TRABAJO DE APLICACIN DE PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSDIAGRAMAS DE FASE TERNARIOS

ZULLY TATIANA ARDILA SANTOS 2134122

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS FISICOQUIMICASESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOSBUCARAMANGA2015

TRABAJO DE APLICACIN DE PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSDIAGRAMAS DE FASE TERNARIOS

ZULLY TATIANA ARDILA SANTOS 2134122

DIRIGIDO A:INGENIERO JULIO CESAR PEREZ ANGULO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE INGENIERIAS FISICOQUIMICASESCUELA DE INGENIERIA DE PETROLEOSBUCARAMANGA2015

CONTENIDO1. DIAGRAMAS TERNARIOS1.1 GENERALIDADES

1.1.1 DEFINICIN1.1.2 PROPIEDADES GEOMTRICAS DEL TRINGULO DE CONCENTRACIONES (ESTRUCTURA)1.1.3 CONSTITUCIN DEL DIAGRAMA TERNARIO1.1.4 COMPOSICIN FRACCIONARIA EN UN PUNTO DADO DEL DIAGRAMA

1.2 FORMAS DE REPRESENTAR LAS REACCIONES Y ESTABILIDADES QUE SE PRODUCEN EN LOS SISTEMAS TERNARIOS

1.2.1 MODELOS TRIDIMENSIONALES1.2.2 PROYECCIONES SOBRE EL TRINGULO DE CONCENTRACIN1.2.3 LAS SECCIONES ISOTRMICAS (HORIZONTALES)1.2.4 SECCIONES VERTICALES

1.3 APLICACIN DE LA REGLA DE LAS FASES

1.3.1 EQUILIBRIO MONOFSICO1.3.2 EQUILIBRIO TERNARIO BIFSICO1.3.3 EQUILIBRIO TERNARIO TRIFSICO

1.4 DIAGRAMA DE FASE DE TRES COMPUESTOS

1.4.1 CLCULO DE LOS PORCENTAJES DE FASES

1.5 REPRESENTACIN DEL COMPORTAMIENTO DE FASE1.5.1 DOMOS DE SATURACIN

1.6 PUNTO TRENZA

1.7 USO DE LOS DIAGRAMAS TERNARIOS

1.8 MEZCLAS MULTICOMPONENTES

BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIN

El presente trabajo pretende exponer los temas ms relevantes en cuanto a los diagramas de fase ternarios, ya que cuando se quiere dar seguimiento a una propiedad fisicoqumica en sistemas de tres componentes, los diagramas ternarios constituyen una de las herramientas ms utilizadas en el mbito de la qumica, la farmacutica y la ingeniera qumica. Los cambios en los ndices de refraccin, viscosidad, evaporacin, equilibrio de fases, estados de agregacin, estructura, textura, solubilizacin y color pueden ser estudiados en relacin a la proporcin de los componentes del sistema ternario; en especial, estos diagramas se emplean tradicionalmente para mostrar el equilibrio entre diversas fases en sistemas lquido-vapor, lquido-lquido y slido-lquido, por lo que esto indica las zonas donde los tres componentes son solubles en todas las proporciones y donde se presenta segregacin. Entre las aplicaciones de los diagramas ternarios se encuentran las operaciones de extraccin o purificacin de alguno de los constituyentes o solutos, las cuales se basan en el conocimiento de los sistemas de equilibrio lquido-lquido con regiones de una sola fase o dos fases lquidas. Adems, se pueden extender a ms de tres componentes de manera que uno de los vrtices del diagrama triangular representa una mezcla binaria de composicin fija o una mezcla de diversos constituyente. Tambin se emplean para el seguimiento de algunas reacciones como polimerizacin en emulsin, mientras que en materia geolgica son utilizados para la caracterizacin morfolgica, de textura y composicin de suelos

La realizacin de este trabajo se realiz con el inters de conocer informacin bsica sobre los diagramas ternarios adems se muestra aspectos de propiedades de diagramas de equilibrio de fases que no son aprovechados en la literatura convencional, como las trayectorias ms frecuentes que ocurren al viajar en el espacio ternario, las cuales son de utilidad para la formulacin y el diseo de experimentos. En primer lugar se definir lo que es un diagrama ternario y se explicar su representacin; despus se expondrn algunos tipos de trayectoria.1. DIAGRAMAS TERNARIOS

