Taller Ecuación de Estado para mezclas Método de Paunovic y construcción c onstrucción de diagramas.
1. En la literatura es posible encontrar los siguientes datos para el equilibrio líquido-vapor a 101.32 kPa de etil metanoato (1) y octano (2). Nota: Los nombres de la base de datos los debe conocer el usuario. T (K)
x1
y1
391.18
1.91E-02
0.1986
387.25
0.0281
0.289
380.95
0.0445
0.4123
375.8
0.0604
0.4987
369.54
0.0851
0.6027
363.94
0.1138
0.6764
358.93
0.1466
0.7342
354.6
0.1788
0.7787
351.21
0.2117
0.8085
347.67
0.2474
0.8366
345.21
0.2859
0.8554
342.51
0.3227
0.8742
340.24
0.3752
0.8883
338.46
0.4023
0.8992
336.92
0.4475
0.9075
336.22
0.4675
0.9114
335.16
0.505
0.9173
334.37
0.5228
0.9215
333.82
0.5537
0.925
333.35
0.5782
0.9276
333.09
0.5862
0.9291
332.64
0.6051
0.9324
332.11
0.6199
0.935
332.21
0.6264
0.9365
331.43
0.6424
0.9394
331.17
0.653
0.9411
330.79
0.6692
0.9431
330.17
0.6878
0.947
330.03
0.6965
0.9478
329.38
0.7348
0.9524
328.89
0.7615
0.9561
328.57
0.8139
0.9638
328.54
0.8433
0.9685
328.4
0.8813
0.9749
328.27
0.9154
0.9806
328.15
0.9304
0.9832
328.06
0.959
0.9888
328.03
0.9752
0.9915
a. A partir del criterio de Paunovic, determine la matriz de coeficientes de interacción binaria para la EoS FV con reglas de mezclado de van der Waals. b. A partir de la matriz estimada construya el diagrama acorde con los datos experimentales. Incluya los datos experimentales y el modelo en cada diagrama, así como los títulos correspondientes. c.
Determine las desviaciones (% de e rror absoluto o desviaciones absolutas) acordes con la naturaleza de los datos. Establezca con base en los errores y los diagramas si el modelo representa correctamente el equilibrio del sistema en cuestión.
d. Si se prepara una mezcla equimolar a 336.22 K y 1 Atm, determine el estado de agregación con ayuda de la g ráfica construida. En caso de te ner una mezcla líquido vapor determine el porcentaje de cada una de las fases, empleando solo la gráfica.
2. Se reportan los siguientes datos para e l sistema hexano (1) / 1-decanol (2) a 1 01.3 kPa: T(K)
x1
y1
502.98
0
0
447.79
0.05
0.7994
414.69
0.1
0.9432
395.76
0.15
0.9761
383.63
0.2
0.9872
375.13
0.25
0.9921
368.81
0.3
0.9947
363.94
0.35
0.9961
360.07
0.4
0.9971
356.95
0.45
0.9977
354.38
0.5
0.9981
352.26
0.55
0.9985
350.49
0.6
0.9987
349
0.65
0.9989
347.73
0.7
0.9991
346.65
0.75
0.9992
345.71
0.8
0.9993
344.87
0.85
0.9994
344.07
0.9
0.9995
343.21
0.95
0.9997
342.02
1
1
A partir de los datos suministrados realice las siguientes actividades: a. Construya el diagrama asumiendo válida la ley de Raoult y empleando la EoS PRFV para calcular las presiones de saturación. Qué se puede decir sobre la validez de la ley de Raoult para la mezcla en cuestión. Tiene sentido la respuesta (Justifique) b. Construya el diagrama de equilibrio adecuado con la EoS FV con reglas vdW de forma predictiva, es decir asumiendo kij=0. Realice un análisis cuantitativo de resultados. c.
A partir del método de burbuja, determine la matriz de kij, para la EoS FV con reglas vdW.
d. Construya el diagrama acorde con los datos experimentales y realice un análisis
cuantitativo de resultados. e. Con base en los resultados ¿Qué se puede decir sobre la importancia del valor kij para
la mezcla analizada?
