volátil que el líquido en equilibrio con él.

Esto puede representarse en un Diagrama de Equilibrio de Fases


Diagramas de equilibrio líquido-vaporDiagramas de equilibrio líquido vapor


Diagramas de equilibrio líquido-vaporDiagramas de equilibrio líquido vapor

xky iii xky

Ley de Henry


Separación de componentesSeparación de componentes

Destilación instantánea, destilación en equilibrio o flash

F Líquida: Válvula de expansión y/o calentamiento

F Gaseosa: Compresor y/o enfriamiento


Destilación instantánea o flashDestilación instantánea o flash


Destilación instantánea o flashDestilación instantánea o flash

Cálculo de la composición de las corrientes de salida


EjemploEjemplo

Una mezcla equimolar de benceno y tolueno se flashea a una

presión de 1 bar. Determinar la composición del líquido y el

vapor que abandona el separador cuando la alimentación sevapor que abandona el separador cuando la alimentación se

vaporiza un 25%


EjemploEjemplo


EjemploEjemplo


Diagrama de envolvente de fasesDiagrama de envolvente de fases

Envolvente de Fases: representación de las condiciones de equilibrio de una mezcla en un diagrama P-T.

Este diagrama es muy útil para:

Determinar las características del gas a procesar en yacimientog p y

Establecer las condiciones operativas de presión y temperatura en función del estado en que se quieran manejar las corrientes (líquidas parcialmente vaporizadas o en fase vapor)(líquidas, parcialmente vaporizadas o en fase vapor).



Puntos Característicos en el diagramaPuntos Característicos en el diagrama

Punto crítico

Cricondentherm

Cricondenbar



Puntos Característicos en el diagramaPuntos Característicos en el diagrama

Temperatura Crítica: Temperatura por Temperatura Crítica: Temperatura por

encima de la cual un gas o vapor no puede

ser condensado aumentando laser condensado aumentando la

temperatura.

Presión Crítica: ió d l

Punto Crítico

Presión Crítica: presión de vapor a la

temperatura crítica

Cricondentherm: mayor temperatura a la que pueden existir las

fases líquido y vapor en equilibrio

Cricondenbar: mayor presión a la que pueden existir las fases

líquido y vapor en equilibrio


líquido y vapor en equilibrio

Ejemplo: Caracterización de ReservoriosEjemplo: Caracterización de Reservorios

Caracterización de fluidos en reservorios

Todos los reservorios pueden ser clasificados de acuerdo a la localización deacuerdo a la localización de su presión (Pr) y su temperatura (Tr) inicial con respecto a la región delrespecto a la región del diagrama en que se encuentren.




Gas Condensado:

G t i t t Gas que se encuentra en un reservorio cuya temperatura es menor que el cricordentherm y mayor que la temperatura crítica.

Durante la operación del pozo la temperatura permanece p p p paproximadamente constante y la presión disminuye.

Cuando al presión se reduce hasta la presión de saturación se produce la condensación de una fase líquida en los compuestosproduce la condensación de una fase líquida en los compuestos mas pesados.

Al disminuir la presión el volumen de los líquidos aumenta hasta llegar a un máximo y luego disminuye (Comportamiento Retrógado)




Gas Condensado:

U G S ti fi i t t d Un Gas Seco no tiene suficientes compuestos pesados como para prodes secoque seucir la condensación aún cuando la P baje.

Un Gas Condensado Pobre por su composición genera poca fase líquida (menos de 560 m3 por millón de m3 ó 100 bbl por millón de pie3)de pie3).

Un Gas Condensado Rico genera no menos de 840 m3 por millón de m3 ó 150 bbl por millón de pie3).




Comportamiento del gas condensado rico




Comportamiento del gas condensado rico


Ejemplo: SeparadorEjemplo: Separador

Tanque en el sector de enfriamiento de alimentación de gas natural.

Componente Fracción

Gas de alimentación al t d f i i t

Componente Fracción Molar

CO2 0,0066Nitrógeno 0 0144tren de fraccionamiento

con la siguiente i ió

Nitrógeno 0,0144Metano 0,9044Etano 0,0461Propano 0 0176composición: Propano 0,0176i-Butano 0,0033n-Butano 0,0044i-Pentano 0,0015i Pentano 0,0015n-Pentano 0,0009n-Hexano 0,0009


Ejemplo: SeparadorEjemplo: Separador


Ejemplo: Columna desetanizadoraEjemplo: Columna desetanizadora

Envolvente de una corriente alimentación a una columna desetanizadora de composición típica.

La curva roja indica los puntos de burbuja a distintas P y T de la mezcla alimentada a la torre. y

La curva azul indica los puntos de rocío. Las curvas marcadas con líneas punteadas y con líneas conmarcadas con líneas punteadas y con líneas con punto y rayas representan las condiciones de equilibrio para una mezcla vaporizada en un 20 yequilibrio para una mezcla vaporizada en un 20 y un 10% respectivamente.



En las condiciones as co d c o esoperativas de la corriente de alimentación ejemplificada (P=28 barejemplificada (P=28 bar y T=21°C), la corriente es totalmente líquida.



Envolvente del vapor al d dcondensador



Envolvente de la i t d f dcorriente de fondo


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