Guia de Hidrocarburos Capitulo III

GUÍA DE: PROCESOS Y FUNDAMENTOS DE LA CADENA PRODUCTIVA DE LOS HIDROCARBUROS Por Ing. Edy Gonzalo Aspi Quispe

INCOTEGAS Página 62

CAPÍTULO III

FUNDAMENTOS TEÓRICOS.

Indicadores de aprendizaje.

- Defines sobre modelos de propiedades.- Describes ecuaciones de estado.- Describes Modelos de actividad.- Resuelves casos aplicando la ecuación de estados Peng Robinson- Defines su funcionalidad de los modelos de propiedades.

3.1.Introduccion

3.2.Metodo de propiedades.

3.3.Ecuacion de estado.

3.4.Modelos de actividad.

3.5.Actividad 4, Ponderacion 10%.

3.6.Actividad 5, Ponderacion 20%.

GUÍA DE: PROCESOS Y FUNDAMENTOS DE LA CADENA PRODUCTIVA DE LOS HIDROCARBUROS Por: Ing. Edy Gonzalo Aspi Quispe


3.1. Introducción

Cuando hablamos de Fundamento teóricos, en este caso nos referimosa las diferentes correlaciones utilizadas para calculas las propiedadestermodinámicas y de transporte de los fluidos, en este caso para diferentesprocesos de los hidrocarburos mencionados en los capítulos anteriores.

3.2. Método de propiedades.

Un método de propiedad es un conjunto de métodos y modelos que seutiliza para calcular las propiedades termodinámicas y de transporte.

Las propiedades termodinámicas son:Coeficiente de fugacidad (valores K)EntalpíaEntropíaEnergía libre de GibbsVolumen

Las propiedades de transporte son:ViscosidadConductividad térmicaCoeficiente de difusiónLa tensión superficial

Los modelos más conocidos son las siguientes:CHAO SEADEREcuación de los gases IdealesNRTLPENG ROBINSONSRKUNIFACWILSONUNIQUAC

3.3. Ecuaciones de Estado.

Modelos de Ecuaciones de Estado, Son correlaciones muy fiables en lapredicción de las propiedades de la mayoría de los fluidos a base dehidrocarburos en un amplio rango de condiciones de operación. Su aplicación



se centra principalmente en los componentes no polares o ligeramentepolares.

Ecuación de los gases IdealesKabadi DannerLee-Kessler PlockerPeng-RobinsonZudkevitch Joffee

3.3.1. Peng Robinson.

Peng Robinson (1976) ecuación de estado (EOS) es una modificación dela ecuación RK para representar mejor los cálculos VLE. Las densidades de lafase líquida en el SRK no representar con precisión los valoresexperimentales debido a un alto factor de compresibilidad crítico universal de0.3333. PR es una modificación de la ecuación RK de estado quecorresponde a una compresibilidad inferior crítica de que representaalrededor del 0,307 por tanto, la VLE de sistemas de gas natural conprecisión. La ecuación PR está representado por:

Dónde:

La dependencia funcional de la "a" término se muestra en la siguienterelación.

La precisión de las ecuaciones de estado de PR y SRK esaproximadamente la misma. Sin embargo, el EOS PR representa la densidadde la fase líquida con más precisión debido al factor de compresibilidadcrítico inferior.



Estas ecuaciones fueron desarrolladas originalmente para loscomponentes puros. Para aplicar EOS PR a las mezclas, se requieren reglasde mezcla de la "a" y "b" términos de la Ecuación anterior.

Métodos de cálculo. Una referencia rápida de los métodos de cálculo semuestra en la tabla 3.1.

Factor de compresibilidad, Z. Se calcula como la raíz de la siguienteecuación:

Hay tres raíces de la ecuación anterior. Se considera que la raíz máspequeña es para la fase líquida y la raíz más grande es para la fase devapor. La tercera raíz no tiene significado físico.

Tabla 3.1. Método de propiedades para PR.



Volumen Molar. La relación siguiente calcula el volumen molar para unafase concreta.

Nota. El factor de compresibilidad, Z, se calcula utilizando PR Z Factor.Por coherencia, el volumen molar PR siempre llama la Z Factor PR para elcálculo de Z.

Entalpia. La relación siguiente calcula la entalpía.

dónde: = es la entalpía de los gases ideales calcula a temperatura,T.

Nota. El volumen, V, se calcula utilizando PR Molar de volumen. Paramantener la coherencia, la PR entalpía siempre llama al volumen PR para elcálculo de V.

Es de esta manera existen ecuaciones específicas para correr o calcularpropiedades termodinámicas.

Entropía. La relación siguiente calcula la entropía.

Dónde: es la entropía del gas ideal calculado a la temperatura, TLa ecuaciones mostradas son una parte de las diferentes propiedades,

que se calculan en HYSYS.

3.4. Modelos de Actividad.

Manejan sistemas altamente no ideales y son mucho más empírica en lanaturaleza, en comparación con las predicciones de propiedad en la industriade hidrocarburos. Sistemas químicos polares o no ideales sontradicionalmente manejados mediante enfoques modelo dual. En este tipo deenfoque, una ecuación de estado se utiliza para la predicción de loscoeficientes de fugacidad de vapor y un modelo de coeficiente de actividadse utiliza para la fase líquida. Dado que los datos experimentales de losparámetros del modelo de actividad disponen de un rango específico, estos



métodos de propiedad no pueden ser utilizados como fiable para suaplicación generalizada.

