Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada Bolivariana

Departamento de Ingeniería Petroquímica

Laboratorio de Operaciones Unitarias II

Núcleo – Zulia

Sección: 07IPED-02

Practica n#1 Caracterización de Mezclas Complejas

Equipo # 9

Barrios Isaías

Cárdenas Javier

Flores Solmaira

Sánchez Sigilfredo

Profesora: Norelis Bello

Maracaibo, 1 de Noviembre del 2012

INDICE

Contenido

INTRODUCCIÓN.

1. FUNDAMENTO TEÓRICO. MEZCLAS COMPLEJAS.

DESTILACIÓN ASTM D-86.

TEMPERATURA ASTM.

DESTILACIÓN TBP.

DESTILACIÓN EFV.

CARACTERIZACIÓN DEL PETRÓLEO Y SUS FRACCIONES.

INTERRELACIONES ENTRE LAS CURVAS DE DESTILACION ASTM, TBP y

EFV.

FACTOR ACÉNTRICO.

PESO MOLECULAR.

FACTOR DE CARACTERIZACIÓN DE WATTSON.

RELACIÓN CARBONO – HIDROGENO.

PUNTO DE ANILINA.

2. DATOS EXPERIMENTALES

3. RESULTADOS EXPERIMENTALES

3.1. -TABLAS

3.2. GRAFICA.

4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

5. CONCLUSIONES.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

7. ANEXOS.

8. APENDICE.

INTRODUCCIÓN.

La Importancia de la caracterización de las mezclas complejas viene dada

porque a través de ella es posible determinar las propiedades y poder conocer el tipo

de producto final.

Esta información puede ser obtenida mediante cálculos experimentales como el de la

destilación ASTM, Las destilaciones de punto de ebullición real, la vaporización

instantánea de equilibrio, el punto de anilina, el factor acéntrico, la relación carbono e

hidrogeno y el peso Molecular de la mezcla para luego proceder a realizar una

comparación entre compuestos que posean una semejanza en cuanto a los valores

establecidos de las propiedades.

El objetivo de la siguiente practica lograr caracterizar la mezcla compleja

establecida principalmente por medio del método de destilación ASTM.

FUNDAMENTOS TEORICOS.

MEZCLAS COMPLEJAS:

Una mezcla compleja es una mezcla en el que el número de átomos de carbono

en los componentes, puede variar desde 1 hasta 50, por consiguiente los compuestos

pueden tener temperatura de ebullición, a presión atmosférica que varían entre - 162°C

hasta más de 538°C.

DESTILACIÓN ASTM D-86: 

Este tipo de destilación son muy sencillas y económicas y requieren menos

esfuerzos, estos métodos de ensayos normalizados permiten determinar a través de

resultados y correlaciones adecuadas las características del crudo, esto permite hacer

una evaluación rápida y económica de los productos y permite a su vez clasificar y

comparar resultados bajos los criterios de repetitividad que ya se encuentran

expresados en la norma.

TEMPERATURA ASTM.

Es la temperatura obtenida al recoger cada uno de los porcentajes de

evaporización de interés, durante la prueba ASTM D-86.se calcula mediante la

siguiente ecuación

Donde;

T΄: es la temperatura de ensayo ASTM D86

T: Ttbp

a,b,c: coeficientes característicos de la fracción petrolífera

S: densidad relativa del corte petrolífero

Fig 1 Coeficientes característicos de las fracciones petrolíferas

DESTILACIÓN TBP:

Las destilaciones de punto de ebullición real encuentran muchas aplicaciones

durante los últimos años en la evaluación de los rendimientos de las diversas fracciones

que puedan encontrarse en los petróleos crudos.

La destilación TBP, nos permite definir las características de volatilidad de

fracciones ligeras de petróleo. En la destilación TBP el grado de separación es mayor

que la destilación ASTM, ya que el IBP es menor y el EP es más elevado que con

respecto al ASTM.

Las aplicaciones de las destilaciones de TBP en la tecnología del petróleo son:

El análisis de los crudos en lo que respecta a los rendimientos que pueden

obtenerse de productos comerciales.

El análisis teórico de los productos de fraccionamiento.

DESTILACIÓN EFV:

También conocida como vaporización instantánea de equilibrio, en este tipo de

separación el vapor y el líquido se mezclan a una determinada temperatura hasta que

se establece el equilibrio y se registra finalmente la cantidad vaporizada.

.

FACTOR ACÉNTRICO:

Es  un parámetro necesario para calcular el factor de compresibilidad de un gas,

éste mide la desviación en la presión de vapor de un compuesto, respecto a gases

nobles como el criptón, xenón y argón (también llamados fluidos simples) para los

cuales el factor acéntrico toma el valor de cero.