3. En la tabla anexa se reportan los datos de equilibrio líquido-vapor para la mezcla dióxido
de carbono (1) con butano (2)
T (° C)
P(Atm)
x1
y1
0
1.04
0
0
0
2.4
0.03
0.588
0
3.9
0.057
0.741
0
5.8
0.094
0.826
0
8.3
0.144
0.877
0
10.6
0.2
0.9
0
12.9
0.275
0.916
0
15.3
0.334
0.92
0
17.8
0.398
0.932
0
20
0.469
0.942
0
22.9
0.568
0.951
0
25.7
0.681
0.963
0
28.6
0.804
0.974
0
31.5
0.911
0.983
0
34.4
1
1
A partir de los datos suministrados realice las siguientes actividades: a. Construya el diagrama asumiendo válida la ley de Raoult y empleando la EoS FV para calcular las presiones de saturación. Qué se puede decir sobre la validez de la ley de Raoult para la mezcla e n cuestión. Tiene sentido la respuesta (Justifique)
b. A partir del método de Paunovic, determine la matriz de kij, para la EoS FV con reglas vdW. c.
Construya el diagrama acorde con los datos experimentales y realice un análisis cuantitativo de resultados.
Con base en los resultados establezca si el modelo
ajustado es adecuado para representar la me zcla. 4. Renon,H., S.Laugier, J.Schwartzentruber y D.Richon, reportan los siguientes datos de equilibrio para el sistema Nitrogeno (1) , Etano (2):
a.
P(kPa)
T (K)
x1
y1
1007
220
0.016
0.4638
1745
220
0.0356
0.6584
2416
220
0.0552
0.7332
3762
220
0.0952
0.7961
4487
220
0.1168
0.8116
5179
220
0.1394
0.8221
5829
220
0.1582
0.8264
6562
220
0.1838
0.8298
7296
220
0.2077
0.8286
7945
220
0.2326
0.8276
8664
220
0.2572
0.8225
9261
220
0.281
0.8173
10510
220
0.331
0.7982
11980
220
0.408
0.7592
Grafique los datos experimentales en el diagrama adecuado. Establezca si se trata de un diagrama con componente supercrítico (Justifique su respuesta)
b. A partir del criterio de Paunovic, determine la matriz de kij para la EoS FV con reglas de mezclado vdW. c.
Construya el diagrama acorde con los datos expe rimentales.
d. Establezca mediante los cálculos necesarios el punto donde la línea de rocío y la línea de burbuja coinciden.
Cálculos y conceptos de equilibrio líquido vapor
5. Determine la condición fásica (estado de agregación) de una corriente a 7,2 °C y 2620 kPa con los siguientes flujos molares: Sustancia
N (kmol/h)
N2
1
Metano
124
Etano
87.6
Propano
161.6
Butano
176.2
Pentano
58.5
Hexano
33.7
Utilice los siguientes valores de kij para la EoS FV con reglas vdW
Sustancia
N2
Metano
Etano
Propano
Butano
Pentano
Hexano
kij N2
0
3.60E-02
5.00E-02
8.00E-02
9.00E-02
0.1
0.149
Metano
3.60E-02
0
2.24E-03
6.83E-03
1.23E-02
1.79E-02
2.35E-02
Etano
5.00E-02
2.24E-03
0
1.26E-03
4.10E-03
7.61E-03
1.14E-02
Propano
8.00E-02
6.83E-03
1.26E-03
0
8.19E-04
2.70E-03
5.14E-03
Butano
9.00E-02
1.23E-02
4.10E-03
8.19E-04
0
5.47E-04
1.87E-03
Pentano
0.1
1.79E-02
7.61E-03
2.70E-03
5.47E-04
0
3.93E-04
Hexano
0.149
2.35E-02
1.14E-02
5.14E-03
1.87E-03
3.93E-04
0
En caso de tener una mezcla líquido vapor, cuantifique cada una de las fases.
