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Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia y Ambiental
Simulación y Optimización de Procesos Químicos Página 1
Ejercicio 3
Para una mezcla equimolar de ciclohexano y n-heptano a 1 atm de presión, calcular:
Las temperaturas de los puntos de rocío y burbuja.
Las entalpias del líquido y el vapor saturado.
El calor de vaporización de la mezcla
Simulación del ejercicio
“Una ecuación de estado es la relación que existe entre dos o más propiedades termodinámica.
En sistemas de un componente y de una fase, la ecuación de estado incluirá tres propiedades,
dos de las cuales pueden ser consideradas como independientes. Aunque en principio se podrían
plantear relaciones funcionales en que intervengan tres propiedades termodinámicas
cualesquiera, las expresiones analíticas de las relaciones entre propiedades han sido limitadas
casi completamente a la presión, volumen y temperatura. Debido a la incompleta comprensión
de las interacciones intermoleculares, especialmente en los estados líquido y sólido, han sido
utilizados métodos empíricos para desarrollar muchas de las ecuaciones de estado de uso
general.
Dado que la presión, temperatura y volumen pueden ser medidos directamente, los datos
necesarios para evaluar las constantes en tales ecuaciones pueden ser obtenidos
experimentalmente.”
Para poder implantar una simulación en el simulador de HYSYS, en este caso los puntos de rocío
y de burbuja de es necesario debemos de contar con una data de equilibrio para la mezcla de
ciclohexano y de n-heptano y así evaluar primero los datos experimentales que se cuentan con
los proporcionados por la simulación:
Tabla de datos de equilibrio líquido – vapor para la sustancia ciclohexano – n-heptano a 1
atm:
T (ºC) x Y
371,45 0 0
369,45 0,0795 0,1275
368,4 0,1312 0,204
365,95 0,2511 0,367
364,34 0,3379 0,4669
362,77 0,4258 0,5601
362,06 0,4664 0,601
360,15 0,5685 0,6936
359,95 0,5848 0,7076
358,6 0,6613 0,7697
357,74 0,716 0,8111
357,05 0,7641 0,8475
356,18 0,818 0,8843
354,85 0,9109 0,9445
354,15 0,9634 0,9775
353,79 1 1
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Si ubicamos nuestros puntos de rocío y punto de burbuja en la grafica obtenida con los valores
tabulados, podemos obtener:
𝑻𝒃𝒖𝒓𝒃𝒖𝒋𝒂 = 𝟑𝟔𝟎. 𝟗 𝑲 → 𝟖𝟕. 𝟕𝟓℃ (𝒇𝒍𝒆𝒄𝒉𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒔𝒆 𝒊𝒏𝒅𝒊𝒄𝒂 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒓𝒗𝒂 𝒂𝒛𝒖𝒍)
𝑻𝒓𝒐𝒄𝒊𝒐 = 𝟑𝟔𝟑. 𝟐 𝑲 → 𝟗𝟎. 𝟎𝟓℃ (𝒇𝒍𝒆𝒄𝒉𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒔𝒆 𝒊𝒏𝒅𝒊𝒄𝒂 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒄𝒖𝒓𝒗𝒂 𝒓𝒐𝒋𝒂)
Con estos datos obtenidos a partir de datos conocidos, evaluaremos con diferentes ecuaciones
de estado, las distintas propiedades, para este tipo de fluido generalmente se distinguen 3
ecuaciones de estado por ser las más conocidas y usadas, estas son:
Ecuación de estado de Peng Robinson
Ecuación de estado de Lee Kesler Plocker
Ecuación de estado de Soave Redlinch Kwong
Estas tres ecuaciones de estado son las que van a ser seleccionadas dentro del paquete del
simulador, cuyo fin de usar el simulador es la de ahorrar el calculo manual y poder evaluar cual
de ellos es el mas cercano o el que tiene menos error con los datos experimentales.
