Fraccionamiento Del Gas Natural Def_2

CIUDAD OJEDA, ENERO 2011

CONTENIDOCONTENIDO

FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURALFRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURAL

OBJETIVO 1. PRINCIPIOS Y RAZONES DE EXTRACCION DE LIQUIDOS DEL GAS NATURAL.Objetivos e Importancia del Procesamiento del Gas Natural. Generalidades del Proceso de extracción de líquidos del gas. Fraccionamiento. Destilación. Torres de fraccionamiento. Torres empacadas, platos o bandejas de contacto. Componentes del proceso de Fraccionamiento. OBJETIVO II. SISTEMAS DE REFRIGERACION.Ciclo de refrigeración por compresión de vapor. Sistemas de refrigeración simple. Efectos de presión de descarga de alta. Refrigerante Subenfriado. Uso de economizadores. Consideraciones de diseño. (Selección del refrigerante, compresor, condensador, evaporadores, tanque de almacenamiento, sección de depuradores) OBJETIVO III. FRACCIONAMIENTO DE COMPONENTES DEL GAS NATURAL. Punto de rocío de los componentes. Volatilidades. Absorción con sólidos. Absorción con aceites ligeros. Componentes claves. Consideraciones de reflujo. Equipos implicados en el proceso (Rehervidor, Condensador, Torre estabilizadora, tanque de suministro, bombas, otros). Diseño de Deetanizadora y depropanizadora.

PLANIFICACION Y ESTRATEGIAS EVALUACIONPLANIFICACION Y ESTRATEGIAS EVALUACION

OBJETIVO 1. PRINCIPIOS Y RAZONES DE EXTRACCION DE LIQUIDOS DEL GAS NATURAL.Sábado: 21 de Enero de 2012 OBJETIVO II. SISTEMAS DE REFRIGERACION. Sábado: 28 de Enero de 2012

OBJETIVO III. FRACCIONAMIENTO DE COMPONENTES DEL GAS NATURAL. Sábado: 04 y 11 de Febrero de 2012

EvaluaciónEvaluación cualitativa-cuantitativa basada en criterios de desempeño de las competencias. Evaluación de la participación de los alumnos, producto del trabajo en equipo. Evaluación de la participación individual. Pruebas escritas. Trabajos escritos relacionados con la resolución de problemas. Trabajos prácticos en el aula Demostración de competencias en la resolución de problemas prácticos en el campo laboral


OBJETIVO IOBJETIVO I


PRINCIPIOS Y RAZONES DE EXTRACCION DE LIQUIDOS DEL GAS NATURAL.Objetivos e Importancia del Procesamiento del Gas Natural. Generalidades del Proceso de extracción de líquidos del gas. Fraccionamiento. Destilación. Torres de fraccionamiento. Torres empacadas, platos o bandejas de contacto. Componentes del proceso de Fraccionamiento.

OBJETIVO IOBJETIVO I


PRINCIPIOS Y RAZONES DE EXTRACCION DE LIQUIDOS DEL GAS NATURAL.

Objetivos e Importancia del Procesamiento del Gas Natural. El negocio del gas obliga a estudiar los métodos y diseños para aumentar las ganancias. De hecho, el ingreso que se obtiene por la venta de los líquidos que se extraen del gas natural es considerablemente más alto que el valor del gas como un todo. De allí la razón por la cual se han desarrollado métodos para ir separando los diversos componentes que integran la mezcla de hidrocarburos, derivando diferentes productos que tienen amplia aceptación en el mercado. El proceso comienza con el estudio de la alimentación que llegará a la planta, a partir de la cual se pueden extraer los diferentes componentes para cuantificar la retribución que habrá de obtenerse por la venta de los derivados, en función de la demanda existente. El ingeniero de diseño deberá fraccionar la mezcla, de tal manera que el producto de las diferentes torres satisfaga las exigencias del mercado. Así comienza el análisis de la separación.


Objetivos e Importancia del Procesamiento del Gas Natural (cont.)

