Equilibrio quimico y de fase

Calculo de fase.
El calculo de fases tiene múltiples aplicaciones en la industria petrolera, por ejemplo en el diseño de separadores (gas-petróleo), donde se requiere que haya una eficiente separación, de tal forma que se obtengan las cantidades de petróleo y gas, estimadas en el calculo de la composición de las fases, se utiliza también, el calculo del balance de materiales para yacimientos,sobre la base de la composición, se utiliza también, en diseño de plantas de gasolina natural, pero para poder entrar en este proceso se necesita definir claramente el concepto de sistema.
Comportamiento cualitativo de las fases.
Una de las formas de mayor precisión del estudio cualitativo de los sistemas de hidrocarburos es atravez de los diagramas de fases. Por medio, de los cuales puedeconocerse el estado del fluido a determinadas condiciones de presión y temperatura. Luego es, posible determinar cuantas fases están presentes en las condiciones señaladas, y con ello poder predecir una serie de parámetros que tienen una significativa influencia en la caracterización de los hidrocarburos.
Esto indica que un diagrama de fases permite definir en que estado físico esta una determinadasustancia, dependiendo de su presión y temperatura.
Luego para determinar el estado físico de una sustancia se construye en un grafico colocando, por ejemplo la presión en la ordenada y la temperatura en la abscisa. La siguiente ecuación se puede utilizar para el balance de los materiales:
F = L + V
Si se asume que el número total de moles del sistema es (Fz), y la fracción mas volátil serepresenta por (Vy) y la fracción liquida se representa por (Lx) queda:
Fz = Lx + Vy
La ecuación se puede utilizar para cuantificar la composición de las fases.

Constante de equilibrio.
El concepto de constante de equilibrio (Keq) es muy útil para describir el comportamiento de los sistemas bifásicos de muchos componentes. Estas constantes, tomadas de tablas o estimadas mediante ecuaciones deestados apropiadas, constituyen la base de la simulación termodinámica de equilibrios entre petróleo y gas.

La constante de equilibrio del componente “i” se define mediante la siguiente relación:
K_eqi=Y_i⁄X_i
Donde:
Yi = fracción molar del componente “i” en la fase gas.
Xi = fracción molar del componente “i” en la fase liquida.

Ley de Raoult y Ley de Dalton.
Afortunadamente, la primeraaproximación a los valores que toman las Keq; pueden obtenerse a partir de dos leyes muy simples:
La ley de Raoult que para soluciones ideales establece que “la presión de vapor de un componente de una mezcla es proporcional a la concentración de dicho componente y a la presión de vapor del componente puro”.
La ley de Dalton de presiones parciales para mezclas gaseosas ideales que establece que “lapresión parcial de un componente en una mezcla de gases es proporcional a la fracción molar de dicho componente y a la presión total del sistema”.
Expresadas simbólicamente estas leyes adoptan la forma:
Ley de Raoult: P_Vi=P_ViO-X_i
Ley de Dalton: P_i=P∙Y_i
Donde:
Pvi = presión de vapor del componente “i” en la mezcla.
Pvio = presión de vapor del componente “i” puro. Este valordepende de la temperatura de trabajo.
Pi = presión parcial que ejerce el componente “i” en una mezcla gaseosa a presión P.
P = presión total de la mezcla gaseosa.
Cuando el gas esta en equilibrio con el líquido, las presiones Pi y Pvi deben ser iguales pues hacen referencia al mismo valor (la presión del componente “i” como gas), de modo que igualando ambos valores se obtieney_i⁄(X_i=K_eqi=P_Vio⁄P)
Que expresado en forma logarítmica da lugar a:
log⁡(K_eqi )=log(P_ViO )-log(P)
Esta ecuación indica que si se grafica el logaritmo de la constante de equilibrio en función del logaritmo de la presión del sistema (P) se debe obtener un grafico lineal de pendiente “1” y ordenada igual a “log(Pvio)” donde el log(P) toma el valor “0”.
En la fig. 1 se observa la excelente concordancia entre las...