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 

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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

    Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas

    Fraccionamiento

    ( )

    ( )[ ]∑=   +−−−

    =

    n

    i   kiV 

    ki ziV  f 

    1

    2

    2

    11

    1)´(

     

     

     

     

     

     

     

       

    ∑    

    *

    *

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    ∑    

    Diámetro en torres de platos

    Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas

    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

    Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas

    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 .

    Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas

    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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    17/19

    Diámetro en torres empacadas

    Referencia: Campbell, J. y GPSA

    Factor Fp

    Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas

    Fraccionamiento

  • 8/19/2019 Clase 4 Tema 2 Fraccionamiento Dimensionamiento

    18/19

    Altura en torres empacadas

    GPSA

     N  HETP H    .=

    N= Número de etapasteóricas

    HETP= Alturaequivalente a un platoteórico

    Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas

    Fraccionamiento

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    19/19

    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

    Procesos de Extracción de Líquidos – Tema 2 Procesos de Plantas de Gas

    Fraccionamiento