Luego, en función de la materia prima disponible, se irán separando los hidrocarburos de manera progresiva. Cada separación representa una torre adicional y, en ocasiones, se puede obtener una salida intermedia de alguna de ellas. El diseño de una torre en particular se hace en función de la partición específica que se lleva a efecto. A partir de ese criterio se definen los parámetros fundamentales con los cuales habrá de funcionar la torre, los cuales están perfectamente establecidos por las características de los productos que se deban producir. Así se calcula la presión a la cual habrá de trabajar la torre, las temperaturas en los puntos claves de la columna (entrada, tope y fondo) y el número de platos de burbujeo que deba llevar la torre. Posteriormente se realiza el dimensionamiento. El producto que sale por el fondo de la primera torre pasa a la segunda unidad de fraccionamiento, en la cual se trabaja en idénticas condiciones. Ello permite diseñarla, siguiendo los mismos principios ya establecidos. El diseñador está obligado a cuidar que el sistema se realice de manera óptima-económica. El operador deberá trabajar las instalaciones siguiendo los mismos principios que le dieron origen a la planta.


Generalidades del Proceso de extracción de líquidos del gas. Prácticamente todas las plantas de procesamiento de gas, que producen líquidos del gas natural, requieren al menos una torre de fraccionamiento para producir al menos un producto líquido con especificaciones para la venta.En el esquema de la torre de fraccionamiento en la figura se muestran varios componentes del sistema.


Generalidades del Proceso de extracción de líquidos del gas (cont.)

El calor es introducido desde el rehervidor en corrientes de vapor, el vapor se eleva a través de la columna, contactando el líquido en descenso, El vapor que sale del tope de la columna entra al condensador en donde el calor es removido por algún tipo de enfriamiento medio. El líquido retorna a la columna como reflujo, para reducir las perdidas de componentes pesados en lo alto. Los componentes internos como bandejas o platos, promueven el contacto entre el líquido y la corriente de vapor en la columna, este contacto es requerido para una eficiente separación. El vapor que entra a una etapa de separación será enfriado como resultado de la condensación de algún componente pesado y la fase líquida será calentada como resultado de la vaporización de algún componente liviano. Así los componentes mas pesados son concentrados en su fase líquida y terminan convirtiéndose en el producto de fondo de la torre. La fase de vapor continuamente es enriquecida en los componentes livianos que constituirán el producto del tope. El vapor que sale del tope de la columna total o parcialmente puede ser condensado. En un condensador total, todo el vapor que entra en el condensador es condensado a líquido entrando como reflujo devuelto a la columna este tendría la misma composición que el destilado o el producto elevado. En un condensador parcial, sólo una parte del vapor que entra en el condensador es condensada a líquido. En muchos condensadores parciales solo será condensado el liquido suficiente que servirá como reflujo para la torre, en algunos casos, como sea, mas liquido del requerido como reflujo será condensado por lo que existirán dos productos de tope, uno líquido que tiene la misma composición que el reflujo y el otro vapor que estaría en el equilibrio con el reflujo liquido.


Fraccionamiento del Gas NaturalEl fraccionamiento es una operación de unidad utilizada para separar mezclas dentro de productos individuales. El fraccionamiento implica la separación de componentes por la volatilidad relativa (a). La dificultad de una separación directamente es relacionada con la volatilidad relativa de los componentes y la pureza requerida de las corrientes del producto.La forma más utilizada para la separación de los componentes del gas natural es mediante enfriamiento, se utilizan los principios de refrigeración mecánica o autorefrigeración mediante el principio de Joule Thompson (expansión isentrópica o adiabática). Posteriormente la mezcla liquida es sometida a fraccionamiento en una columna de platos o empaques


Columna de fraccionamientoUna columna de fraccionamiento, también llamada columna de platos o columna de platillos, es un aparato que permite realizar una destilación fraccionada. Destilación fraccionadaUna destilación fraccionada es una técnica que permite realizar una serie completa de destilaciones simples en una sola operación sencilla y continua. La destilación fraccionada es una operación básica en la industria química y afines, y se utiliza fundamentalmente en la separación de mezclas de componentes líquidos.