El factor acéntrico mide la no-esfericidad de la molécula cuando se trata de

moléculas no polares, por ejemplo, hidrocarburos: un incremento en la longitud de la

cadena (aumento de la no-esfericidad) produce un apartamiento en el valor de la

presión reducida del compuesto. Como es lógico, este apartamiento es mínimo en

el metano entre los hidrocarburos.

PESO MOLECULAR:

El peso molecular es la suma de los pesos atómicos que entran en la fórmula

molecular de un compuesto.

El peso molecular para una mezcla de productos, como las encontradas en las

fracciones del petróleo se determina de la siguiente manera

M =∑∋.Mi∑∋¿¿

Donde (ni es el numero de moléculas de la especie y Mi es el peso molecular de

la especie).

FACTOR DE CARACTERIZACIÓN DE WATTSON

Dicho factor parte de la base de que la densidad de los hidrocarburos está

ligada a la relación H/C en su carácter químico y que su punto de ebullición está

relacionado con el número de átomos de carbono puede er calculado por la siguiente

ecuación.

Kuop=( T1.8

)

S

Donde:

T es la temperatura de ebullición en °K.

S es la densidad relativa estándar.

RELACIÓN CARBONO - HIDROGENO

Es una medida de la proporción de átomos de carbono que existe en un

compuesto químico o mezcla con respecto al número de átomos de hidrogeno que este

presenta. La relación entre los átomos de hidrógeno (H) y los de carbono (C) que

contiene un combustible es muy importante a la hora de reducir las emisiones de CO2

en el origen, es decir, que dependiendo del combustible que utilicemos, tendremos una

relación H/C diferente, ya que la composición en hidrógeno y carbono varía de un

combustible a otro.

PUNTO DE ANILINA

El punto de anilina de un aceite viene definido como la temperatura mínima a la

que, una mezcla a partes iguales de aceite y anilina, llega a solubilizarse totalmente.

Esta característica se determina por medio de un ensayo en el que se produce

una agitación entre el aceite y la anilina, controlando la temperatura y en condiciones

normalizadas.

Dada su estructura molecular cíclica, la anilina muestra mayor solubilidad hacia

los aceites aromáticos o nafténicos que hacia los parafínicos, de cadena abierta. Por

ello el punto de anilina orienta sobre la estructura de los hidrocarburos constituyentes

del aceite. Este punto de anilina nos da a conocer el grado de afinidad que posee la

muestra con compuestos orgánicos. Es una prueba muy útil en la evaluación de la

solvencia de las naftas del petróleo.

• La anilina es una amina aromática cuya temperatura de solubilidad es tanto

más baja cuanto más aromático sea el aceite.

• Cuanto más viscoso sea un aceite, a igual contenido en aromáticos (o grado de

refino), más elevado será el punto de anilina.

• En aceites de viscosidades similares, cuanto más aromático sea, más bajo será

su punto de anilina.

.- DATOS EXPERIMENTALES

TABLA 1.

Condiciones iníciales de operación de la columna.

VR

(Volumen Recuperado)%

T ASTM (oF)

0 410

5 496

10 510

30 540

50 565

70 585

90 630

95 655

98 695

100

TABLA 2.

Datos del sistema de destilación

DescripciónVolumen de la muestra (ml) ------------------------Volumen total recuperado (ml) 98Volumen final del residuo (ml) 1%Potencia inicial ------------------------Gravedad especifica (°API) 43,8

TABLA 3.

Conversión de las temperaturas ASTM, TBP y EFV a °K para realizar la grafica

(ASTM, TBP, EFV) VS %V Recuperación.

GRAFICA 1. Curvas de destilación

0 20 40 60 80 100 120450

500

550

600

650

700

f(x) = − 0.0027322566173172 x² + 0.64791455062061 x + 554.15210109167R² = 0.916274334314549

f(x) = 0.000106428321433573 x³ − 0.0185162670575662 x² + 1.7115893965028 x + 522.41168186569R² = 0.988006187618539

f(x) = 0.000563474120864646 x³ − 0.0853510055755843 x² + 4.3456371520657 x + 495.809172468576R² = 0.975165867735843

ASTMPolynomial (ASTM)Polynomial (ASTM)TPBPolynomial (TPB)EFVLogarithmic (EFV)Polynomial (EFV)

% Volumen de recuperacion

Tem

pera

tura

°K

TABLA 4.

