MEZCLA DE TRES COMPONENTES
El diagrama composicional para una mezcla de tres componentes se representa de tal forma que la composición de los tres pueda ser mostrada. Por esto los triángulos equiláteros son los más convenientes para este propósito. Estos son más conocidos como diagramas ternarios. Diagramas ternarios
La figura anterior nos muestra un diagrama ternario. Las características de estos diagramas son principalmente:
Cada vértice del triángulo corresponde al 100 por ciento de un solo componente. La convención usual es trazar el componente más ligero en la cima y el componente mas pesado debajo en la izquierda. Cada lado del triángulo representa mezcla de dos componentes. Por ejemplo, el lado izquierdo del triangulo representa todas las posibles mezclas de componentes pesados y livianos. Los puntos dentro del triángulo representan la mezcla de los tres componentes. La composición es usualmente trazada en términos de fracción molar o porcentaje molar. Para un solo diagrama, ambas presiones y temperaturas son constantes, solo la composición cambia.
El punto 1 en la figura representa el componente puro B. El punto 2 representa una mezcla de 30% en moles del componente A y 70% en moles del componente C. EL punto 3 representa una mezcla la cual consiste de 50 por ciento en moles de A, 30 por ciento en moles de B y 20 por ciento en moles de C. La composición de la mezcla representada por el punto 3 es determinada de una mejor forma imaginando tres líneas para el punto 3 perpendiculares a los lados del diagrama triangular. La longitud de la línea 43 representa la composición del componente A en la mezcla. La longitud de la línea 53 representa la composición del componente B y la longitud de la línea 63 representa la composición del componente C.
La línea 21 representa un proceso de interés para nosotros como futuros ingenieros de petróleos. El punto 2 representa la composición de una mezcla de un componente A y un componente C sin la presencia de B. La línea 12 representa las composiciones de todas las mezclas formadas por la adición del componente B a la mezcla or iginal de los componentes A y C. Por ejemplo, el punto 7 representa una mezcla de partes iguales de la mezcla original de A y C con la componente B. La composición es 50 por ciento del componente B, 15 por ciento del componente A y 35 por cierto del componente C. La razón de componentes de A a C, 15:35, es la misma razón de A a C en la mezcla original, 30:70.
DIAGRAMAS DE FASE DE 3 COMPONENTES
La figura anterior nos muestra un diagrama de fase típico de tres componentes. El metano es el componente más liviano y es trazado en la cima. De este modo, la línea de punto de roció se encuentra a lo largo de la cima del envolvente de saturación y la línea de punto de burbuja a lo largo del fondo. Este diagrama es para una sola temperatura y una sola presión. Las líneas de enlace son rectas pero no horizontales, como era el caso para el diagrama de composiciones de dos componentes. En el caso de la mezcla de tres componentes las líneas de enlace deben ser determinadas experimentalmente y dadas en el diagrama. El punto 1 representa una mezcla de metano, propano y n-pentano, las cuales muestran equilibrio de gas y líquido a la temperatura y presión indicada por el diagrama. El punto 2 representa la composición en equilibrio de gas y el punto 3 representa la composición en equilibrio de líquido. La cantidad de gas en fracción de moles totales de la mezcla general, es representado por la longitud de la línea 13 dividida por la longitud de la línea 23. La cantidad de líquido en términos de
la fracción de moles totales de la mezcla general es representado por la longitud de la línea 12 dividida por la línea 23. -
Ejemplo
Determine las composiciones y cantidades en equilibrio de gas y liquido cuando 6 lb-mol de una mezcla de 50 por ciento en moles de metano, 15 por ciento en moles de propano y 35 por ciento en moles de n-pentano están llevando a equilibro a 160°F y 500 psia. -
Solución: 1) Graficar la composición de la mezcla en el diagrama ternario a la temperatura y presión indicadas. 2) Leer la composición del gas en equilibrio en el punto donde la línea enlazante que pasa por el punto 1 corta la línea de punto de rocío. (punto 2) 14% molar Propano 12% molar N-pentano 100% 3) Leer la composición del líquido en equilibrio en el punto donde la línea enlazante a través del punto 1 corta la línea del punto de burbuja. 13% molar Metano 17% molar Propano 70% molar N-pentano 100% 4) Calcular la fracción de gas en la mezcla:
Cantidad de gas:
(0,607)(6Lb mol) = 0,607 Lb mol gas
5) Calcular la fracción de líquido en la mezcla:
Cantidad de líquido:
0,65 in = 0,607 Lb mol gas 1,07 in Lb mol total
0,42 in 0,393 Lb mol gas = 1,07 in Lb mol total
(0,393)(6Lb mol) = 2,4 Lb mol gas
Comparando el diagrama anterior con el siguiente diagrama nos da el envolvente de saturación para mezclas de metano, propano y n-pentano a la misma temperatura del anterior pero a una presión más alta. Las líneas de punto de burbuja y de punto de roció se unen en el punto crítico. EL punto crítico nos da la composición de la mezcla, la cual tiene una presión crítica de 1500 psia y una temperatura critica de 160°F.
La figura siguiente nos muestra las variadas posiciones que el envolvente de saturación de mezclas de metano, propano y n-pentano puede tomar a 160°F cuando la presión aumenta de la atmosférica a 2350 psia.