Fundamento teóricoconsiste en el calentamiento de la mezcla, que da lugar a un vapor más rico que la mezcla en el componente más volátil (destilación simple). El vapor pasa a la parte superior de la columna donde condensa. Como la temperatura sigue aumentando, a su vez este condensado se calienta dando lugar a un vapor aún más rico en el componente más volátil (más ligero, de menor punto de ebullición), que vuelve a ascender en la columna (nueva destilación simple). De la misma forma el líquido condensado de cada paso va refluyendo hacia la parte baja de la columna, haciéndose cada vez más rico en el componente menos volátil.Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de fraccionamiento. Estos ciclos de evaporación-condensación equivalen a múltiples destilaciones simples, por lo que la destilación fraccionada es mucho más eficiente que la simple, y permite separar incluso líquidos de puntos de ebullición parecidos.


ClasesLa columna de fraccionamiento puede ser tanto un aparato de laboratorio como una instalación industrial propia de la ingeniería química o ingeniería de gas, pero en ambos casos existe en la parte inferior un aparato que calienta la mezcla y en la parte superior un condensador.En el caso de un aparato de laboratorio normalmente la columna es de vidrio y está rellena de un material que asegure el máximo contacto entre la fase líquida y la fase de vapor, como bolitas de vidrio, trozos de tubo de vidrio o similares.En el caso de una instalación industrial la columna está formada por una serie de platos, cada uno de ellos atravesado por un tubo que permite el ascenso del vapor desde el plato inferior, pero rematado por una cazoleta invertida que obliga al vapor a borbotear sobre el líquido contenido en el plato. Así se asegura el contacto entre el líquido condensado en el plato y el vapor que ha ebullido en el plato inferior. Aquí todos los componentes son habitualmente metálicos.


DiseñoEl número de etapas o de platos necesario para una determinada separación se puede calcular teóricamente, ya que no es más que la combinación de una serie de destilaciones simples. En la práctica el número de platos reales necesarios es siempre superior al de platos teóricos calculados.De la misma manera en función del resultado buscado se diseñan el diámetro de la columna, el tipo de relleno o de platos, etc.La eficiencia de la separación depende de múltiples factores como la diferencia de puntos de ebullición de los componentes de la mezcla, la presión a la que se trabaje y otros parámetros fisicoquímicos de los componentes.


AplicaciónLa principal aplicación en el laboratorio es la separación de sustancias de puntos de ebullición próximos. Y el principal uso industrial, con mucha mayor importancia que cualquier otro, es la destilación fraccionada del petróleo o del gas natural. En el caso de este último, se utiliza para separar o fraccionar componentes propios de dicho gas como el metano, etano, butano, entre otros, con la finalidad de obtener dicho componente libre de otros con los que normalmente viene acompañado.


Destilación.

La destilación es la operación de separar, mediante evaporización y condensación, los diferentes componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición (temperaturas de ebullición) de cada una de las sustancias ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varia en función de la masa o el volumen, aunque sí en función de la presión.


Torres de fraccionamiento.

Concepto de etapa de equilibrio Todos los cálculos se realizan considerando etapas teóricas (en equilibrio). Una columna de fraccionamiento puede ser considerada como una serie de corrientes en equilibrio, con dos (02) fuentes de alimentación y dos (02) corrientes de vapor como producto, el vapor entra a la corriente desde la etapa de fondo a una temperatura mayor y el vapor del liquido entra a una etapa superior y a una menor temperatura. Calor y transferencia de masa ocurren en esta etapa tal que el vapor existente es un liquido en punto de burbuja y vapor en punto de rocío a la misma presión y temperatura. La composición de estas fases es relativa por la relación de equilibrio de Yi=KiXi. Esta relación existente entre el calor y las condiciones del material son la base para el diseño de toda torre de fraccionamiento.


Torres de fraccionamiento (cont.)

Tipos de torres de fraccionamientoEl número y tipos de torres de fraccionamiento requeridos depende del número de productos a extraer y la composición de la fuente. Productos de LGN típicos desde un proceso de fraccionamiento incluyen:•Producto Demetanizo (C2+)•Producto Deetanizado (C3+)•Mezcla de Etano/Propano (EP)•Propano comercial•Mezcla de Propano/Butano (GLP)•Butano (s)•Mezcla de Butano/Gasolina •Gasolina Natural•Mezclas con especificación de presión de vapor


Torres de fraccionamiento (cont.) Un ejemplo de un tren de fraccionamiento usado para producir tres (03) productos ilustrado en la Figura La fuente de vapor contiene demasiado etano para ser incluido en el producto.

