Ejemplo Flash Adiabático

Ejercicios Resueltos Operaciones Unitarias III
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
4. Una corriente formada por los seis hidrocarburos que se indican a continuación se
somete a un flash adiabático. La entalpía de la alimentación es 13.210 Btu/mol y la
presión de operación del flash es de 300 psia. Calcule:
a) Temperatura de operación del flash adiabático.
b) Fracción de vaporización y composición del líquido y del vapor.
Tabla 4.1 Composiciones y constantes para el cálculo de K a 300 psia
Componente
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
n-C4
i-C4
a1 x 102
-5.177995
-9.8400210
-25.098770
-14.512474
-14.181715
-18.967651
Zf
0.02
0.03
0.05
0.1
0.6
0.2
a2 x 105
62.124576
67.545943
102.39287
53.638924
36.866353
61.239667
a3 x 108
-37.562082
-31.459290
-75.221710
-5.3051604
16.521412
-17.891649
a4 x 1012
8.0145501
-9.0732459
153.84709
-173.58329
-248.23843
-90.855512
FUENTE: [Seader]
⎛ Ki ⎞
⎜ ⎟
⎝T ⎠
1
3
= a1 + a 2T + a3T 2 + a 4T 3 con T[=] °R
Tabla 4.2 Composiciones y constantes para el cálculo de K a 300 psia
Componente
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
n-C4
i-C4
C1
-7.2915
-8.4857
-12.4279
-14.50006
-20.29811
-16.553405
C2 x 10
1.5411962
1.6286636
1.8834652
1.9802223
2.3005743
2.1618650
C3 x 105
-1.6088376
-1.9498601
-2.4839140
-2.9048837
-3.8663417
-3.1476209
e2 x 104
615.93154
588.7543
658.5513
389.81919
-1153.4842
-1185.2942
e1
56.79638
61.334520
71.828480
81.795910
152.66798
147.65414
e3 x 106
2.4088730
11.948654
11.299585
36.47090
140.64125
152.87778
FUENTE: [Seader]
(Hˆ )
Li
1
2
= c1 + c 2T + c3T 2
(Hˆ )
Vi
1
2
= e1 + e2T + e3T 2
con T[=] °R
Se asume un mol de alimentación. Dado que se conoce la presión de operación del flash entonces
es posible calcular las temperaturas de burbuja y de rocío para tener el intervalo en el cual operará
el equipo.
Temperatura de Burbuja
Se asume que en la condición de líquido
saturado xi→zi. Con las constantes de la tabla
4.1 se plantean las ecuaciones de la constante
de equilibrio K en función de la temperatura de
modo que:
Temperatura de Rocío
Se asume que en la condición de vapor
saturado yi→zi. Con las constantes de la tabla
4.1 se plantean las ecuaciones de la constante
de equilibrio K en función de la temperatura de
modo que:
xi =
y i = K i xi
n
n
i =1
i =1
∑ y i = ∑ K i xi = 1
Se resuelve la ecuación en función de la
temperatura, obteniéndose que la Temperatura
de Burbuja es de 643,22°R
n
∑
i =1
yi
Ki
n
xi =
∑ Kii = 1
y
i =1
Se resuelve la ecuación en función de la
temperatura, obteniéndose que la Temperatura
de Rocío es de 679,02°R
1
Ejercicios Resueltos Operaciones Unitarias III
Prof. Jesús F. Ontiveros O.
Componente
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
n-C4
i-C4
K Tb
4,7361
5,4205
1,6667
1,4710
0,5982
0,7667
Σ
Yi
0,0947
0,1626
0,0833
0,1471
0,3589
0,1533
1,0000
Componente
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
n-C4
i-C4
K Tr
5,3818
6,5028
2,0968
1,8748
0,8311
1,0385
Σ
Xi
0,0037
0,0046
0,0238
0,0533
0,7219
0,1926
1,0000
La temperatura de operación del flash está comprendida entre 643,22°R (183,55°F) y 679,02°R
(219,35°F). El algoritmo de cálculo se
muestra a la derecha. Se debe asumir
Suponer T
una temperatura y calcular las constantes
de equilibrio, despejar la fracción de
vaporización y realizar el balance de
Estimar Ki
energía correspondiente.
Calcular θ de
Tsupuesta1=650°R
θ=0,0613
z (1 − K
n
)
∑ 1 +iθ (K i −i 1) = 0
i =1
HL= 11342,67 BTU
981,98 BTU
HV=
HV+HL= 12324,65 BTU
Estimar xi y yi
Tsupuesta2=665°R
θ =0,3161
n
HV = ∑ HVi con HV i = F ⋅ θ ⋅ yi Hˆ Vi
i =1
HL= 8773,95 BTU
HV= 5426,82 BTU
HV+HL= 14200,77 BTU
n
H L = ∑ H Li con H L i = F ⋅ (1 − θ ) ⋅ xi Hˆ Li
i =1
Interpolando entre los dos resultados
obtenidos de modo que la suma de la
entalpia sea de 13210 BTU se obtiene
que la temperatura a suponer en el tercer
intento debe ser de 657,08°R
NO
HV+HL=13210Btu
SI
Tsupuesta = Toperación
Tras otra iteración el ejercicio converge
en 658,31°R, con una fracción de
vaporización de θ =0,1731.
Composiciones del líquido y el vapor del flash adiabático a T=658,31°R
Yi
Componente
Xi
Ĥ Li (Btu/moli) ĤVi (Btu/moli)
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
n-C4
i-C4
0,011804
0,016280
0,043622
0,090070
0,633853
0,204371
0,05914
0,09552
0,08046
0,14742
0,43834
0,17913
7602,85
8150,53
10160,12
10664,79
13086,17
12571,54
9680,10
11081,94
14418,78
15193,84
18956,53
18462,76
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