1.1 GENERALIDADES1.1.1 DefinicinUn diagrama ternario es la representacin grfica del comportamiento de una propiedad caracterstica con relacin a la composicin de un sistema de tres o multicomponente, generalmente a presin y temperatura constantes. En esta representacin de tringulo equiltero, cada vrtice A, B o C es un componente puro; en algunos casos puede indicar la relacin constante de dos componentes. La escala que recorre cada uno de los lados del tringulo seala la fraccin porcentual entre los componentes del sistema binario correspondiente.1.1 2.Propiedades geomtricas del tringulo de concentraciones (estructura)

El tringulo equiltero elegido para representar las concentraciones de un sistema ternario tiene la enorme ventaja de ser una figura muy regular con bastante simetra, y con una geometra muy simple. A continuacin se vern las propiedades geomtricas que se usan al estudiar el equilibrio heterogneo en sistemas ternarios.

El tringulo equiltero tiene iguales sus lados, sus ngulos internos y externos, sus alturas, sus transversales de gravedad y sus bisectrices. Cada altura coincide con la transversal de gravedad, con la bisectriz y con la simetral correspondiente de modo que el baricentro es a la vez orto centro y centro del tringulo.

Si los lados del tringulo expresan las concentraciones de A, B y C ( en fracciones molares o en porcentaje en peso), entonces la concentracin de A, B y C de unpunto P cualquiera en el interior del tringulo viene dada por:

Si el punto P est expresado en coordenadas dadas en porcentaje en peso, no tienepor qu coincidir con el punto P equivalente, expresado en coordenadasdadas en fracciones molares.

Una transversal cualquiera, por ejemplo CQ en la figura, es el lugar geomtrico de los puntos que cumplen con la condicin = constante, o bien %A/ %B= constante, en el caso que el tringulo est expresado en porcentaje en peso.

Una paralela a cualquier lado del tringulo, por ejemplo MN / AB en la figura, debe satisfacer la relacin que la suma de las concentraciones de los componentes ubicados en el lado paralelo es constante. As, para MN se tiene xa + xb = 1 xc = constante, o bien (%A +%B)=100 - %C = constante.

Si se elige, por ejemplo el punto P ubicado en el interior del tringulo AQC de la figura, las concentraciones de l pueden quedar expresadas en trminos de A, Q y C,pero es imposible expresarlas en trminos deQ, B y C porque el tringulo QBC ni siquiera contiene al punto P.

Figura 1. Propiedades geomtricas del tringulo de concentraciones

1.1 3.Constitucin del diagrama ternarioLa figura 2 muestra un diagrama ternario. Cada vrtice del tringulo corresponde al 100 % de cada componente de la mezcla. La convencin usual es graficar el componente ms liviano en el vrtice superior y l ms pesado en el vrtice inferior izquierdo. Cada lado del tringulo representa la mezcla de dos componentes. Por ejemplo, el lado izquierdo del tringulo representa todas las posibles mezclas de los componentes livianos y pesados. Puntos dentro del tringulo representan mezclas de los tres componentes. La composicin usualmente se grfica en trminos de fraccin molar o en porcentaje molar. Para un diagrama dado, tanto la presin como la temperatura son constantes; solo cambia la composicin de la mezcla.

Figura 2. Constitucin del diagrama ternario1.1 4.Composicin fraccionaria en un punto dado del diagrama.

En cualquier punto en el interior del diagrama representa la composicin global del sistema ternario, donde la suma de las fracciones de los componentes est acotada por la siguiente ecuacin: Xa + xb+xc = 1 (ecuacin 1) En donde la composicin, expresada en moles, masa o volumen de cada componente, se denota en trminos porcentuales o fraccionarios (figura 3). La suma de las tres fracciones (mol, peso o volumen) es la unidad (ecuacin 1).

Figura 3. Composicin fraccionaria en un punto dado del diagrama.