OBJETIVO IIOBJETIVO II


SISTEMAS DE REFRIGERACION.Ciclo de refrigeración por compresión de vapor. Sistemas de refrigeración simple. Efectos de presión de descarga de alta. Refrigerante Subenfriado. Uso de economizadores. Consideraciones de diseño: Selección del refrigerante, compresor, condensador, evaporadores, tanque de almacenamiento, sección de depuradores

Sistemas de Refrigeración: * Ver GPSA Cap. 14

Sistemas comunes en los procesos de Gas Natural y procesos relacionados con la refinación de petróleo, petroquímica e industria química.

Algunas aplicaciones incluyen recuperación de LGN (Líquidos del Gas Natural), recuperación de GLP (Gas licuado del petróleo), Reflujo condensado de fraccionamiento de hidrocarburos ligeros y plantas de GNL (Gas Natural Licuado).

La selección de un refrigerante está basada en los requerimientos de temperatura, disponibilidad, economía y la experiencia previa. Por ejemplo, en una planta de procesamiento de Gas Natural, el refrigerante común es etano y el propano; mientras que en una planta de olefinas, etileno y propileno está fácilmente disponible. Así como Propano o propileno puede ser apropiado en una planta de amoníaco.

Refrigerante: Fluido usado para transferir calor en un sistema de refrigeración, el cual absorbe el calor a baja temperatura y presión, y los expulsa a una alta temperatura y presión.

Tonelada de Refrigeración: Cantidad de Calor requerida para derretir 1 ton de hielo en 24 horas, equivalente a 12000 BTU / Hr a 32 ºF


Refrigeración Mecánica

Ciclo de Refrigeración

El efecto de refrigeración puede ser logrado usando uno de estos ciclos:

Vapor Compresión – ExpansiónAbsorciónReacción a Vapor (Agua – Compresión de vapor)

Utilizando el diagrama Presión – Entalpía, el ciclo de refrigeración puede ser desglosado en cuatro pasos distintos:

• Expansión

• Evaporación

• Compresión

• Condensación

Caídas de Presión: (Algunos valores típicos de caída de presión que deben ser consideradas)

Condensador 3.0 a 7.0 psi

Perdidas en líneasEvaporador a Compresor* 0.1 a 1.5 psi

Compresor a Condensador 1.0 a 2.0 psi

Condensador a TanqueReservorio 0.5 a 1.0 psi

• Esta es una importante consideración en el servicio de refrigeración con la succión de baja del compresor

Etapas de Refrigeración

Los sistemas de refrigeración que utilizan una, dos, tres o cuatro etapas de compresión, poseen gran éxito en diferentes procesos. El número de niveles de refrigeración depende del numero de etapas de compresión requeridas, etapas internas de transferencias de calor, costos y tipo de compresión.


Ciclo de Refrigeración

U

U

Compresor Condensador

Válvula deExpansión

Evaporador

1 2 3

4

Vapor Saturado

Vapor Sobrecalentado

Liquido Sub-enfriado

Liquido Saturado

Presión, psia

Entalpía, Btu/lbmol

1

23

4

P2=P3

P4=P1

Curva Puntos de Roció

Curva Puntos de Burbuja

Punto Critico

T4=T1

S1=S2H3=H4

Liq. Saturado

Vap. Saturado


Etapa de Expansión — El punto de inicio en un ciclo de refrigeración con la disponibilidad del refrigerante como liquido. El punto A representa el punto de burbuja del líquido a su presión de saturación, PA, y una entalpía hLA. En la etapa de expansión la presión y la temperatura se reducen por la evaporación del líquido a través de una válvula de control a presión PB. La presión mas baja PB, es determinada por la temperatura deseada del refrigerante, TB (punto B). En el punto B la entalpía del líquido saturado es hLB, mientras que la entalpía del vapor saturado correspondiente es hVB. La etapa de expansión (A - B) ocurre a través de una válvula de expansión sin sufrir cambios de energía. El proceso es considerado isentálpico. Así la entalpía de la corriente total a la salida de la válvula es la misma que la de la entrada, hLA.

