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• José D Landa

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Universidad Nacional N Exp perimental “Francisco De Miran nda” Área De Tecnolog ía Programa De D Ingeniería Química Departamento De Enerrgética La aboratorio De Operacioness Unitarias II

PRÁCT TICA 1: CARACTE C ERIZACIÓ ÓN DE UN NA FRAC CCIÓN PE ETROLÍFE ERA 1. OBJETIVO GENERAL

 

Volumen d de Residuo(cm m3 ) Gravedad específica de la muestra (°A API)

na mezcla petrrolífera. Caracterizar un O OBJETIVOS ESPECÍFICOS E  Caracterizarr una mezcla compleja seg gún el método o ASTM D-86 oint) a partir de e  Obtener los datos TBP (True Boiling Po A co on los métodos gráficos y los datos ASTM-D86 analíticos.  Obtener lo os datos EF FV (Equilibriu um Flash off Vaporization n) a partir de lo os datos ASTM M-D86 con los s métodos grá áficos y analític cos.  Determinar los puntos de d ebullición VABP, V MABP, WABP, CAB BP y MeABP.  Determinar las propiedades críticas de la mezcla.  Determinar el e factor acéntrrico, factor k, peso p molecular, punto de aniilina y relación C/H de la mue estra.  Identificar la mezcla compleja. 2 2. EQUIPOS NECESARIOS N  Equip po de destilació ón ASTM D-86 6 (figura 1).  Cron nómetro.  Mues stra: gasoil, kerosén, gasolina a sin plomo (1 L).

ARCO TEÓRIC CO 4. MA El pla anteamiento d de nuevas alterrnativas tecnológicas en los p procesos de rrefinación de petróleo conllleva a la caraccterización de las corrientess que intervien nen en el proce eso por medi o de la estim mación de pro opiedades esen ciales como la a curva de desttilación y la densidad, ya ncontrar el ressto de las que estos son la base para en propiiedades de cua alquier mezcla de hidrocarburros. Fracc ción Petrolífera Una fracción petro olífera cualquie era está comp puesta por nume erosos tipos de hidrocarb buros diferente es. Estos tiene n una caracterrística común: lla de tener uno os puntos de e ebullición com mprendidos entre unos dete erminados valorres. Esto últim mo es debido a que dicha frracción es recog gida a una de eterminada altu ura en una co olumna de rectifficación, por lo que dicha a fracción te endrá una comp posición y un p punto de ebullicción diferente ssegún sea recog gida. Cara acterización de e mezclas Com mplejas Cara cterizar una ssustancia conssiste en deterrminar los valorres numéricos de algunas d de sus propie edades de interé és particular, ttales como densidad, tamañ ño y forma mole cular (factor a acéntrico), punttos de ebullició ón críticos udocríticos, enttre otros. y seu ndo una sustan ncia está forma ada por varios e Cuan elementos y su u composición es conocida, existen gen neralmente elaciones que p permiten deterrminar las cara acterísticas corre de la a mezcla; cuando la compo osición de la m mezcla es desco onocida resultta impráctico, en la mayorría de los casoss, determinar la composiciión de la me ezcla para luego o proceder a ca aracterizarla.

Figura 1. Equipo de destilación AST TM-D86. 3 3. DATOS EXP PERIMENTALES  Temp peratura inicial de ebullición.  Temp peratura de re ecuperación pa ara volúmenes s de 5, 10, 20, 30, 40,, 50, 60, 70, 80 0, 90, 95 cm3 peratura final.  Temp

e realizará un d destilación prop puesta por En essta práctica se la Am merican Societty for Testing and Materialess (ASTM), deno ominada ASTM M D-86, que pe ermite la caraccterización de p roductos ligero os de petróleo o. Existen otras pruebas malizadas para caracterizar m mezclas complejas tales norm como o la TBP y la EFV, las cua ales permiten definir las caraccterísticas de volatilidad de e fracciones ligeras de as y difieren en el grado petró óleo y otras me ezclas compleja de sseparación obttenido durante e la destilación n y en el equip po utilizado, en ntre otras cosass. Se han desarrollado procediimientos para a obtener V a partir de loss resultados prrocedentes gráficcas TBP y EFV

