EQUILIBRIO DE FASES DE FLUIDOS PUROS A PARTIR DE LA CEoS

RESUMEN

El cálculo de las condiciones de equilibrio de fases líquido vapor con diferentes componentes es un tema de interés general para la Ingeniería La descripción de los cambios de fase, en general, y del equilibrio líquido-vapor, en particular, es fundamental en un gran número de procesos con enormes aplicaciones. Los desarrollos basados en la termodinámica molecular están logrando un enorme avance en este campo. En este trabajo de investigación hemos propuesto nuevas funciones polinómicas de la temperatura y del factor acéntrico que permiten obtener la presión de vapor, el factor acéntrico (forma) del Nitrógeno. El modelo molecular propuesto para la presión de vapor ha sido utilizado para obtener una expresión analítica para la relación presión-temperatura-composición de la fase líquida del equilibrio líquido-vapor de las mezclas binarias no polares. Esta metología se ha aplicado a la obtención de las propiedades termodinámicas del equilibrio líquido-vapor En esta oportunidad se presenta el cálculo de los coeficientes de actividad evaluados a partir de la tabla del Ingeniero Químico de Perry y se estiman las condiciones del equilibrio líquido vapor a través de la aplicación de las ecuaciones de estado (EoS).

DESCRIPTORES

Termodinámica, equilibrio liquido vapor. Ecuación de Antoine, Ecuaciones de Estado EoS, correlaciones polinómicas.

ABSTRACT

The calculation of the equilibrium conditions of vapor liquid phases with different components is a topic of general interest to the engineering description of phase changes in general, and the vapor-liquid equilibrium, in particular, is essential in many with huge process applications. Developments based on molecular thermodynamics are making huge progress in this field. In this research we have proposed new polynomial functions of temperature and acentric factor which can obtain the vapor pressure, the acentric factor (shape) of nitrogen. The proposed molecular model for the steam pressure has been used to obtain an analytic expression for the pressure-temperature-composition of the liquid phase vapor-liquid equilibrium of binary mixtures nonpolar. This metología has been applied to obtain the thermodynamic properties of liquid-vapor equilibrium This opportunity presents the calculation of activity coefficients evaluated from the table of Perry's Chemical Engineers and conditions are estimated vapor liquid equilibrium through the application of the equations of state (EoS).

DESCRIPTORS

Thermodynamics, Vapor liquid equilibrium. Antoine Equation, Equations of state EoS, polynomial correlations.

1. Empezaremos con introducir nuestros datos obtenidos de libro de Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química de J. M. Smith, H. C. Van Ness, en el apéndice B, Propiedades de componentes puros. Como se observa en la tabla para el compuesto del Nitrógeno.

Tabla B.I: Propiedades características de especies puras

2. Ahora para calcular nuestra presión del Nitrógeno, lo haremos introduciendo nuestras contantes dadas de Ref: POLING, BRUCE; PRAUSNITZ, JOHN & O'CONNELL, JOHN., "The Properties of Gases and Liquids". 5th edition. McGraw Hill. New York. 2001. Para sustituirlo en la ecuación de Antoine que describe la relación entre la temperatura y la presión de saturación del vapor de sustancias puras. Se deduce de la relación de Clausius - Clapeyron.

Ya con los datos obtenidos en las tablas empezamos a codificar en Excel nuestras ecuaciones de cúbicas (EoS) de Redlich- Kwong (RK), Soave- Redlich- Kwong (SRK) y Peng- Robinson (PR) calculando nuestros volumen molar en cm3/mol , y la Presión Saturada en bar

EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR PARA UN COMPONENTE PUROCOMPONENTE: NITROGENO

Tablas de las iteraciones a diferentes temperaturas utilizando las tres ecuaciones principales de estado (EoS)

Utilizando la EoS de Soave- Redlich- Kwong (SRK)

Utilizando la EoS de Peng- Robinson (PR)

…………………….…………………….Seguimos iterando hasta 236 veces para obtener nuestros datos

Elaboramos una tabla de: T, P, de datos experimentales obtenidos del Manual del Ingeniero Químico.

Para calcular nuestros a diferentes T, tuvimos que darle valores cercanos a los de la tabla del manual del ingeniero químico ya que no están en la tabla decidimos hacer una correlaciones polinómicas, no es exacta pero es aproximada a los datos del manual para el

cálculo de a diferentes temperaturas.

