Se refiere a una vaporización súbita de fases en un sistema. Comportamiento Ideal Esta sucede cuando un fluido (líquido, gas o mezcla liquido vapor) de composición Z se somete a una condición de temperatura y presión que fomenta el cambio de fases, para luego ser retiradas en forma de vapor y líquido por el tope y fondo respectivamente. La corriente de líquido y vapor se encuentran a una composición {x i } y {y i } respectivamente a la salida del separador. V Y 1 V Y 1 F F Z 1 Z 1 L X 1 L X 1
Balance global V Y 1 Balance por componente i F = L + V Comportamiento Ideal F Z i F = x i L + y i V Z 1 L X 1 L = F V Z i F = x i F V + y i V Por definición K i = y i x i x i = y i K i Z i F = y i K i F V + y i V K i Z i F = y i F V + y i K i V K i Z i F = y i F + V K i 1 K i Z i = y i F + V K i 1 F K i Z i = y i 1 + V/F K i 1 y i = K i Z i 1 + V/F K i 1
y i = x i = K i Z i Z i β = V F = V L + V y i = K iz i = 1 Para un sistema con vapor ideal y líquido ideal Z i x i = = 1
Casos de vaporización instantánea Conocidas F, P, β, {z i }, y se pide T, L, V, {x i }, {y i } 1.- Se asume un valor de T, para esto podemos calcular T burbuja y T rocío, para verificar que la T supuesta se encuentre en equilibrio de fases. 2.- Con T asumida se calcula {P i sat }. 3.- Con P y {P sat i } calculamos la K i. 4.- Se evalúa el balance de materia, Σx i =1 ó Σy i =1. 5.- Si no se cumple el paso 4 ir al paso 1 hasta que se verifique la condición. 6.- Fin T asumida =T sistema Si se conoce T, {z i }, F, β, y se pide P, L, V, {x i }, {y i } 1.- Con la T dada se calcula {P sat i } 2.- Se asume un valor de presión P, se puede tomar como referencia inicial P=(P B +P R )/2 3.- Con P asumida y {P sat i } se estiman {K i } 4.- Se evalúa el balance de materia, Σx i =1 ó Σy i =1. 5.- Si no se cumple el paso 4 ir al paso 1 hasta que se verifique la condición. 6.- Fin P asumida =P sistema
Casos de vaporización instantánea Si se conoce P, T, {z i }, F, y se pide β, L, V, {x i }, {y i }. 1.- Asumimos un valor de β, para esto evaluamos las condiciones del sistema para establecer un buen estimado, tomando en cuenta los componentes participantes, volatilidad, presión, temperatura, normalmente se empieza con 0.5. 2.- Con la T conocida calculamos {P i sat } 3.- Con P conocida y {P i sat } calculamos {K i } 4.- Con {K i } {z i } y β asumida verificamos el balance de materia Σx i =1 ó Σy i =1. 5.- Si no se cumple el paso 4 ir al paso 1 hasta que se verifique la condición. 6.- Fin β asumida =β sistema
Método 2 1.- Se asume el valor de β, un buen estimado viene por la relación. A β = A B A = z i K i 1 B = z i K i 1 K i 2.- Evaluamos la función f{β} usando el estimado de β (Ecuación de Ratchford Rice) Si x i = 1 y y i = 1 Entonces f β = x i y i = 0 f β = z i K i 1 β K i 1 + 1 3.- Si el valor absoluto de f{β} es menor al valor de la tolerancia, por ejemplo 10-5, entonces β asumida =β sistema. 4.- Si el valor de la diferencia absoluta es mayor a la tolerancia, el nuevo valor de β calculado a partir de la siguiente expresión: β i+1 = β i f β f β f β = z i K i 1 2 β K i 1 + 1 2 5.- se repite este procedimiento hasta que se cumpla la condición 3. V=β F L=F-V z i x i = z i K i y i =
Ejercicio 1 Se alimentan 1000 mol/h de una corriente que contiene 36% de n-pentano, 36% de n-hexano, y el resto de n-heptano. Se ha determinado que la presión en el separador es aproximadamente igual al promedio de la presión de burbuja y rocío a 100ºC, se desea conocer la temperatura necesaria para lograr que salga un 68% de la alimentación como vapor y las composiciones de líquido y vapor. F Z1=0,36 Z2=0,36 Z3=0,28 V L Y 1 T=? X 1 P P B + P R 2 1. Buscamos de Antoine 2. Buscamos P B y P R a 100ºC por Raoult P B = x i P i sss P R = 1 y i sss P i 3. Calculamos la Psat a 100ºC P i sss = e A B T+C
Ejercicio 1 Para calcular los extremos de burbuja y rocío consideramos que toda la alimentación está en fase líquida para el punto de burbuja (Zi=Xi) y que esta toda en vapor para el punto de rocío (Zi=Yi) 4. Calculamos PB y PR 5. Calculamos P = P B+P R 2 6. Procedemos a buscar T, por lo que iteramos 7. Suponemos T 8. Con T Pisat Ki Xi Yi 9. Verificamos que se cumpla el balance de masa Σxi o Σyi 10. Donde y i = K i Z i x i = Z i