352
354
356
358
360
362
364
366
368
370
372
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Tem
pe
ratu
ra (
K)
x,y
x
y
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Entorno de la simulación
Agregamos nuestros componentes (el ciclohexano y el n-heptano), una vez realizado esta operación,
ingresamos nuestro paquete de fluidos, el cual seleccionaremos todas las ecuaciones de estado para
poder comparar cuál de ellos es más preciso en calcular las propiedades requeridas del ejercicio. Luego
de ingresar todos los datos correspondientes, ingresamos al entorno de la simulación.
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Realizando los cálculos flash
Los cálculos flash van a implicar los cálculos rápidos de los puntos de rocío y puntos de burbuja, asi
como otras propiedades características del fluido. Usando los tres métodos que resaltamos con
anterioridad, para poder comparar al final los resultados con las demás ecuaciones de estado, podemos
obtener lo siguiente:
i. Con la ecuación de estado Peng Robinson:
Entalpia de vapor
saturado
Temperatura de punto
de rocío calculado
Indica que el vapor
está saturado
Entalpia de líquido
saturado
Temperatura de punto de
burbuja calculado
Indica que el líquido está saturado
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ii. Con la ecuación de estado Lee Kesler Plocker:
Calor de vaporización
calculado con la EOS Peng
Robinson
Entalpia de vapor
saturado
Temperatura de punto
de rocío calculado
Indica que el vapor
está saturado
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Entalpia de líquido
saturado
Temperatura de punto de
burbuja calculado
Indica que el líquido está saturado
Calor de vaporización
calculado con la EOS Lee
Kesler Plocker
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iii. Con la ecuación de estado Soave Redlich Kwong:
Entalpia de vapor
saturado
Temperatura de punto
de rocío calculado
Indica que el vapor
está saturado
Entalpia de líquido
saturado
Temperatura de punto de
burbuja calculado
Indica que el líquido está saturado
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Análisis y discusión de resultados
La tabla que se muestra a continuación, permite visualizar los resultados que se obtuvieron utilizando
los distintos paquetes de ecuación de estado que cuenta la base de datos del simulador.
Ecuación T. de rocío (®C)
T. de Burbuja (®C)
Entalpia de vap. Sat. (KJ/Kmol)
Entalpia de liq. Sat. (KJ/Kmol)
Calor de vap. (KJ/Kmol)
Kabadi Danner 90.09 87.77 -146076,52 -177681,98 31605,45
Lee Kesler Plocker 90,66 88,59 -146132,94 -177224,89 31091,95
Peng Robinson 89,93 87,56 -146104,38 -177247,05 31142,68
PR – Twu 89,89 87,49 -146111,42 -177526,89 31415,47
PRSV 90,06 87,71 -146085,46 -177682,24 31596,77
Sour PRV 89,93 87,56 -146104,38 -177247,05 31142,68
Sour SRK 90,09 87,77 -146076,53 -177681,98 31605,46
SRK 90,14 87,80 -146067,75 -177689,97 31622,22
SRK Twu 89,98 87,56 -146092,82 -177553,79 31460,97
Twu Sim Tassone 89,85 87,44 -146119,71 -177514,36 31394,66
Zudkevitch Joffee 90,22 87,78 -146209,22 -177435,07 31225,84
Si comparamos los datos que se obtuvieron con los datos experimentales con los datos obtenidos de la
simulación, por lo tanto, las temperaturas de burbuja y de rocio que se obtuvieron en forma
experimental son:
𝑻𝒃𝒖𝒓𝒃𝒖𝒋𝒂 = 𝟑𝟔𝟎. 𝟗 𝑲 → 𝟖𝟕. 𝟕𝟓℃
𝑻𝒓𝒐𝒄𝒊𝒐 = 𝟑𝟔𝟑. 𝟐 𝑲 → 𝟗𝟎. 𝟎𝟓℃
La ecuación de estado que más se aproxima a estos resultados es el paquete de EOS PRV, ya que como
se puede observar en la tabla la ecuación de estado que mas se aproxima a los datos experimentales
con una ligera desviación de 0.01%.
Calor de vaporización
calculado con la EOS SRV