1.2 FORMAS DE REPRESENTAR LAS REACCIONES Y ESTABILIDADES QUE SE PRODUCEN EN LOS SISTEMAS TERNARIOS

Existen varias posibilidades para estudiar los diagramas ternarios. La razn de este hecho es que el diagrama tridimensional, similar al binario, supone un grado elevado de dificultad para interpretar las reacciones y estabilidades de las fases en este tipo de sistemas. Por ello se recurre a representar la informacin en estos cuatro tipos de diagramas. 1. Modelos tridimensionales. 2. Proyeccin sobre el tringulo de concentracin ABC tanto de la superficie de slidus como de lquidus. 3. Secciones horizontales, isotrmicas.4. Secciones verticales.1.2.1 Modelos tridimensionales El modelo tridimensional es un sistema complicado de representacin en el que no es fcil ni el trazado del diagrama ni su interpretacin como vemos en la figura 40, en la que se muestra un diagrama ternario, de los ms sencillos formado por tres binarios con eutcticos sin solubilidad en estado slido, por lo que se busca otro sistema de representacin de estos diagramas.

Figura 4. Diagrama espacial temperatura-composicin de un sistema ternario de eutcticos de componentes puros.

1.2.2 Proyecciones sobre el tringulo de concentracin Se trata de representar las superficies de solidus y liquidus sobre el tringulo de concentracin. Se representan a intervalos de temperatura fijos y se interpretan de la misma forma que las curvas de nivel en los mapas de campo. Un espaciado pequeo de las isotermas indica una pendiente acusada mientras que un espaciado ancho indica una pendiente suave de la superficie. En el diagrama se representa la disminucin de la temperatura desde T1 a T7 y la evolucin es T1T2 T3 T4 T5 T6 T7. La lnea de trazo continuo corresponde a la isoterma de liquidus y la de trazo discontinuo a la isoterma de solidus

Figura 5. Proyeccin de liquidus y solidus sobre el tringulo ABC.

1.2.3 Las secciones isotrmicas (horizontales)

Este tipo de representacin son las ms ampliamente utilizadas como mtodo para presentar los datos experimentales. La localizacin de las lneas de conjuncin, pueden visualizarse ms fcilmente en este tipo de representacin. Estas secciones isotrmicas cortan al diagrama espacial en una serie de niveles de temperatura o planos como los representados en lneas de puntos en la figura 6 a las temperaturas T1, T2, T3. Los puntos de corte dibujan sobre el tringulo de composicin las zonas de coexistencia de las distintas fases, as como la composicin de las fases en equilibrio en los campos bifsicos, L+.

Figura 6. Secciones a tres temperaturas T1, T2 y T3Si detallamos que informacin proporcionan estos cortes horizontales, figura 7, podemos observar que la temperatura T1, en la zona de composiciones cercana a B tenemos fase slida , en las zonas entre los componentes A y C est la fase lquida y en medio una zona de composiciones donde coexisten dos fases L + . La seccin marcada corta a la superficie liquidus segn la lnea curva l1l2 y a la superficie solidus segn la lnea curva s1s2. La seccin delimitada por l1l2AC l1 sern las de las aleaciones liquidas y la seccin s1s2B s1 son las aleaciones slidas. Entre l1l2 y s1s2 dos fases liquidas sobre la lnea l1l2 y la slida sobre s1s2. Un punto como el X estar situado dentro del campo de coexistencia de dos fases y estar formado por fase slida de composicin s3 y fase lquida de composicin l3 segn la lnea de conjuncin l3xs3. Las lneas l1s1 y l2s2 corresponden a las fases conjugadas del binario. Vemos que las direcciones de las lneas de conjuncin varan en abanico y de esta forma tendremos las fases conjugadas l3 y s3 y correspondern a todas las aleaciones que se siten sobre la lnea l3xs3. Las cantidades relativas de cada fase se hallan por la regla de la palanca. En el caso del Punto X % solido= x 100

Punto X% lquido = X 100

Las lneas de conjuncin no intersectan la esquina del diagrama, salvo que no haya solubilidad, figura 44 A. Si pudiera intersectarse la fase slida de composicin s4 sera la fase conjugada con l4 y l6, figura 44 B, luego una fase slida estara en equilibrio con dos fases lquidas lo que va en contra de la regla de las fases.A una determinada temperatura las lneas de conjuncin no se pueden cruzar ya que se ira en contra de la regla de las fases. Vamos a ver un ejemplo mostrado en la figura 44b. Si las lneas l5s5 y l6s6 se cruzan la lnea l6s6 ha de coincidir otra como la l4s4 donde la composicin s4 es igual a s6. En las lneas l4s4 y l6s6 habra tres fases en equilibrio l4, l6, s4(s6).