Ejercicio 1 Calculo de Flash Compuestos A B C Z n-pentano 13,8183 2477,07-39,94 0,36 n-hexano 13,8216 2697,55-46,78 0,36 n-heptano 13,8587 2911,32-56,51 0,28 C K T 100 373,15 Componentes Pisat n-pentano 592,493223 n-hexano 258,860065 n-heptano 106,089558 PB (kpa) PR (kpa) 336,19226 Asumiendo xi=zi 215,629043 Asumiendo yi=zi P sistema (kpa) 275,910652 β 0,68 F 1000 V 680 L 320 T K P1sat P2sat P3sat K1 K2 K3 x1 x2 x3 Σxi 373,15 592,493223 258,860065 106,089558 2,14740975 0,93820251 0,38450693 0,20222008 0,37579163 0,48154255 1,05955426 383,15 735,786773 330,963626 140,578821 2,6667574 1,19953189 0,50950849 0,16874512 0,31699023 0,4201266 0,90586195 378,15 661,32208 293,243076 122,390147 2,39687042 1,06281898 0,44358616 0,18462751 0,34525191 0,45042249 0,98030191 376,885 643,385519 284,236369 118,093194 2,33186184 1,03017541 0,42801245 0,18891033 0,35276159 0,45822879 0,99990071
Ejercicio 2 Un separador opera a 125ºC y una presión igual a la media de la presión de burbuja y rocío y procesa una corriente de 20% de 1-clorobutano, 30% de benceno y 50% de Cloro benceno. Determine la fracción de la alimentación que se ha vaporizado si se alimentan 100 mol/h al sistema. V Y i F Z i β=? L X i
Ejercicio 2 Nos hace falta conocer la fracción vaporizada en el separador, por lo tanto buscamos la ecuación de donde obtenerla. Nos proporcionan las {Zi} nos falta determinar Ki, para lo que podemos emplear la ley de Raoult. y i = x i = K i Z i Z i Para calcular la presión nos indican que: P = P B + P R 2 Por lo que primero procedemos a determinar la presión del sistema.
Ejercicio 2 1. Buscamos los datos de Antoine 2. Buscamos P B y P R a 125ºC por Raoult P B = x i P i sss P R = 1 y i sss P i 3. Calculamos la Psat a 125ºC P i sss = e A B T+C 4. Calculamos PB y PR 5. Calculamos P = P B+P R 2 6. Procedemos a buscar β, por lo que iteramos 7. Asumimos un valor de β, y con ella calculamos Xi y Yi 8. Verificamos que se cumpla el balance de masa Σxi=1 o Σyi=1 9. Si no se cumple suponer otro valor de β. y i = x i = K i Z i Z i
Ejercicio 2 Calculo de Flash Compuestos A B C Z 1-clorobutano 13,96 2826,26-49,05 0,2 benceno 13,8858 2788,51-52,36 0,3 clorobenceno 14,0525 3295,12-55,6 0,5 Sum 1 C K T 125 398,15 Componentes Pisat 1-clorobutano 352,183919 benceno 337,521126 clorobenceno 84,1933524 PB (kpa) PR (kpa) 213,789798 Asumiendo xi=zi 135,218651 Asumiendo yi=zi P sistema (kpa) 174,504224 β K1 K2 K3 x1 x2 x3 Σxi 0,5 2,0181971 1,93417166 0,48247171 0,13252945 0,20448701 0,67454913 1,01156559 0,4 0,14211825 0,21839328 0,63052602 0,99103754 0,45 0,13715646 0,21121149 0,65179507 1,00016303 0,4495 0,13720436 0,21128097 0,65157528 1,00006062
Ejercicio 3 Se lleva a cabo un proceso de separación donde se alimenta 44% de n-pentano, 47% de n-hexano y el resto de n-heptano, donde se desea condensar un 40% de a alimentación para un sistema a 150ºC. Qué presión deberá manejar el separador para lograr estas condiciones si se alimentan 10 mol/h en la alimentación V Y i F Z i P=? L X i
Ejercicio 2 1. Buscamos los datos de Antoine 2. Buscamos P 1Sat y P 2Sat a 155ºC por Raoult P i sss = e A B T+C 4. Calculamos PB y PR 5. Podemos tener un estimado si calculamos P = P B+P R 2 6. Procedemos a buscar P, por lo que iteramos 7. Asumimos un valor de P, y con ella calculamos ki y con estos Xi y Yi 8. Verificamos que se cumpla el balance de masa Σxi=1 o Σyi=1 9. Si no se cumple suponer otro valor de P. y i = x i = K i Z i Z i
Ejercicio 3 Calculo de Flash Compuestos A B C Z n-pentano 13,8183 2477,07-39,94 0,44 n-hexano 13,8216 2697,55-46,78 0,47 n-heptano 13,8587 2911,32-56,51 0,09 Suma Zi 1 C K T 150 423,15 Componentes Pisat n-pentano 1562,9003 n-hexano 776,128271 n-heptano 371,726686 PB (kpa) PR (kpa) 1085,91182 Asumiendo xi=zi 885,573893 Asumiendo yi=zi P sistema (kpa) 985,742856 β 0,6 P kpa K1 K2 K3 x1 x2 x3 Σxi 985,7428563 1,58550507 0,78735369 0,3771031 0,32561164 0,53873615 0,14370985 1,00805765 950 1,64515821 0,81697713 0,39129125 0,31720973 0,52797938 0,14178258 0,98697168 970 1,61123742 0,80013224 0,38322339 0,32193337 0,53404276 0,1428721 0,99884823 972 1,60792212 0,79848588 0,38243486 0,3224026 0,53464285 0,14297949 1,00002494