% Volumen Recuperado

ASTM (°K) TBP (°K) EFV (°K)

0 483,15 518,71 547,875 527,59

10 538,7 544,82 568,9830 555,37 555,93 570,6550 569,26 574,26 578,4370 580,32 589,82 584,5490 605,37 604,26 590,0995 619,26

100 641,48 614,26 592,87

Propiedades críticas y seudocríticas, factor acéntrico, VABP, MABP, CABP,

WABP y MeABP

Descripción Resultado

Punto de ebullición promedio volumétrico [VABP]

(ºk)568.95

Punto de ebullición medio molar [MABP] (ºk) 575.37

Punto de ebullición promedio medio [MeABP] (ºk) 564.82

Punto de ebullición promedio critico [CABP] (ºk) 570.37

Punto de ebullición promedio en p [WABP] (ºk) 570.09

Temperatura seudo critica [Tpc] (ok) 752.59

Temperature critica [Tc] (ok ) 749.82

Presión seudo critica [Ppc] (psia) 394.82

TABLA 5.

Relación C/H, factor de Watson, punto de Anilina, peso molecular y factor

acéntrico.

Descripción Resultado

Relación C/H 6.6

Factor K de Watson (°K) 11.8

Punto de anilina (ok) 346.48

Peso molecular (Kg/Kmol) 238

Factor acéntrico 0.58

DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

Mediante los datos obtenidos de la destilación ASTM se pueden calcular una

serie de propiedades importantes para la fracción de crudo analizada tales como: Las

propiedades críticas de la fracción analizada , el peso molecular, la esfericidad de las

moléculas, el grado de instauración mediante la relación C/H, el punto de anilina ( el

cual da una idea de la aromaticidad) , el factor de caracterización de Wattson ( el cual

es un promedio de todas las constantes de equilibrio de los componentes de la fracción

analizada, indicando si el crudo es pesado, liviano, extra pesado).

Por medio de la grafica Temperatura ASTM Vs %V Recuperado, se muestra el comportamiento de una curva con una línea, de tendencia tipo polinomica de tercer grado, con una ecuación de ASTM y = = 0,0006x3 - 0,0854x2 + 4,3456x + 495,81 y su respectiva correlación lineal dada por R2 = 0,9752 el proceso es consistente, a medida que la temperatura de la mezcla aumenta los porcentajes de volúmenes aumentan debido a que a medida que los componentes de la mezcla se acercan a su punto de ebullición estos se separan fácilmente.

Con respecto las Temperaturas TBP y EFV Vs %V Recuperado, se puede observar un comportamiento casi proporcional del tipo polinomica, es decir que a medida que aumenta la temperatura también aumenta el porcentaje de volumen, el proceso es consistente ya que en teoría los procesos de destilación se llevan a cabo a temperaturas relativamente altas esto para lograr la total separación de los componentes puesto que en sus puntos de ebullición logran fácilmente separarse, en la grafica también se puede observar la línea de tendencia tipo polinomica de tercer grado con sus respectivas ecuaciones TBP y = 0,0001x3 - 0,0185x2 + 1,7116x + 522,41 y EFV y = 0,0027x2 + 0,6479x + 554,15 con sus correspondientes correlaciones lineales TBP R2 = 0,988 y EFV R2 = 0,9163, un poco lejano de 1, esto pudiera ser a que los datos calculados se obtuvieron a partir de graficas (clases) del ojo humano, es decir con un margen de error significativo.

La relación carbono/hidrogeno es relativamente alta lo que indica que presenta un

alto grado de instauración. El factor de Watson y el punto de la anilina nos indican que

tiene un bajo contenido de compuestos aromáticos y que tiene bajo poder como

disolvente ante plásticos, gomas, etc. Además este factor evidencia que se trata de un

compuesto de base Naftenica y según W.L, Nelson se encuentra dentro del rango del

peso molecular para las naftas pesadas.

CONCLUSION

Al cumplirse con los objetivos establecidos por la práctica de caracterización de

mezclas complejas. Se determino mediante los resultados de las propiedades del

punto de anilina, el factor de Watson, la relación carbono hidrogeno la temperatura

critica, la presión critica , pseudocritica y el factor acéntrico que la mezcla compleja

evaluada corresponde al grupo de naftenico ya que sus propiedades se encuentran

dentro del rango perteneciente a las propiedades de las naftas pesadas.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA.

Treybal, Robert. Operaciones de Transferencia de Masa. Editorial Mc. Graw Hill.

Segunda Edición. Mexico. 1988.

American Society for Testing and. Standard Test Method for Destilation of

Petroleum Products ASTM D Materials. Book of ASTM Standards86.

55289235-API-Technical-Data-Book-Petroleum-Refening-April-1997.PDF.

American Society for Testing and Materials. Book of ASTM Standards. Standard

Test Mthod ASTM D 287.