d de las prueba as ASTM D-8 86, así como también para a d determinar las características s de la mezcla compleja. Curva de Destilación La curva de destilación d es una propiedad d característica a d de los diferenttes combustibles. Los puntos de ebullición n d de gasolinas, gasóleos y querosenos son s diferentes, ssiendo tambié én diferentes las curvas de destilación n bajo unas ccorrespondienttes, que condiciones s e estandarizadas s pueden se ervir para caracterizar c el producto. n unos puntos s Dentro de la curva de desttilación existen ccaracterísticos que hay que definir d previame ente: a a) Punto inicia al de ebullició ón: es cuando se genera la a primera gota de d destilado, es la temperatu ura del vapor o e es la temperatura a la que se e observa que la l primera gota a d de condensado cae desd de el labio del tubo de e ccondensación. co: Es la última lectura del termómetro o b) Punto sec o observada en el instante en que la última gota g de líquido o sse evapora del fondo del mattraz. Se despre ecian las gotas s q que pudieran quedar q en las paredes. Suele coincidir con n e el punto final. cc) Porcentaje recuperado: Es el volume en en ml, del líquido conde ensado que se recoge en e la probeta a ccolectora corrrespondiente a una determ minada lectura a ssimultánea del termómetro. d d) Porcentaje de recuperac ción: Es el má áximo volumen n recogido en la probeta. e e) Porcentaje de recuperac ción total: Es s la suma del porcentaje de recuperación y el residuo del matraz. Curva ASTM D-86 D Una destilació ón ASTM es una u destilación en la que se e usa un equipo o y un procedim miento que es rigurosamente e e especificado en el “ASTM M Book of Standards”. S El n procedimiento incluye: cargar 100 ml de la muestra en un matraz, calenttar la muestra entre 5 y 10 minutos hasta a q que se forme la primera gota a de destilado,, y continuar el mismo proced dimiento a un na razón de 4 a 5 ml de e d destilado por minuto. Parra hallar el porcentaje de e vvolumen vapo orizado, se lee e el volumen destilado y la a ttemperatura de el matraz a inte ervalos prescrittos. Debido a que e la destilación ASTM conttiene solo una a e etapa de equilibrio, y la ún nica fuente de e reflujo es la a pequeña cantiidad de conde ensado que se e forma en las s ssuperficies fría as del matraz, el e grado de separación no es s ttan alto como en una de estilación TBP P.. Durante el e experimento se e registra para a la curva la temperatura a la a ccual se obtiene e la primera go ota de destilado; lo mismo se e hace cada vez z que se recoge e un nuevo 10% % de destilado.

gota de destilado, y cada vez que se recoge un nuevo 10% de este. Las ccurvas de desstilación TBP (del inglés "trrue boiling pointt", temperatura a de ebullición n real) distinguen a los difere entes tipos de e petróleo y d definen los ren ndimientos que sse pueden obttener de los productos por sseparación direccta.

Figura 2. Equipo de de estilación TBP. va EFV Curv En la a destilación E EFV, el vapor y el líquido sse colocan junto s hasta que sse alcance el e equilibrio, y en ntonces se regis tra la cantidad d de muestra vvaporizada. Estte proceso se re epite a varias ttemperaturas. La separación n obtenida por e este método d de destilación es más pob bre que la obten nida con un e ensayo ASTM M. Esta curva grafica la temp peratura de equilibrio líq quido-vapor frente al porce entaje de volu umen de líqu uido destilado. De esta forma a, repitiendo o el experim mento para distintas temp peraturas de e equilibrio, y gra aficándolas fre ente a los corre espondientes p porcentajes de e volumen desstilado, se obtie ne la curva EF FV. La fig gura muestra la a disposición d de las tres curva as

Curva TBP En la destilació ón TBP, una muestra m de frac cción de crudo o sse caracteriza a a través de d una destila ación en una a ccolumna que contiene has sta 100 etap pas reales de e e equilibrio y con n una tasa de reflujo tan alta como 100 a 1 (figura 2). El destilado se obtiene de la división de la a muestra en las fraccio ones que la a componen. s obtiene registrando r la a Nuevamente, la curva se ttemperatura en n el momento en e que se prod duce la primera a Fig ura 3. Curvas d de destilación A ASTM D-86, TBP, EFV

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Métodos de conversión c de datos ASTM D-86 A TBP Y EFV S sarrollado pro ocedimientos para obtene er Se han des g gráficas TBP y EFV a partir de d los resultados procedentes d de las prueba as ASTM D-8 86, así como también para a d determinar las características s de la mezcla compleja. odos gráficos -Méto Consiste en ell uso de gráfic cas y nomogra amas de la API T Technical Data a Book para la a determinación de deltas de e ttemperaturas y despejes de las temp peraturas para a 0,10,30,50,70,90,100 vol. rec 0 cuperado partie endo del punto o d de corte efectivo a la cual se e ha recuperad do el 50 % del vvolumen inicial.

o, la diferencia a de temperatura entre dos cortes es luego corre elacionada de la ón 1. a forma que indica la ecuació dos fueron a adoptados por la API Estoss dos métod (Ame erican Petroleum Institute) para sustituirr métodos anterriores. 5 PR ROCEDIMIENT TO EXPERIM MENTAL DEST TILACIÓN ASTM M D-86 1. Me edir 100 ml de e la muestra en el cilindro graduado y vie erta completam mente el conte enido del cilin ndro en el ba lón de destillación, teniendo en cuentta de no de rramar por el ttubo de vapor. olocar el termó ómetro provisto o de un tapón perforado 2. Co con n corcho o silicona dentro de el cuello del balón. Este de be colocarse n nivelando el p punto más bajo o del tubo vapor con el punto m más alto del bulbo del de mo se ilustra en la figura 4. terrmómetro, com

F igura 5. Posició ón del termómetro en la destilación.

