Bachiller

Capitulo IV Equilibrio Vapor-Liquido _________________________________________________________________________ CAPITULO IV EQUILIBRIO VAPOR -LIQUIDO

Para evaluar el funcionamiento de un sistema de separación en etapas, es necesario efectuar cálculos de equilibrio vapor-líquido y de balance de materia en cada etapa de separación, utilizando para ello una ecuación de estado. Esto permite conocerlas cantidades de gas y líquido separadas en cada etapa, así como los parámetros necesarios para seleccionar las presiones de separación optimas para los fines que se pretendan (máxima recuperación de líquidos, mínimos requerimientos de compresión, maximizar la producción de pozos) (Santamaria , Clavel , 1992).

El área limitada por la curva de burbujeo y la curva de rocío (envolvente) en eldiagrama de fases de un sistema multicomponente (Figura 9), define las condiciones para que el gas y el líquido se presenten en equilibrio. Las cantidades y composiciones de la mezcla son diferentes en distintos puntos dentro de la región de dos fases.

Figura 9.- Envolvente de Fases
200.0

160.0

Presión, kg/cm2

120.0

80.0

40.0

0 -300.0

-100.0

100.0

300.0

500.0Temperatura, °C
28

Capitulo IV Equilibrio Vapor-Liquido _________________________________________________________________________ El equilibrio vapor-líquido se aplica para determinar el comportamiento de mezclas de hidrocarburos en la región de dos fases, y para calcular las concentraciones y las composiciones de cada fase a las condiciones de presión y temperatura dentro de la región de dosfases.

La distribución de un componente en un sistema vapor-líquido es expresada por la constante de equilibrio K. Esta constante se define como la razón de la fracción molar del componente en la fase gaseosa, (y), a la fracción molar del componente en la fase líquida, (x), matemáticamente esto se expresa como:
K= y x

El término equilibrio vapor-liquido se refiere a sistemas que una faselíquida esta en equilibrio con su vapor. En un diagrama de fases, el líquido y el vapor coexiste en equilibrio dentro de una región delimitada por las curvas formadas por los puntos de burbuja y puntos de roció.

Los métodos para calcular el comportamiento de mezclas de hidrocarburos en esta región de dos fases, permiten determinar las condiciones para su manejo o procesamiento en la superficie.SOLUCIONES IDEALES
Ley de Raoult.- Esta ley está basada en experimentos realizados en el año de 1886, y establece que la presión parcial de un componente en la fase vapor es igual a la fracción molar de dicho componente en la fase líquida, multiplicada por la presión de vapor del componente puro; es decir:

Pj = xjPvj Donde:

(1)

Pj = Presión parcial del componente j en el gas, enequilibrio con un líquido cuya composición es xj. 29

Capitulo IV Equilibrio Vapor-Liquido _________________________________________________________________________ Pvj = Presión de vapor que el componente j ejerce a la temperatura de interés. Xj = Fracción molar del componente j en fase líquida. (McCain, 1933). Ley de Dalton.- Esta ley define que la presión parcial de un componente en una mezclagaseosa, es decir:

PJ = y J P
Donde:

(2)

Pj = presión parcial del componente j yj = Fracción molar del componente j en fase vapor. P = Presión del sistema. Al combinar estas dos leyes igualando las presiones parciales, se obtiene una ecuación que relaciona las composiciones de las fases liquido vapor en equilibrio, a la presión y temperatura del sistema, es decir: (McCain, 1933).

yj xj

=PVj P
(3)

Desarrollo de ecuaciones para cálculos de equilibrio gas-liquido.
Para determinar los valores xj, yj, la ecuación (3) debe combinarse con otra que relacione estas cantidades, la cual puede desarrollarse a partir de un balance de materia para el componente j.

Considérese una etapa de separación, definida como una condición a la cual el aceite y el vapor alcanzan el...