Unidad 2, Comportamiento de Fase.ppt

En cuanto dependa de vosotros, estad en paz con todos los hombres

1

Comportamiento de Fase

Bibliografía

Oilfield Processing, Volume Two: Crude oil; Francis S. Manning

Cap. 3

The properties of Petroleum Fluids, William D. Mc Cain. Cap. 2, 4

Data Book GPSA, Gas Processors Suppliers Association, cap25

Reservoir Engineering Handbook, Ahmed, Tarek Cap 15

Pag Web de INLAB, (temas de Ing de Reservorio, eficiencia de separación)


2

Comportamiento de Fase

1.Comportamiento de Fase de fluidos

2.Cálculo de equilibrio

3.Termodinámica del equilibrio Líquido – vapor

Presencia de fase y su comportamiento

Importante para el diseño y análisis del comportamiento de la mezcla gas y petróleo en reservorio, tubing y equipos de superficie


3

Diagrama de Fase para una Sustancia Pura


4

Línea de Presión de Vapor

)( MlMg

vv

VVT

L

dT

dp

La ecuación de Clausius-Clapeyron expresa la relación entre la presión de vapor y la temperatura

Normalmente VMl <<<<VMg

Mg

vv

VT

L

dT

dp

TRVp Mgv 2TR

Lp

dT

dp vvv

2TR

dTL

p

dp v

v

v

c

TR

Lp vv

1ln

211

2 11ln

TTR

L

p

p v

v

v


5

Línea de Presión de Vapor

La ecuación de Clausius-Clapeyron expresa la relación entre la presión de vapor y la temperatura


6

Carta de Cox


7

Carta de Cox


8

Diagrama Presión Volumen


9

Diagrama Presión Volumen


10

Diagrama Densidad Temperatura (Sustancia

Pura)


11

Diagrama de Fase para una Mezcla de dos componentes


12

Mezcla de multicomponentes


13

Condensación Retrograda


15

Mezcla de multicomponentes


16

Diagrama de Fase Etano - nHeptano


17

Líneas de puntos críticos de sistemas binarios compuestos por

normal parafinas


18

Diagrama de fase

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

-400 -200 0 200 400 600 800 1000

Alimentación

Gas

Líquido


19

Constantes de equilibrio

K del Propano (C3) en función de la K del Propano (C3) en función de la presión, para varias Temperaturas presión, para varias Temperaturas


20

Presión de Convergencia para muestras Binarias de

Hidrocarburos


21

Cálculos de Equilibrio: F = Alimentación (moles/hr) FL = Caudal de líquido (moles/hr) FV = Caudal de vapor (moles/hr) zi = Fracción molar del componente i en

la alimentación xi = Fracción molar del componente i en

el líquido yi = Fracción molar del componente i en el

vapor Ki = yi/xi (constante de equilibrio) P = Presión (psia) T = Temperatura (ºR)


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Cálculo del Punto de Burbuja

zzii fracción Molar de la Alimentación fracción Molar de la Alimentación

KKii = y = yii / x / xii

y = K x pero x y = K x pero x ≈≈ z z

y = K zy = K z

Dado P hallar T Dado P hallar T

∑∑y = y = ∑∑K z=1K z=1

Encontrar K (GPSA) Considerar la Presión Encontrar K (GPSA) Considerar la Presión de Convergenciade Convergencia


23

Cálculo del Punto de Rocío

x = y/K pero y x = y/K pero y ≈≈ z z

x = z / Kx = z / K

Dado P hallar T Dado P hallar T

∑∑ x = x = ∑∑ z / K z / K

Encontrar K (GPSA) Considerar la Presión de Encontrar K (GPSA) Considerar la Presión de ConvergenciaConvergencia


24

Cálculos de Equilibrio Flash: Corriente Total F = FL + FV ´[moles/seg]

F zi = FL xi + FV yi

y = K x x = Fz/(FL+Fv*K) ∑ x = 1 Supongo FL y Calculo ∑ x = 1 Chequear que haya Líquido y vapor ∑ Kz > 1 (Vapor esta Presente) ∑ z/K > 1 (Líquido esta Presente) Verificar la Presión de Convergencia

(del Líquido)


25

Termodinámica del Equilibrio Líquido - Vapor:

En el equilibrio TL = TV PL = PV

Potencial Químico µiL = µiV (i = 1, 2, ...., C)

Energía Libre de Gibbs G = U + PV - TS G = G(P; T; n1, n2,.....,nc)


26

Termodinámica del Equilibrio

Líquido - Vapor: µii = δG/ δnii ddµµii = ( = (δδV/ V/ δδnnii)dP a T = cte)dP a T = cte

Fugacidad (Lewis) (f) dµii = R T dln(fii)

En el equilibrio En el equilibrio fiL = fiV

ln Z-dVT)])/(RnP/ ( [-(1/V) ]x/Pln[fv

iii

iiiiiviil K / xy )y(P / f / )x(P / f


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Ley de los Gases Ideales: v = RT/P

v = Volumen específicov = Volumen específicov = V / nv = V / nUn GAS IDEAL tiene las siguientes propiedadesUn GAS IDEAL tiene las siguientes propiedades

1.1. El VOLUMEN ocupado por las MOLECULAS es INSIGNIFICANTE El VOLUMEN ocupado por las MOLECULAS es INSIGNIFICANTE con respecto al volumen ocupado por el gas.con respecto al volumen ocupado por el gas.

2.2. No hay FUERZAS de atracción o repulsión entre las moléculas y No hay FUERZAS de atracción o repulsión entre las moléculas y con las paredes del recipiente.con las paredes del recipiente.

3.3. Todas las COLISIONES entre moléculas son perfectamente Todas las COLISIONES entre moléculas son perfectamente ELASTICAS, esto es, no hay pérdida de energía interna en cada ELASTICAS, esto es, no hay pérdida de energía interna en cada colisión. colisión.

ECUACIONES DE ESTADO


28

Ecuaciones Cúbicas de Estado:

Aplicable sólo a gases ideales

Valor real

Menor si es líquido

Mayor si es gas


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Ecuación de Redlich – Kwong (ec. RK):


30

Ecuación de Soave - Redlich – Kwong (ec. SRK):

bvv

Ta

bv

TRP c

0223 BAZBBAZZ

2

42747.0

r

r

T

PTA

;

r

r

T

PB

08664.0

Aplicada a sustancias puras

Z

B

B

ABZZ

P

f1lnln1ln

Aplicado al Líquido y al vapor da ZL y ZV en términos de (T) Pitzer define el Factor acéntrico y halla Z en fc de Pr y Tr

1log7.0

rTc

s

P

P

25.011 rTmT 2176.0574.1480.0 m

Uso tambien para líquido y vapor Excelente aproximación para la presión de vapor en HC Excelente predicciones para la K de equilibrio de mezclas

de HC


31

Ecuación de Peng - Robinson:

][ bvbbvv

Ta

bv

RTP

Los cálculos son más aproximados con presencia de CO2 y SH2


32

Ecuación de Usdin – McAuliffe - Soave - Redlich – Kwong (ec.

UMSRK):

dvv

Ta

bv

TRP

01 23 BAZDBDAZBDZ

2r

rc

T

PTAA ;

r

rc T

PBB ;

r

rc T

PDD

3

2

1

1

cZ ;

3

2

2

1

1

cA ;

31

1

cB ;

3

3

1

1

cD

Para Mezclas:

22/1

2/12/1 ][r

riicii T

PTAxA

ri

ricii T

PBxB

ri

ricii T

PDxD

Aproxima mejor que SRK las densidades de Líquidos

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