VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA

Comportamiento Ideal

Se refiere a una vaporización súbita de fases en un sistema.

Esta sucede cuando un fluido (líquido, gas o mezcla liquido vapor) de composición Z se somete a una condición de temperatura y presión que fomenta el cambio de fases, para luego ser retiradas en forma de vapor y líquido por el tope y fondo respectivamente.

La corriente de líquido y vapor se encuentran a una composición {xi} y {yi} respectivamente a la salida del separador.

Balance global

Balance por componente i:

Por definición:

Para un sistema con vapor ideal y líquido ideal

Casos de vaporización instantánea

Conocidas F, P, β, {zi}, y se pide T, L, V, {xi}, {yi}

1.- Se asume un valor de T, para esto podemos calcular T burbuja y T rocío, para verificar que la T supuesta se encuentre en equilibrio de fases.

2.- Con T asumida se calcula {Pisat}.

3.- Con P y {Pisat} calculamos la Ki.

4.- Se evalúa el balance de materia, Σxi=1 ó Σyi=1.

5.- Si no se cumple el paso 4 ir al paso 1 hasta que se verifique la condición.

6.- Fin Tasumida=T sistema

Si se conoce T, {zi}, F, β, y se pide P, L, V, {xi}, {yi}

1.- Con la T dada se calcula {Pisat}

2.- Se asume un valor de presión P, se puede tomar como referencia inicial P=(PB+PR)/2

3.- Con P asumida y {Pisat} se estiman {Ki}

4.- Se evalúa el balance de materia, Σxi=1 ó Σyi=1.

5.- Si no se cumple el paso 4 ir al paso 1 hasta que se verifique la condición.

6.- Fin Pasumida=Psistema

Si se conoce P, T, {zi}, F, y se pide β, L, V, {xi}, {yi}.

1.- Asumimos un valor de β, para esto evaluamos las condiciones del sistema para establecer un buen estimado, tomando en cuenta los componentes participantes, volatilidad, presión, temperatura, normalmente se empieza con 0.5.

2.- Con la T conocida calculamos {Pisat}

3.- Con P conocida y {Pisat} calculamos {Ki}

4.- Con {Ki} {zi} y β asumida verificamos el balance de materia Σxi=1 ó Σyi=1.

5.- Si no se cumple el paso 4 ir al paso 1 hasta que se verifique la condición.

6.- Fin βasumida=β sistema

Método 2

1.- Se asume el valor de β, un buen estimado viene por la relación.

2.- Evaluamos la función f{β} usando el estimado de β (Ecuación de Ratchford Rice)

Si Σ𝑥𝑖=1 𝑦 Σ𝑦𝑖=1

Entonces 𝑓𝛽=Σ𝑥𝑖−Σ𝑦𝑖=0

3.- Si el valor absoluto de f{β} es menor al valor de la tolerancia, por ejemplo 10-5, entonces βasumida=β sistema.

4.- Si el valor de la diferencia absoluta es mayor a la tolerancia, el nuevo valor de β calculado a partir de la siguiente expresión:

5.- se repite este procedimiento hasta que se cumpla la condición 3.

V=β∙F L=F-V

Ejercicio 1

Se alimentan 1000 mol/h de una corriente que contiene 36% de n-pentano, 36% de n-hexano, y el resto de n-heptano. Se ha determinado que la presión en el separador es aproximadamente igual al promedio de la presión de burbuja y rocío a 100ºC, se desea conocer la temperatura necesaria para lograr que salga un 68% de la alimentación como vapor y las composiciones de líquido y vapor.

Para calcular los extremos de burbuja y rocío consideramos que toda la alimentación está en fase líquida para el punto de burbuja (Zi=Xi) y que esta toda en vapor para el punto de rocío (Zi=Yi)

1. Calculamos PB y PR

2. Calculamos 𝑃=𝑃𝐵+𝑃𝑅2

3. Procedemos a buscar T, por lo que iteramos

4. Suponemos T

5. Con T→Pisat →Ki →Xi →Yi

6. Verificamos que se cumpla el balance de masa Σxi o Σyi

7. Donde

Ejercicio 2

Un separador opera a 125ºC y una presión igual a la media de la presión de burbuja y rocío y procesa una corriente de 20% de 1-clorobutano, 30% de benceno y 50% de Cloro benceno. Determine la fracción de la alimentación que se ha vaporizado si se alimentan 100 mol/h al sistema.

Nos hace falta conocer la fracción vaporizada en el separador, por lo tanto buscamos la ecuación de donde obtenerla.

Nos proporcionan las {Zi} nos falta determinar Ki, para lo que podemos emplear la ley de Raoult.

Para calcular la presión nos indican que:

Por lo que primero procedemos a determinar la presión del sistema

Buscamos los datos de Antoine

Buscamos PB y PR a 125ºC por Raoult

Calculamos la Psat a 125ºC

Calculamos PB y PR

Calculamos 𝑃=𝑃𝐵+𝑃𝑅2

Procedemos a buscar β, por lo que iteramos

Asumimos un valor de β, y con ella calculamos Xi y Yi

Verificamos que se cumpla el balance de masa Σxi=1 o Σyi=1

Si no se cumple suponer otro valor de β

Ejercicio 3

Se lleva a cabo un proceso de separación donde se alimenta 44% de n-pentano, 47% de n-hexano y el resto de n-heptano, donde se desea condensar un 40% de a alimentación para un sistema a 150ºC. ¿Qué presión deberá manejar el separador para lograr estas condiciones si se alimentan 10 mol/h en la alimentación

1. Buscamos los datos de Antoine

2. Buscamos P1Sat y P2Sat a 155ºC por Raoult

3. Calculamos PB y PR

4. Podemos tener un estimado si calculamos 𝑃=𝑃𝐵+𝑃𝑅2

5. Procedemos a buscar P, por lo que iteramos

6. Asumimos un valor de P, y con ella calculamos ki y con estos Xi y Yi

7. Verificamos que se cumpla el balance de masa Σxi=1 o Σyi=1

8. Si no se cumple suponer otro valor de P.