Pro Piedade s

16/02/2015

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Ivn Dario Gil Chaves

Departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental

Universidad Nacional de Colombia

Propiedades

Modelamiento y simulacin de procesos qumicos

Contenido

Revisin de mtodos de propiedades

Clculo del equilibrio lquido-vapor

Seleccin del mtodo de propiedades

Regresin de parmetros

Lecturas asignadas

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Revisin de mtodos

de propiedades


Consideracin General

Los resultados de cualquier simulacin de un proceso

qumico sern tan buenos como la informacin de

entrada suministrada.

Informacin termodinmica contenida en las bases de

datos de propiedades de los simuladores.

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Informacin termodinmica

Los aspectos ms importantes en la seleccin de

modelos termodinmicos apropiados son la

prediccin exacta de la entalpa y el equilibrio

de fases (VLE, LLE, VLLE). El equilibrio

lquido-vapor VLE es el ms importante en el

modelamiento de un proceso qumico.


Mtodos de propiedades

Un mtodo de propiedades es un conjunto de mtodos

y modelos que el simulador utiliza para calcular las

propiedades termodinmicas y de transporte.

Propiedades termodinmicas: Coeficientes de

distribucin, entropa, entalpa, energa libre de Gibbs,

volumen.

Propiedades de transporte: viscosidad, conductividad

trmica, coeficiente de difusin, tensin superficial.

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Ejemplos de motivacin

Metanol agua

Glicerol - agua

Usando estos mtodos de propiedades:

Ideal

NRTL

Wilson

Clculo del equilibrio

lquido - vapor

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Concepto de solucin ideal

El concepto de solucin ideal implica que no hay

interacciones entre molculas. La nica informacin

disponible corresponde a las propiedades de los

componentes puros y la composicin de la mezcla.

Regla de Lewis y Randall

Ley de Raoult


Ecuaciones de estado

Un modelo de una ecuacin de estado cbica es capaz

de calcular la fugacidad en ambas fases en el equilibrio.

Las aproximaciones ms comunes son:

Vander Waals

Redlich-Kwong (RK)

Soave-Redlich-Kwong (SRK)

Peng Robinson (PR)

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Ejemplo 1: Parmetros de interaccin para Ecuaciones de estado Experimentalmente se encontr que la presin de burbuja para una mezcla de

50.2% de CO2 (1) y 49.2% de n-butano (2) a 344.2 K es de 64.8 bar. El

volumen especfico del lquido saturado es 99.13 cm3/mol. Los coeficientes de

interaccin son: k12=0.143 para SRK y k12=0.133 para PR. Compare los

valores de las presiones en el punto de burbuja estimadas a travs de las

ecuaciones de estado y comprelas tambin con la estimacin hecha a travs

de la ecuacin de Rackett

Mtodo Presin de burbuja

bar KCO2 KBUT

VV

cm3/mol VL

cm3/mol % Error en

VL

SRK 64.8 1.552 0.443 276.9 116.9 16.9

51.0 1.589 0.406 380.0 108.6 10.5

PR 66.13 1.539 0.456 257.8 104.1 6.01

52.14 1.581 0.414 361.1 97.1 -2.0

Ejemplo 2: Diagrama de fases de un gas natural

Construya un diagrama de fases para una mezcla de

hidrocarburos con la siguiente composicin molar:

metano 90%, etano 2%, propano 3%, n-butano

4%, pentano 1%. Utilice la ecuacin de Peng Robinson

PR


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Modelos de actividad

La aplicacin de la ley de Raoult falla en mezclas no

ideales.

1. Margules

2. Van Laar

3. Wilson

4. NRTL

5. UNIQUAC

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Comparacin en el uso de modelos de CA y EE

Entre las ventajas de utilizar EE estn:

Aplicables a intervalos amplios de temperatura y

presin

Buen manejo de componentes en condiciones

supercrticas

La entalpa puede estimarse con la misma EE

Funcionan en mezclas con algn grado de no-

idealidad


Comparacin en el uso de modelos de CA y EE

Entre las desventajas de utilizar EE estn:

Tienen limitada habilidad para representar el

comportamiento de mezclas fuertemente no-ideales

No describen correctamente la formacin de dos fases

lquidas a presin atmosfrica

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Mtodos predictivos para la actividad en lquidos

Los mtodos predictivos posibilitan el tratamiento de la

no-idealidad en una mezcla lquida sin el conocimiento

de parmetros de interaccin binaria ajustados a partir

de informacin experimental.

1. Teora de las soluciones regulares

2. UNIFAC

Ejemplo: sistema 1-propanol y agua


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Seleccin del modelo

de propiedades

Seleccin del modelo de propiedades

Hay cuatro factores importantes a tener en cuenta para la

adecuada seleccin de un modelo de propiedades:

La naturaleza de las propiedades de inters

La composicin de la mezcla

El rango de presin y temperatura

La disponibilidad de parmetros

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Las 5 tareas importantes

1. Seleccionar el modelo termodinmico adecuado

2. Validar las propiedades fsicas

3. Describir los componentes que no estn en la base

de datos. Estimar los parmetros que falten

4. Obtener y emplear informacin experimental

5. Estimar los parmetros restantes

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Regresin de

parmetros


Hasta los modelos ms exactos pueden fallar cuando no

tienen buenos parmetros, por lo tanto la validacin de los

parmetros en los modelos termodinmicos es fundamental.

Los siguientes tipos de informacin experimental pueden

utilizarse:

Datos PTxy

Presin o temperatura de burbuja P-x o T-x

Puntos azeotrpicos

Coeficientes de actividad a dilucin infinita

Solubilidad de gases en lquidos

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Consistencia termodinmica

Debe evaluarse la calidad de la informacin

experimental antes de hacer cualquier regresin.

Existen dos mtodos:

Regresin por mnimos cuadrados

Aproximacin de probabilidad mxima

Hagamos un ejercicio . . .

T (K) x1 y1

371,45 0 0

361,2 0,1 0,381845

354,85 0,2 0,566476

350,4 0,3 0,6755

347,1 0,4 0,748836

344,55 0,5 0,803301

342,45 0,6 0,847367

340,65 0,7 0,885926

339,05 0,8 0,922327

337,55 0,9 0,959379

336,1 1 1

Datos de ELV de la mezcla Metanol-Agua a 95,3 kPa

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Muchas gracias por su

atencin

Ivn Daro Gil Chaves

Departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental

Universidad Nacional de Colombia Sede Bogot

[email protected]

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