APÉNDICES

Cálculos Típicos

1.- convención de °F a °C para la construcción de la curva ASTM

°C= 5/9(°F−32)

°C= 5/9(410−32): 210°C

Conversión de °C a °K

°K= °C+273,15

°K= 210+273,15 = 483,15

2..-Calculo para ΔF

CON TASTM DE 50% EN °F ENTRAMOS EN LA FGR 3A1.1 CORTAMOS LA CURVA Y SE LEE ΔF

ΔF=9

3.- Calculo para TTBP

TTBP (50%): TASTM+ ΔF

TTBP (50%):565+9:574°F

ΔTASTM (30-50)=TASTM (50)-ASTM (30)

ΔTASTM (30-50):565-540=25 CON 25 SE CORTA LA FGR3A1.1 EN LA CURVA30 to 50 PARA LEER

ΔTASTM (30-50)=33

DE LA ECUACION ΔTTBP (30-50)=TTBP (50)-TTBP (30) SE DESPEJA

TTBP (30)= TTBP (50)- ΔTTBP (30-50)= 574-33= 541

ΔTASTM (50-70)=TASTM (70) - ASTM (50)

ΔTASTM (50-70)= 585-565=20 CON ESTE VALOR SE ENTRA A LA FGR 3ª1.1 SE CORTA LA CURVA 50 to 70 PARA LEER EL VALOR DE

ΔTASTM (50-70)=28

ΔTTBP (50-70)= TTBP (70)-TTBP (50)= SE DESPEJA

TTBP (70)= ΔTTBP (50-70) + TTBP (50)

TTBP (70)= 28+574=602 °F

4.- Cálculos para TEFV

Calculo de la pendiente

Xͫ (70-10)= TASTM (70 )−TASTM (10 )

70−10= 585−51070−10

Xͫ (70-10)=1,25

SE TRAZA UNA EN LA FGR 3B1.1 DESDE TASTM (50%) HASTA CORTAR LA CURVA 1.25 PARA DETERMINAR

ΔF=16,5

TEFV (50)= TASTM (50) + ΔF

TEFV (50)= 565+16,5 = 581,5

ΔTEFV (30-50)= ASTM (50)- ASTM (30) = 25

SE ENTRA EN LA FFGR 3B1.2 CON 25 SE CORTA LA CURVA 30 to 50 PARA LEER EL VALOR DE

ΔTEFV (30-50)= 14

ΔTEFV (30-50)= TEFV (50)-TEFV (30) SE DESPEJA

TEFV (30) = TEFV (50) - ΔTEFV (30-50) = 581,5- 14= 564,5

ΔTEFV (50-70)= TASTM70- TASTM50= 20

ΔTEFV (50-70)=11

TEFV (50-7) = TEFV (70) - TEFV (50)=

TEFV (70) = TEFV (50-70) + TEFV (50)=11+ 581,5= 592,5

5.- Calculo de los puntos de Ebullición

VABP=∑TASTMnTASTM

VABP=410+490+510+540+565+585+630+655+695

9= 564,44 SE REDONDEA

VABP=564

6.- Calculo para MABP

Xͫ (90-10)= TASTM (90 )−TASTM (10)

90−10= 630−51090−10

Xͫ (90-10)= 1,5

CON LA PENDIENTE 1,5 ENTRAMOS EN LA FGR 2B1.1 PARA CORTAR LA CURVA VABP PARA LEER LOS VALORES DE

ΔF RESPECTIVAMENTE

MABP= VABP+ ΔFMABP = 564+12

MABP=576

WABP=VABP+ ΔFWABP = 564+ 2,5

WABP=566,5

CABP= VABP+ ΔFCABP= 564+3

CABP= 567

MeABP = VABP + ΔFMeABP

MeABP= 557

6.- Calculo para las condiciones pseudocriticas

Con los °API = 34,8 Y EL VALOR DE MABP= 576 TRAZAMOS UNA RECTA EN LA FGR 4ª1.2 PARA LEER LA TEMPERATURA PSEUDOCRITICA

Tpc= 895°F

CON °API Y EL VALOR DE WABP= 566,5

Tc= 890°F

CON LOA °API 34,8 Y EL VALOR DE MeABP= 557 AL UNIR LOS PUNTOS en la FGR 4B1,2 SE PUEDE LEER QUE LA

Psc= 251psia

Con Los valores DE LOS ° API Y MeABP AL UNIR LOS PUNTOS EN LA FGR 2B2,1 PODEMOS DETERMINAR LOS VALORES DE

PESO MOLECULAR=238

PTO DE ANILINA= 164

FACTOR K= 11.8

RELACION C-H= 6.6

EN LA FGR 2B2,3 SE DETERMINA EL FACTOR ACENTRICO CON LA Tsc el VALOR CORRESPONDIENTE MABP Y LA Psc SE TRAZA UNA LINEA EN DIRECCIONES DIFERENTES COMO SE MUESTRA EN EL ANEXO PARA DETERMINAR EL FACTOR ACENTRICO .