6. Una mezcla que se muestra a continuación se somete a un proceso de flash isotérmico. Si se sabe que la mezcla se encuentra a 120°F y a una presión tal que la fase vapor corresponde al 30% de la mezcla, calcule las cantidades de las fases que salen del recipiente separador,
Datos de la mezcla: Sustancia
kmol/h
H2
72.53
N2
7.98
Benceno
0.13
Ciclohexano
150
Utilice los siguientes valores de kij para la EoS FV con reglas de mezclado vdW.
Sustancia
H2
N2
Benceno
Ciclohexano
kij H2
0
-3.60E-02
N2
-3.60E-02
0
Benceno
0.28510001 0.15970001
Ciclohexano 0.28510001
0.1
0.28510001 0.28510001 0.15970001
0.1
0
3.99E-04
3.99E-04
0
7. El plato superior de una columna de destilación y el condensador se encuentran a una presión de 20 psia. El líquido que sale del plato superior es una mezcla de igual número de moles de butano y pentano y se encuentra en equilibrio con el vapor que sale del plato. El vapor que sale del plato va a un condensador parcial donde se condensa el 50% de dicho vapor. ¿Cuál es la temperatura en el plato superior? ¿Cuáles son la temperatura y la composición del vapor que sale del condensador? El sistema se ilustra a continuación.
MLV
V
L
Para la EoS FV con reglas vdW, el valor de kij para el sistema es: 5.4720e-004
8. Una corriente equimolar formado por propano, pentano, heptano y nonano se somete a un proceso de expansión separación mediante un sistema válvula y luego separador líquido-vapor (FLASH). Al sistema se alimentan 100 kmol/h de un líquido saturado a 300 kPa.
Utilice los siguientes valores para los coeficientes de interacción binaria para la EoS FV con reglas vdW:
Sustancia
a.
Kij
Propano
0
2.70E-03
7.89E-03
1.37E-02
Pentano
2.70E-03
0
1.37E-03
4.30E-03
Heptano
7.89E-03
1.37E-03
0
8.18E-04
Nonano
1.37E-02
4.30E-03
8.18E-04
0
Si se desea que el 60% del propano alimentado salga en la corriente vapor ¿En cuántas atmosferas se debe reducir la presión para lograr la separación deseada?
b. Si la corriente vapor que sale del recipiente de separación
se condensa total e
isobáricamente ¿Cuánto flujo de calor en kJ/h se necesita para llevar a cabo el proceso?
9. Tal como se muestra más abajo, una mezcla de hidrocarburos se calienta y expansiona antes de entrar en una columna de destilación.
a.
Determine los estados de agregación en cada una de las tres localizaciones que se indican con una especificación de presión. En caso de existir más de una fase cuantifique cada una de ellas.
b. Determine el flujo de calor en el calentador c.
Si se reemplaza la válvula por un expansor adiabático reversible que lleva la corriente hasta el mismo valor de presión. ¿Cuánto trabajo se puede producir en dicho dispositivo?
Nota: La presión de entrada al calentador es de 260 psia y la salida es de 250 psia. Las
temperaturas de entrada y salida del condensador son 1 50°F y 250°F respectivamente.
La matriz de coeficientes de interacción binaria para el sistema se reporta a continuación para la EoS FV con reglas vdW:
Sustancia
kij
Etano
0
0.00185
0.00464
0.00811
0.01188
Propano
0.00185
0
0.00132
0.00137
0.00557
Butano
0.00464
0.00132
0
0.00098
0.00226
Pentano
0.00811
0.00137
0.00098
0
0.00076
Hexano
0.01188
0.00557
0.00226
0.00076
0
10. Una turbina de gas aislada recibe una mezcla de 10% CO 2, 10% H2O y 80% N2 en base molar a 400 K y 500 kPa. La rapidez del flujo volumétrico es 2 m3/s. La salida es un vapor saturado a 1 00 kPa. Determine la eficiencia isentrópica de la turbina mediante la EoS FV con reglas de mezclado vdW de forma predictiva, es decir, asumiendo que todos los kij son cero.