Figura 7.A) Las lneas de conjuncin llegan a la esquina de B. B) Imposibilidad de interseccin de las lneas de conjuncin.

1.2.4 Secciones verticales Las secciones verticales de un diagrama ternario espacial se determinan experimentalmente estudiando las series de reacciones de las aleaciones cuyas composiciones se sitan sobre una lnea recta. Hay dos tipos de secciones que son las ms usadas: a. Secciones radiales desde uno de los vrtices del diagrama espacial, que representan una razn fija de los otros dos componentes. b. Secciones que son paralelas a uno de los lados del diagrama espacial y que representan una concentracin constante de uno de los componentes. Los dos tipos de secciones sobre un diagrama isomorfo las podemos ver en la figura 8. Se puede observar que el campo L + est abierto es sus extremos. Estas secciones tienen el inconveniente de que no se pueden representar las lneas de conjuncin ya que las composiciones conjugadas no estn sobre el mismo plano, sin embargo, si se pueden leer las temperaturas de liquidus y solidus.

Figura 8 .A) Seccin vertical desde un vrtice sobre el diagrama espacial. B) Seccin vertical para una composicin constante. C) y D) Secciones verticales en un diagrama isomorfo.

1.3 APLICACIN DE LA REGLA DE LAS FASES

Vamos a considerar algunos ejemplos de cmo se aplica la regla de las fases en estos sistemas de tres componentes.

1.3.1 Equilibrio ternario monofsico Podemos hacer un corte al diagrama a temperatura por debajo de la temperatura de solidus, y obtendremos un volumen como el de la figura 9 (A). En los volmenes monofsicos de un diagrama ternario los campos como L y tienen tres grados de libertad ya que F + L = C + 1, por lo que 1 + 3 = 3 + 1. Las libertades sern la temperatura, la composicin xA y la composicin xB. Si eliminamos las superficies liquidus y solidus y representamos una porcin del campo y adems fijamos la temperatura como T1 y la composicin de la fase como 20%A y 40%B. El plano horizontal por esa temperatura T1 es abc, en la figura 9 (B). Levantamos el plano defg por el 20%A. Corta al plano T1 por la lnea fg. Hay muchas aleaciones con 20%A a la temperatura T1. Hacemos lo mismo para el 40%B la lnea jk corta a fg en el punto P. Este punto define las condiciones fijadas de temperatura xA y xB, lo que implica que las regiones de una fase son volmenes.

Figura 9 A) Volumen monofsico. B) Grados de libertad de la fase slida.

1.3.2 Equilibrio ternario bifsico Cuando coexisten dos fases tendremos dos grados de libertad de acuerdo con la regla de las fases. F + L = C + 1, por lo que 2 + 2 = 3 + 1. Hablamos de un sistema bivariante, donde los pares de grados de libertad serian temperatura y composicin x1, temperatura y composicin x2, o las dos composiciones x1 y x2. Si fijamos una temperatura como T1 y tenemos la seccin como la de la figura 10 y la composicin de una de las fases contiene 15%A. Trazamos una lnea de que representa todas las composiciones con un 15%A. Si suponemos ahora que la fase es la lquida, todas las aleaciones lquidas con 15%A estarn representadas en la lnea dg. Solo una composicin de todas ellas g (sobre liquidus) estar en equilibrio con fase slida cuya fase conjugada ser i (sobre solidus), dada por la lnea de conjuncin.

Figura 10. Determinacin de las composiciones en un sistema con dos fases sobre la seccin isotrmica.Si fuera la fase slida la que tiene un 15%A la composicin del slido es f y la del lquido h. En el caso de que dispusiramos de dos valores de composicin de la fase lquida, 5%B y 10%C. Levantamos dos planos por esas composiciones, como se muestra en la figura 11 que se intersectan en la vertical L1P, y que corta a la superficie de liquidus en L1. L1 cae sobre la seccin isotrmica adcd estando asociada a 1 por lo que conocemos T1, 1 y L1.

Figura 11.Determinacin de las composiciones en un sistema con dos fases sobre el diagrama espacial.

Obtendramos el mismo resultado si designamos los dos parmetros de concentracin para la fase slida o uno de la fase slida y otro de la liquida. Podemos definir la regin de dos fases en un diagrama ternario como aquella en la que tenemos dos superficies limite conjugadas a la misma temperatura. Cada punto de una de las superficies est conectado por una lnea de conjuncin horizontal con un nico punto de la otra superficie definiendo as la composicin de las dos fases en equilibrio.