Figura 4. Relación R entre datos ASTM D 86 y TBP -Méto odos analíticos Método de e Riazi- Dauberts Desarrollado en 1980, su urge como so olución a los s inconvenientes s presentad dos por correlaciones s d desarrolladas anteriormente a s presentaban n debido a que se e en forma gráfica g y resultaban inadecuados en n a aplicaciones in nformáticas. Riazi R y Daubert desarrollaron n un método an nalítico para la conversión de curvas de e d destilación AST TM a TBP y EF FV, con base a la correlación n g generalizada para determin nación de prropiedades de e hidrocarburos ∗ ∗ Ec. 1 d calcular, Donde: Ti es la temperatura en K que se desea T Ti es la temperatura ASTM, SG la graved dad específica. s a, b y c fuerron determinad das por Riazi y Las constantes Daubert para cada c porcentaje e de volumen recuperad. r Método de e Dauberts El creciente interés i de la industria petro olera en estos s métodos de co onversión, dio lugar l al desarrrollo de nuevos s métodos. Daubert en 1990 hizo una mod dificación de la a ccorrelación de Riazi- Daube ert, que indica a que el primerr ccálculo de co onversión debe e hacerse parra el valor de e ttemperatura as sociado a un 50% 5 de volume en recuperado,

3. Co olocar el tubo del balón pro ovisto con un tapón de corrcho o silicona dentro del tubo del condensa ador. 4. Aj ustar el balón n en la posició ón vertical y e el tubo de por queda exte endido dentro del tubo condensador a vap una a distancia de 25 a 50 mm. 5. Le evantar el sopo orte del balón hasta que el fondo del ba lón descanse ssobre este. olocar el cilind dro graduado, utilizado para a medir la 6. Co carrga (sin seca ar), al final del tubo con ndensador, cen ntrando y exte endido al meno os 25 mm, no p por debajo de la marca de 100 ml. 7. Ta par el cilindro ccon una pieza de aislante. 8. Re egistrar la te emperatura y chequear la a presión ba rométrica. 9. Ap plicar calentam miento al balón n de tal mane era que el inte ervalo de tiemp po entre la apliicación de cale entamiento iniccial y el punto d de ebullición se ea de 5 a 15 m min. 10. R Registrar el pun nto inicial de eb bullición. 11. C Continuar la reg gulación del ca alentamiento para que la veloccidad promedio o de condensa ación sea unifo orme entre 4-5 m ml/min, desde 5 5% recobrado hasta 5 ml de rresiduo en el ba lón. Si se observa u un punto de desscomposición, suspenda 12. S e l calentamiento o. En el intervalo e entre el punto inicial y el pun nto final de 13. E ebu ullición, observve y registre lo os datos necessarios para el ccálculo y reporrte de los resulttados (hoja ane exa). RABAJO A RE EALIZAR 6. TR  O Obtener la grá áfica ASTM-D86 (Temperatu ura vs. % e evaporado).

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Graficar a partir de los datos de la destilación ASTM D-86 las pruebas TBP y EFV. (por ambos métodos) Comparar los datos TBP Y EFV a partir de datos ASTM D86, obtenidos por método gráfico y método analítico. Determinar los puntos de ebullición VABP, MABP, WABP, CABP y MeABP. Determinar las temperatura crítica, real seudocrítica. Determinar la presión seudocrítica. Determinar el factor acéntrico, factor k, peso molecular, punto de anilina y relación C/H. Identificar, en función a los resultados la mezcla compleja analizada.

7. PRE-LABORATORIO Investigar: 1. Importancia de la caracterización de una mezcla compleja. 2. Cortes típicos obtenidos por destilación de crudo. Indique rangos de temperatura. 3. Temperatura de ebullición de una mezcla compleja. 4. Punto de anilina, factor acéntrico. 5. Propiedades críticas. 6. Destilación ASTM D-86 y sus aplicaciones. 7. Destilación TBP y sus aplicaciones. 8. Destilación EFV y sus aplicaciones. 9. Gravedad API. 10. Volatilidad. 11. Puntos de ebullición promedio: molal, volumétrico, en peso, cúbico

8.3.- TEMPERATURAS OBTENIDAS EN LA DESTILACIÓN ASTM D-86: Presión de Temperatura leída %Volumen trabajo (°C) (mmHg) IP 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 PFE

8. REPORTE DE DATOS 8.1.- DATOS DE LA MUESTRA: Tipo de Muestra

Gravedad Específica (°API)

8.2.- DATOS OBTENIDOS DE LA PRUEBA APLICADA Y DEL EQUIPO UTILIZADO: Parámetro

Valor

Temperatura en el cilindro graduado(°F /°C) Temperatura del baño (°F/°C) Calentamiento inicial (%) Calentamiento final (%) Volumen total recuperado (ml) Volumen recuperado (ml) Volumen del residuo (ml) Volumen de pérdidas (%)

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