Clase 4 Tema 2 Fraccionamiento Dimensionamiento
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8/19/2019 Clase 4 Tema 2 Fraccionamiento Dimensionamiento
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Procesos de Extracción de
LíquidosDimensionamiento de Torres
Programa: Ingeniería de Gas
Prof: Ing. Betsy Alvarado Msc.
E-mail: [email protected]
Julio de 2015
Universidad del Zulia
Postgrado de Ingeniería
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Paso 4. Balance de Energía
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
V
Lo
D
B
F
Balance de Energía Alrededor de la Torre
F . HF + QR = D . HD + B . HB + Qc
QR
QC Conociendo:
TF, PF y XF se calcula HFTD, Ptope y XD se calcula HDTB, Pfondo y XB se calcula HB
Para calcular Qc sedebe definir el condensador
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Paso 4. Balance de Energía
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Condensador TotalV
Lo
1
HV
QCHC
D
LHL
P de burbuja
Qc = V . (HL - HV)
Donde:
V = L = L o + DConociendo:
D y R=Lo/D se calcula Lo,
luego Lo+D =V.
Con T de enfriamiento se define Ttope y se calcula PbCon Pb T y XD se calcula HLV @ Poeración es Vapor Saturado, Trocío , HV
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V
Lo
1
HVQCHC
DmezclaH
M
P de burbuja
Paso 4. Balance de Energía
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Condensador Parcial
Qc = V . (HM - HV)
Donde:
HM = L o . HLo + D . HD
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Dimensiones de la torre
Altura en torres de platos
H
( ) pieshSr H 2.1 +−=
Sr= Número de etapas reales
h= espaciamiento
S= Número de etapas teóricaseficiencia
S Sr =
Para estimar la eficienciapuede utilizarse la fig 19-18 delGPSA
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
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Dimensiones de la torre
Altura en torres de platos
Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
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Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas
Fraccionamiento
Diámetro en torres de platos
2
4d A
Π=
Área de sección transversal de la torre
w
W A g=
Wg= flujo másico de gas en lb/hr
w= velocidad del gas en lb / (hr*pie2)
Referencia: Campbell, J.
Se calcula dependiendo de la velocidad límite del vapor
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Diámetro en torres de platos
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Fraccionamiento
l
g zT R
PM P
ρ
ρ ⋅⋅
⋅=
R= 10,732 (psia*pie3)/ (lbmol*R)
Método gráfico del GPSA.
Pasos para el cálculo:
1.- Conocida la composición de alimentación, P op de la torre y temperatura de lacorriente de alimentación (calculando T de burb si es líquido saturado o T de rocío si esvapor saturado) realizar cálculo de fases.
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- Utilizar método iterativo de Newton Raphson
11)1(*11=
+−=∑∑
==
n
i
in
i kiV
z xi
xi
yiki = 1
1
=∑=
n
i
yi 1=+V L
Si el error es superior a 1%, se calculaentonces f ’(V), derivada de la función f(V),
para hallar un nuevo valor de V y realizar unanueva iteración.
1)1(
)1(
)( +−⋅
−⋅
= kiV
ki zi
V f
2
2
)1)1((
)1()('
+−⋅
−⋅−=
kiV
ki zi
V f
Se asume un valor de V tal que la sumatoria
de la función f(V) sea igual a cero con unerror menor al 1% (< 0.01).
Error
1
1)1()2(
)('
)(
V f
V f V V −=( ) ( )
( )
01.01
12≤
−
V
V V
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FraccionamientoDiámetro en torres de platos
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( )( )∑= +−−
=
n
i kiV ki ziV f
1 111)(
Diámetro en torres de platos
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Fraccionamiento
( )
( )[ ]∑= +−−−
=
n
i kiV
ki ziV f
1
2
2
11
1)´(
∑
*
*
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∑
Diámetro en torres de platos
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Fraccionamiento
2.-Hallamos Wg multiplicando el flujo de vapor por el PM del vapor.
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3.- Hallamos z por los métodos conocidos y calculamos la densidad del gas
Diámetro en torres de platos
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Fraccionamiento
Usando el método de Brill y Beggs
zT R
PM Pg
⋅⋅
⋅= ρ
4.- Hallamos la densidad del líquido usando el método gráfico del GPSA.
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Referencia: Marcías Martínez
Diámetro en torres de platos
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Fraccionamiento
Densidad a T
del sistema yPatm
Corrección porpresión
1 gr/cm3= 62,4 lb/pie3
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5.- Hallamos la velocidad del gas, leer ks en la siguiente tabla.
Diámetro en torres de platos
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Fraccionamiento
Constante Ks
Referencia: Campbell, J.
Espaciamiento
-Más comunes 18” y 24”- Para platos tipo válvula se utiliza entre 30” – 36”
Para el ejemplo asumir 24 in
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(* )
Diámetro en torres de platos
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Fraccionamiento
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Diámetro en torres empacadas
A = Mg / Gp , en ft2
La correlación depende dela caída de presión
necesaria en la torre
∆P torre asumida= 0,5pulgadas H2O es común
l
g
p
p
G
L
ρ
ρ .
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Fraccionamiento
FP= Factor de empaqueGp= Vapor cargando la torre, lb/ft2*sgμl= viscosidad del líquido, cpρ= densidadLp= Líquido cargando la torre, lb/ft2*sg
( ).
..17,32
.
1,0
1,02
glg
l
w
l pGFp
ρ ρ ρ
ρ
ρ
µ
−
Referencia: Campbell, J. y GPSA
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Diámetro en torres empacadas
Referencia: Campbell, J. y GPSA
Factor Fp
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Fraccionamiento
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Altura en torres empacadas
GPSA
N HETP H .=
N= Número de etapasteóricas
HETP= Alturaequivalente a un platoteórico
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Fraccionamiento
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Secuencia de Fraccionamiento
Dependiendo de la especificación del producto deseado puedenrequerirse mas de una torre de fraccionamiento
Mezcla
C1 C2
C3 C4 +
C3
+ Gasolinanatural
C4,S i- C4
n- C4
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Fraccionamiento