1.3.3 Equilibrio ternario trifsico Cuando en el sistema aparecen tres fases, la aplicacin de la regla de las fases, F + L = C + 1, nos dice que 3 + 1 = 3 + 1, solo tendremos una libertad. En este caso solo la temperatura un parmetro de composicin pueden seleccionarse para fijar las condiciones de equilibrio. El equilibrio ternario trifsico requiere una unidad estructural que nos dar, a una temperatura dada, las composiciones fijas de las tres fases conjugadas en equilibrio. Esta unidad estructural es el tringulo de conjuncin. Si tres aleaciones cualesquiera se mezclan, la composicin de dicha mezcla estar dentro del tringulo formado al unir las tres composiciones originales por lneas rectas. Supongamos que tenemos tres composiciones R, S y L en la figura 12.

FIGURA 12. Trazado y caractersticas de un tringulo de conjuncin

1.4 DIAGRAMA DE FASE DE TRES COMPONENTES La figura 13 muestra un diagrama de fases tpico de tres componentes. El metano es el componente ms liviano y es graficado en el vrtice superior. As, la lnea de punto de roco est situada en la parte superior del superior de sobre de saturacin, y la lnea de punto de burbuja est situada en la parte inferior de la regin de saturacin. Este diagrama es para una temperatura y presin dadas. Las lneas enlazantes de equilibrio son rectas pero no horizontales, como en el caso de los diagramas composicionales de dos componentes. En el caso de mezcla de tres componentes, la lnea enlazante debe ser determinada experimentalmente y dada en el diagrama.

Figura 13. Diagrama de fase ternario para mezclas de metano, propano y n-pentano a 500 psia y 160 f con una lnea en lazante de equilibrio 123.El punto 1 representa una mezcla de metano, propano y n-pentano la cual muestra gas y lquido en equilibrio a la temperatura y presin indicadas por el diagrama. El punto 2 representa la composicin del gas en equilibrio, y el punto 3 representa la composicin del lquido en equilibrio. La cantidad de gas, en trminos de fraccin de las moles totales, est determinada por la longitud de la lnea 13 dividida por la longitud de la lnea 23. La cantidad de lquido en trminos de fraccin de las moles est representado por la longitud 12 dividida por la longitud 23.1.4.1 Clculo de los porcentajes de fases Vamos a detallar cmo se aplica la regla de la palanca en el tringulo de conjuncin. Se traza una lnea desde uno de los vrtices (S) que pase por P. Esta lnea nos define sobre el lado RL el punto O. Suponemos que el punto P est formado por tenemos dos fases; la fase S y la fase del punto O que representa la suma de R+L. A estos segmentos as definidos, podemos aplicar la regla de la palanca.

FIGURA 14. La cantidad de aleacin P en la mezcla ser:% S= X100 %O = X 100

Cmo O es la mezcla de las aleaciones R y L sobre la lnea RL podemos aplicar la regla de la palanca, asumiendo que la fase O es una porcin.

%R = x 100 % L =

Podemos ahora medir con una regla los diferentes segmentos. Sobre la lnea SPO, el segmento SP vale 18,2 mm y el segmento PO 7,8 mm, lo que hace que la cantidad de fase S en el punto P sea % S = x 100 = 30 % y la del punto O es X100=70%.Como el punto O es la suma de R+L, sobre ROL medimos RO que son 32,85 mm y OL son 13,15 mm. De aqu obtenemos qu % R = X 100 = 20 % y el % L = X 100 = 50 %.1.5 REPRESENTACIN DEL COMPORTAMIENTO DE FASE

Cualquiera diagrama ternario se da a temperatura fija y la presin. Como se vara la temperatura o la presin, la localizacin de la curva binodal y las pendientes de las lneas de enlace puede cambiar. Fig. La figura 15 muestra el efecto de aumentar la presin en los diagramas de fases ternario para mezclas de C1, butano (C4), y decano (C10) a 160 F Los lados del diagrama ternario representan un sistema binario.; Por lo tanto, el diagrama ternario incluye todo lo que existen lneas de unin binarios a la temperatura y la presin del diagrama. Fig. 16 muestra los correspondientes diagramas de fase binarios para los pares de C1-C4 y alquilo C1-C10. El par C4-C10 no se muestra, ya que forma dos fases slo por debajo de la presin de vapor de C4, aproximadamente 120 psia a 160 F.