A presión atmosférica, todas las mezclas de los componentes serán gaseosas. La temperatura está por encima de la temperatura crítica del metano, y la presión atmosférica está por debajo de las presiones críticas del propano y el n-pentano a 160 °F. Si consideramos el punto 2 del diagrama anterior, tenemos una presión por encima de la presión de vapor del n-Pentano y por debajo de la presión de vapor del propano, 200 psia. Todas las
mezclas de metano etano y propano son gaseosas. Tanto la mezcla de Metano-n-Pentano como la mezcla de Propano-n-Pentano están en regiones de dos fases. Sus composiciones de punto de rocío y de burbuja aparecen a lo largo de los lados del diagrama ternario, así como también a lo largo de los lados de las líneas de punto de rocío y de burbuja de la mezcla ternaria. A la presión de vapor del Propano, 380 psia a esta temperatura, las líneas de punto de roccío y de burbuja del domo de saturación convergen en el punto de 100% molar de Propano. Si observamos el punto 3, las únicas mezclas binarias que exhiben comportamiento de dos fases son las de Metano-n-Pentano. A una presión por encima de la presión de vapor del Propano y por debajo de la presión de la línea crítica para la mezcla de Metano y n-Pentano, 500 psia, punto 4 en le diagrama, las mezclas binarias Metano-Propano muestran comportamientos de dos fases, y las mezclas de propano y npentano son todas liquidas. Así, el envolvente de saturación aparece como en la primera figura anterior lo muestra. El punto crítico de una mezcla específica de metano-propano ocurre a 1040 psia a esta temperatura, punto 5. Las líneas de punto de roció y punto de burbuja del ternario cruzan el lado Metano-Propano del diagrama en la composición de este punto cr ítico. Por debajo de esta presión, punto 6, todas las mezclas de Metano y Propano son una sola fase, de esta forma, solo el metano y n-pentano binarios tienen comportamiento de dos fases. Así solo las mezclas binarias metano-n-pentano del diagrama ternario puede mostrar el punto de burbuja y el punto de roció. Las líneas de punto de burbuja y de punto de roció del envolvente de saturación no hace intercepción con otro lado del diagrama, por el contrario se unen un punto crítico. Cuando la presión aumenta, el tamaño de la región de dos fases disminuye, hasta que se alcanza la presión critica de la mezcla de metano-n-pentano logra 2350 psia a esta temperatura, punto 8. A esta presión y a todas las altas presiones, todas las mezclas de metano, propano y n-pentano son una sola fase. USOS DE LOS DIAGRAMAS TERNARIOS
Un uso común de los diagramas de fase de tres componentes es en el análisis del desplazamientos miscibles. Este término general para procesos de inyección que introducen gases miscibles en el yacimiento. Un proceso de desplazamiento miscible mantiene la presión del yacimiento y mejora el desplazamiento del petróleo debido a que se reduce la tensión interfacial entre el petróleo y el agua. El efecto de la inyección de gas es similar a la de un drenaje por gas disuelto. El desplazamiento miscible es una rama importante de los procesos de recuperación de petróleo mejorada. Los gases inyectados incluyen gas licuado de petróleo (LPG), como el propano, metano a alta presión, metano enriquecido con hidrocarburos ligeros, nitrógeno a alta presión y dióxido de carbono [CO2] en condiciones del yacimiento adecuadas de temperatura y presión. El fluido más comúnmente utilizado para el desplazamiento miscible es el dióxido de carbono porque reduce la viscosidad del petróleo y es menos costoso que el gas licuado de petróleo. El desplazamiento miscible también se denomina drenaje por gas miscible, drenaje miscible o inundación miscible.
Por ejemplo, la siguiente figura nos muestra el envolvente de fase de una mezcla de aceite con dióxido de carbono.
El aceite es trazado como
una
mezcla
artificial de componentes, metano
dos con
como
un
componente y todos los otros constituyentes añadidos juntos como el otro componente. Otra técnica de separar el aceite en dos seudocomponentes. contiene
todos
Una los
compuestos de átomos de 12 carbonos o menos. El otro contiene todos los componentes de carbono o más. EL dióxido de carbono es e l tercer componente del diagrama.
13átomos
de
Ejemplo: El aceite crudo de la figura 2-30 contiene 35 por ciento moles de metano. Todas las mezclas de este aceite y dióxido de carbono serán una sola fase (miscible)? Solución No, una línea recta desde el punto 35% en moles de Metano, 65% en moles de etano hasta el vértice en dióxido de carbono puro pasa a través de la envolvente de dos fases.
CONCLUSIONES
El uso de diagramas ternarios es de gran importancia, ya que estos nos permiten graficar el porcentaje de cada componente cuando tenemos mezclas de tres componentes. En la industria del petróleo son de gran utilidad cuando se emplea desplazamiento miscible en un yacimiento como técnica de recobro mejorado. Este mantiene la presión del yacimiento y mejora el desplazamiento del petróleo debido a que se reduce la tensión interfacial entre el petróleo y el agua. El fluido más comúnmente utilizado para el desplazamiento miscible es el dióxido de carbono porque reduce la viscosidad del petróleo y es menos costoso que el gas licuado de petróleo.