Correlaciones mas conocidas.Chien NullMargulesNRTLUNIQUACVan LaarWilson

3.4.1. Wilson.

La ecuación de Wilson (1964) se basa en la teoría de Flory-Huggins,suponiendo que las interacciones intermoleculares son insignificantes. Enprimer lugar, imagine que la mezcla líquida se puede ampliar a un punto enel que las moléculas de tipo 1 y tipo 2 en una mezcla binaria se puedenvisualizar. Considere moléculas de tipo 1, y determinar la proporción de laprobabilidad de encontrar una molécula de tipo 2 sobre la probabilidad deencontrar una molécula de tipo 1 en los alrededores de esta moléculaparticular de tipo 1.

Wilson propone que:

Los parámetros a21 y a11 están relacionadas con las energíaspotenciales de los 1-1 y 1-2 pares de moléculas. Del mismo modo, para verlo que está sucediendo en la región de una molécula específica de tipo 2,usted tiene:



Wilson define las fracciones de volumen locales basados en las dosecuaciones anteriores, utilizando los volúmenes molares de los componentespuros como ponderaciones:

Cuando las relaciones anteriores para se sustituyen en la ecuación deFlory-Huggins:

Donde:

Y

La ecuación de Wilson, aunque fundamentalmente empírico, proporcionauna descripción justa de lo real del comportamiento de los sistemas líquidos.Además, es un marco de gran alcance para la regresión y la extensión delos datos experimentales. De importancia primaria, la ecuación de Wilson sepuede extender a mezclas multicomponentes sin el uso de simplificaciones(como en el caso de van Laar y Margules) o parámetros ternarias osuperiores. En otras palabras, si uno tiene los parámetros para todoslos binarios en una mezcla multi-componente, la ecuación de Wilson sepueden utilizar para modelar el comportamiento de varios componentes.

Esto es muy importante, ya que los datos de componentes múltiples sonmás bien escasos y tedioso para recoger y correlacionar. De la mismamanera que la correlación CS abrió las puertas para VLE de modelado desistemas de hidrocarburos bastante complejas, la ecuación de Wilson activar



el modelado sistemática de los sistemas no ideales bastante complejas. Sinembargo, todavía se tiene que medir el comportamiento VLE para obtener losparámetros binarios. Sólo en situaciones muy específicas pueden losparámetros generalizarse (30Orye y Prausnitz, 1965).

Quizás lo más importante, la ecuación de Wilson no puede predecir deseparación de fase, por lo que no puede ser utilizado para los cálculos deLLE. Un parámetro adicional empírica propuesto por Wilson para dar cuentade separación de fase no encuentra una amplia aceptación, ya que no sepuede extender fácilmente para mezclas de componentes múltiples. Unamodificación interesante de la ecuación de Wilson para dar cuenta deseparación de fase es el uno por Tsuboka y Katayama, como se describe enla 21Walas (1985).

Para extender la aplicabilidad de la ecuación de Wilson

Se modela como una función lineal simple de la temperatura:

Aplicación de la Ecuación Wilson.

La ecuación de Wilson fue la primera ecuación de coeficiente deactividad que utiliza el modelo de composición local para derivar el excesode expresión de energía de Gibbs. Ofrece un enfoque termodinámicamenteconsistente para predecir el comportamiento de varios componentes de datosde equilibrio binarios retrocedido. La experiencia también demuestra que laecuación de Wilson puede extrapolarse con confianza razonable a otrasregiones de operación con el mismo conjunto de parámetros energéticosretrocedido.

3.4.2. Orientaciones para la elección de un método de propiedad.

La elección del método de propiedades es la etapa más importante,para una simulación adecuada, ya que mediante la misma se calcula, laspropiedades termodinámicas y propiedades de transporte de la mezcla de lamateria prima, una mala elección de la misma la simulación no es adecuadao apta para su análisis. Los siguientes diagramas muestran el proceso parala elección de un método de propiedad.



Figura 3.1. Orientación y elección de un método para componentes polares y nopolares.

* Mas Información, Manual de Aspen HYSYS v7 y v8.

3.5. Actividad 4, Ponderación 10%.

Nº Preguntas y respuestas

1

¿Qué son Modelos de Propiedades?

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2

¿Para que sirve las ecuaciones de estados?

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3

¿Para que siurve los modelos de actividad?

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4

Hallar factor de compresibilidad Z, mediante la ecuación de estadoPeng Robinson, de una mezcla de 0,7 de metano y 0,3 de etano(fracción molar) a las siguientes condiciones: presión 100 Psia yTemperatura, 100 °F. (Asuma a las condiciones dadas está en estadogaseoso)explicados por el facilitador

Z=?Inserte la imagen de los resuelto.



3.6. Actividad 5, ponderación 20%

Nº Preguntas y respuestas

1

Hallar factor de compresibilidad Z, mediante la ecuación de estadoPeng Robinson, de una mezcla de 0,7 de metano, 0,2 de etano y 0,1de Propano (fracción molar) a las siguientes condiciones: presión 100Psia y Temperatura, 100 °F. explicados por el facilitador (Asuma a esascondiciones todo está en estado gaseoso)

Z=?Inserte la imagen de los resuelto.

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