3-Diagrama y Envolvente de Fases
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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
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Equilibrio de mezclasEquilibrio de mezclas
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).
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Equilibrio de mezclasEquilibrio de mezclas
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.
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Equilibrio de mezclasEquilibrio de mezclas
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
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Equilibrio de mezclasEquilibrio de mezclas
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
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Diagramas de equilibrio líquido-vaporDiagramas de equilibrio líquido vapor
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Diagramas de equilibrio líquido-vaporDiagramas de equilibrio líquido vapor
xky iii xky
Ley de Henry
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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
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Destilación instantánea o flashDestilación instantánea o flash
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Destilación instantánea o flashDestilación instantánea o flash
Cálculo de la composición de las corrientes de salida
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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%
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EjemploEjemplo
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EjemploEjemplo
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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).
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Diagrama de envolvente de fasesDiagrama de envolvente de fases
Puntos Característicos en el diagramaPuntos Característicos en el diagrama
Punto crítico
Cricondentherm
Cricondenbar
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Diagrama de envolvente de fasesDiagrama de envolvente de fases
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
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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.
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Ejemplo: Caracterización de ReservoriosEjemplo: Caracterización de Reservorios
Caracterización de fluidos en reservorios
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)
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Ejemplo: Caracterización de ReservoriosEjemplo: Caracterización de Reservorios
Caracterización de fluidos en reservorios
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).
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Ejemplo: Caracterización de ReservoriosEjemplo: Caracterización de Reservorios
Caracterización de fluidos en reservorios
Comportamiento del gas condensado rico
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Ejemplo: Caracterización de ReservoriosEjemplo: Caracterización de Reservorios
Caracterización de fluidos en reservorios
Comportamiento del gas condensado rico
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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
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Ejemplo: SeparadorEjemplo: Separador
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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.
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Ejemplo: Columna desetanizadoraEjemplo: Columna desetanizadora
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.
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Ejemplo: Columna desetanizadoraEjemplo: Columna desetanizadora
Envolvente del vapor al d dcondensador
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Ejemplo: Columna desetanizadoraEjemplo: Columna desetanizadora
Envolvente de la i t d f dcorriente de fondo
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