Figura 15. Diagrama de fase ternario para el butano / sistema de metano / decano a 160 F.

Figura 16. Diagrama de fases de presin-composicin para sistemas binarios a 160 F metano / butano y metano / decano.Como la fig 15 muestra, en 1000 psia la regin de dos fases es una banda que se extiende desde el lado de C1-C10 del diagrama a la lnea de unin en el lado C1-C4. Si la presin aumenta por encima de 1.000 psia, la lnea de composicin lquida se desplaza a altas concentraciones de metano; el metano es ms soluble en tanto C4 y C10 a la presin ms alta (vase la Fig. 16). La regin de dos fases se separa de la banda de C1-C4 del diagrama de la presin crtica del par de C1-C4 (aproximadamente 1800 psia). Medida que la presin aumenta por encima de la presin crtica, el punto trenza se mueve en el interior del diagrama (Fig. 15, los diagramas inferiores). Con nuevos aumentos de la presin, la regin de dos fases sigue disminuyendo. Sera desaparecer por completo a partir del diagrama si la presin alcanza la presin crtica del sistema de C 1 -C 10 a 160 F (casi 5.200 psia).

De acuerdo con la regla de las fases, tres fases pueden coexistir a una temperatura fija y la presin para algunos sistemas ternarios. Fig. 17 muestra la estructura general de tales sistemas. La regin de tres fases (3) en un diagrama ternario se representa como un tringulo en la Fig. 5. Cualquier composicin global acostado dentro de la regin de tres fases se divide en las mismas tres fases (I, II y III). Slo las cantidades de cada cambio de fase como la composicin global vara dentro de la regin de tres fases. Dado 1 mol de una mezcla general de la regin de tres fases, las relaciones geomtricas

Determinar la fraccin de cada fase. Los bordes de la regin trifsica son lneas de enlace para la (2) regiones asociadas en dos fases; Por lo tanto, hay una regin de dos fases adyacente a cada uno de los lados del tringulo de tres fases. Regiones trifsicos pueden existir en varios diagramas de fase aplicados en el diseo de los procesos EOR.

Figura17. Diagrama genrico de fases ternario con la regin de tres fases.

1.5.1 DOMOS DE SATURACINUn domo de saturacin se resume como zona de mezcla entre dos fases en la Figura 19 presenta el domo de saturacin para mezclas de metano, propano y n-pentano a la misma temperatura de la Figura 18, pero a una presin ms alta. Las lneas de punto de roco y punto de burbuja se unen en el punto crtico. El punto crtico da la composicin de la mezcla, la cual tiene una presin crtica de 1500 psia y una temperatura de 160 F.

FIGURA 18. Diagrama de fase ternario para mezclas de metano, propano y n-pentano a 500 psia y 160 f con una lnea en lazante de equilibrio 123.

FIGURA 19. Diagrama de fase ternario de metano, propano y n-pentano a 1500 psia y 160 f.

La Figura 20 muestra las diferentes posiciones de los domos de saturacin de mezclas de metano, propano y n-pentano a 160 F a medida que la presin aumenta de la atmosfrica hasta 2350 psia. Las referencias a las mezclas binarias mostradas en la Figura 21 ayudan a entender las razones por las cuales cambia la forma de los sobres de saturacin a medida que la presin aumenta. Los puntos numerados en la Figura 21 corresponden a los diagramas numerados en la Figura 20.FIGURA 21. Presin de vapor del metano, propano y n-pentano, con el lugar geomtrico de las mezclas binarias.

FIGURA 20. diagrama de fases ternario para mezclas de metano, propano y n-pentano a 160 f y diferentes presiones, mostrando los cambios tipicos en la forma de los diagramas, cuando la presin es cambiada