T,°C T,K-160.00 113.15-160.15 113.00-170.00 103.15-170.15 103.00-180.00 93.15-180.15 93.00-185.00 88.15-190.00 83.15-200.00 73.15-200.15 73.00

TABLE 2-288 Saturated Nitrogen (R728)*según la tabla de Perry

T;K P;bar Vliquido Vgas63.15 0.1253 1.155 1477

65 0.1743 1.165 109170 0.3859 1.193 525.675 0.7609 1.224 281.8

77.35 1.0133 1.239 216.980 1.369 1.258 16485 2.287 1.297 101.790 3.600 1.34 66.2895 5.398 1.39 44.87

100 7.775 1.447 31.26105 10.83 1.514 22.23110 14.67 1.597 15.98115 19.40 1.714 11.47120 25.15 1.892 8.031125 32.05 2.324 5.016

126.25 33.96 3.289 3.289

A 4.4E-09B -1.9061E-06C 0.000331121D -0.02861417E 1.23380577F -20.1408242

60 70 80 90 100 110 1200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8f(x) = 0.00000000438397 x⁵ − 0.00000190612 x⁴ + 0.000331121 x³ − 0.0286142 x² + 1.233806 x − 20.14082R² = 0.999991672824677

Grafico de Volumen Líquido vs Tempera-tura

Series2

Polynomial (Series2)

volumen molar líquido (m^3/kg)

Tem

pera

tura

(Kel

vin)

Correlaciones para el caculos referidos a mis nuevas temperaturas

T,°C T,K P;bar Vliquido Vgas-160.00 113.15 17.6499 1.96707944 13.1387-160.15 113.00 17.508 1.96149162 13.274-170.00 103.15 9.69965 1.67692335 26.4507129-170.15 103.00 9.608 1.67352038 26.8992596-180.00 93.15 4.73274 1.48546288 53.8286567-180.15 93.00 4.6788 1.48303465 54.2595796-185.00 88.15 3.11419 1.41023763 72.9517426-190.00 83.15 1.94734 1.34615525 113.400773-200.00 73.15 0.62215 1.24682569 361.703474-200.15 73.00 0.6109 1.24554688 368.18223

Correlación Polinómica:

A1 0.00055908A2 -0.22322101

A3 33.37761112

A4 -2218.00902

A5 55373.43036

60 70 80 90 100 110 1200

100

200

300

400

500

600

f(x) = 0.000559084595 x⁴ − 0.2232210102 x³ + 33.377611121 x² − 2218.0090236 x + 55373.430362R² = 0.99904007165986

Grafico de Volumen gas vs Temperatura

Series2Polynomial (Series2)

volumenes gas m^3/kg

Tem

pera

tura

T,K

ABLE 2-288 Saturated Nitrogen (R728)*

Datos experimentales

T,°C T,K P;bar-160.00 113.15 17.65 55.08 367.88-160.15 113.00 17.51 54.92 371.67-170.00 103.15 9.70 46.95 740.62-170.15 103.00 9.61 46.86 753.18-180.00 93.15 4.73 41.59 1507.20-180.15 93.00 4.68 41.52 1519.27-185.00 88.15 3.11 39.49 2042.65-190.00 83.15 1.95 37.69 3175.22-200.00 73.15 0.62 34.91 10127.70-200.15 73.00 0.61 34.88 10309.10

10 100 1000 100000

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20Datos Experimentales del Nitrogeno (R728)

V liquido

V gas

Volumenes Molares (ml/kg)

Pres

ión

(ba

r)

DATOS CALCULADOSUsando la EoS Peng-Robinson (PR)

T,°C T,K P;bar-160.000 113.150 0.25612091 13636.9206 37107.3327

V gas¿¿)V liquido¿¿)

V gas¿¿)V liquido¿¿)

-160.150 113.000 0.256113918 13637.2968 37108.3605-170.000 103.150 0.255524798 13669.0683 37195.1630-170.150 103.000 0.255513393 13669.6848 37196.8474-180.000 93.150 0.254517219 13723.7483 37344.5536-180.150 93.000 0.254497274 13724.8351 37347.5227-185.000 88.150 0.2537419 13766.1195 37460.3155-190.000 83.150 0.252667098 13825.2875 37621.9676-200.000 73.150 0.248861644 14038.8858 38205.5371-200.150 73.000 0.248777823 14043.6642 38218.5920