A la presin atmosfrica, todas las mezclas de los componentes sern gaseosas. Vea la Figura 20(1). La temperatura est por encima de la temperatura crtica del metano, y la presin atmosfrica est por debajo de las presiones de vapor del propano y n-pentano a 160F.Considere una presin por encima de la presin de vapor del n-pentano y por debajo de la presin de vapor del propano, por ejemplo, 200 psia. Vea el punto 2 de la Figura 21 y la Figura 20(2). Todas las mezclas de metano y propano son gaseosas. Tanto la mezcla de metano-n-pentano como la mezcla propano-n-pentano estn en sus regiones de dos fases. Sus composiciones de punto de roco y de burbuja aparecen a lo largo de los lados del diagrama ternario, as como tambin a lo largo de las lneas de punto de roco y de burbuja de la mezcla ternaria.A la presin de vapor de propano, 380 psia a esta temperatura, las lneas de punto de roco y de burbuja del domo de saturacin convergen en el punto de 100% molar

de propano. Vea el punto 3 de la Figura 21 y la Figura 20(3). Las nicas mezclas binarias que exhiben comportamientos de dos fases son las de metano-n-pentano.A presin por encima de la presin de vapor del propano y por debajo de la presin de la lnea crtica para la mezcla de metano y n-pentano, por ejemplo 500 psia; punto 4, las mezclas binarias metano-propano y metano-n-pentano muestran comportamientos de dos fases, y las mezclas de propano-n-pentano son todas lquidas. As, el sobre de saturacin aparece en la Figura 20(4).El punto crtico de la mezcla especifica metano-propano ocurre a 1040 psia a esta temperatura, punto 5. Las lneas de punto de roco y de burbuja del diagrama interceptan al lado de la mezcla metano-propano del diagrama en la composicin de este punto crtico.Por encima de esta presin, punto 6, todas las mezclas de metano y propano son de una sola fase. As solo las mezclas binarias de metano-propano tienen un comportamiento de dos fases, y solo el lado del metano n-pentano del diagrama ternario puede mostrar un punto de roco y de burbuja. Las lneas de punto de roco y de burbuja del sobre de saturacin no interceptan otro lado del diagrama, y por el contrario se unen en un punto crtico, por ejemplo, la composicin de la mezcla de tres componentes que tiene una presin crtica de 1500 psia y una temperatura de 160 F.A medida que la presin aumenta, el tamao de la regin de dos fases disminuye, Figura 20(7), hasta que se alcanza la presin crtica de la mezcla metano n-pentano, 2350 psia a esta temperatura, punto 8. A esta presin y a otras ms altas, todas las mezclas de metano, propano y n-pentano son de una sola fase.

1.6 PUNTO TRENZAEs otra regla de la palanca similar a la descrita para los diagramas binarios. Las porciones de lquido y vapor de la curva binodal se encuentran en el punto de la trenza, un punto crtico en el que las fases lquidas y vapor son idnticos. Por lo tanto, la mezcla de puntos trenza tienen una temperatura crtica y presin igual a las condiciones para las que se traza el diagrama. Dependiendo de la presin, la temperatura y componentes, un punto de la trenza puede o puede no estar presente.FIGURA 22.Diagrama de fases ternario est a una temperatura constante y la presin para un sistema que forma un lquido y un vapor.

1.7 USOS DE LOS DIAGRAMAS TERNARIOSUn uso comn de los diagramas ternarios est en el anlisis de desplazamientos miscibles. Por ejemplo, la Figura 23 da un sobre de fases de un aceite mezclado con dixido de carbono. El aceite es graficado como una mezcla artificial de dos componentes, con metano como uno de sus componentes y todos los otros constituyentes unidos como el otro componente. Otra tcnica separa el aceite dos seudo-componentes. Uno contiene todos los componentes de 12 tomos de carbono o menos. El otro contiene todos los componentes de 13 o ms tomos de carbono. El dixido de carbono es el tercer componente del diagrama. Figura 24

Figura24. Diagrama de fase seudoternario para mezclas de aceite del separador con dixido de carbono.

1.8 MEZCLAS MULTICOMPONENTESA medida que el nmero y la complejidad de lasmolculas en una mezcla aumentan, la separacin entre las lneas de punto de roco y burbuja en un diagrama de fases se hace cada vez ms grande. Los diagramas de fases de varias mezclas de petrleo son mostrados en la Figura 25 a la 29.Note la amplia variedad de presiones y temperaturas crticas, y las distintas posiciones que toma el punto crtico en los sobres de saturacin. Note tambin la gran separacin entre la temperatura crtica y la cricondentrmica en todos los casos y la separacin entre la cricondenbrica y la presin crtica para las mezclas de hidrocarburos ms livianos en las Figuras 28 y 29.

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