El punto B se ubica dentro de la envolvente, en donde coexisten en equilibrio el vapor y liquido (mezcla). Para determinar la cantidad de vapor formado en el proceso de expansión, X será la fracción de líquido a presión PB con una entalpía hLB. La fracción de vapor formada durante el proceso de expansión con una entalpía hVB es (1-X). Las ecuaciones para el balance de calor y la fracción de líquido formado es:


Etapa de Evaporación — El vapor formado en el proceso de expansión (A-B) no provee ninguna refrigeración al proceso. El calor es absorbido desde el proceso por la evaporación de la porción del líquido del refrigerante. Tal como se muestra en la figura, este es un paso a temperatura y presión constante (B-C). La entalpía del vapor en el punto C es hVB. Físicamente, la evaporación toma lugar en el intercambiador de calor conocido como evaporador o un Chiller. El proceso de refrigeración es suministrada por el líquido frío, X, y este efecto refrigerante puede ser definido como X (hVB - hLB), sustituyendo de la Eq. 14-2, el efecto se convierte en:

Efecto = hVB − hLA Eq 14-4

La capacidad de refrigeración se refiere a la cantidad total de calor absorbida en el Chiller por el proceso, generalmente es expresado como “tonelada de refrigeración” o BTU/unidad de tiempo. La tasa de flujo de refrigerante es dada por:


Etapa de Compresión — El refrigerante en fase de vapor deja el Chiller a la presión de saturación PC. La temperatura correspondiente es igual a TC a una entalpía de hVB. La entropía a este punto es SC. Este vapor es comprimido isentrópicamente a presión PA desde C - D. El trabajo isentrópico (ideal), Wi, para comprimir el refrigerante desde PB hasta PA es dada por:

Wi = m (h’VD − hVB) Eq 14-6

La cantidad de h’VD es determinada desde las propiedades del refrigerante a PA y una entropía de SC. Como el refrigerante no es un fluido ideal y los compresores para muchos servicios no operan idealmente, la Eficiencia isentrópica, ηi, se ha definido para compensar las ineficiencias del proceso de compresión. El actual trabajo en la compresión, W, puede ser calculado de la siguiente manera:


Etapa de Condensación: El refrigerante en su fase de vapor sobrecalentado que deja el compresor a PA y TD (Punto D en la Fig.) es enfriado a presión constante cerca de la temperatura de punto de rocío, TA, y los vapores del refrigerante empiezan a condensarse a temperatura constante. En el proceso de sobrecalentamiento y condensación, todo el calor y trabajo adicionado al refrigerante durante la evaporación y compresión debe ser removido tal que el ciclo pueda ser completado para alcanzar el punto A (Punto de inicio) sobre el diagrama P-H, como se muestra en la figura de abajo.

El producto de la suma de la capacidad de refrigeración al calor de compresión, se calcula la capacidad de condensación, Qcd, desde:

Qcd = m [(hVB − hLA) + (hVD − hVB)] = m (hVD − hLA) Eq 14-8

La presión de condensación del refrigerante es en función del medio de enfriamiento disponible (aire, agua de enfriamiento, u otro refrigerante). El medio de enfriamiento es el descenso de calor para el ciclo de refrigeración. Porque la descarga del compresor es vapor sobrecalentado, la curva de condensación del refrigerante no es una línea recta. Este es una combinación de sobrecalentamiento y condensación a temperatura constante. Este hecho debe ser considerado para un adecuado diseño del condensador.


Hidrocarburos Refrigerantes

El uso de los hidrocarburos puros mas livianos (Metano, Etano, Etileno, Propano y Propileno) como refrigerantes es muy común, práctico y económico para muchas plantas de procesos de hidrocarburos. Los ejemplos incluyen la fabricación de Etileno por cracking de algunas fuentes de alimentación, el Etileno u otro hidrocarburo reciclados de las plantas de purificación, plantas de tratamiento del gas, y refinerías de petróleo. Los hidrocarburos refrigerantes comúnmente usados y sus temperaturas de refrigeración son:

Metano - 200 to - 300°FEtano - 75 to - 175°FEtileno - 75 to - 175°FPropano - 40 to - 50°FPropileno - 40 to - 50°F

El Metano no es usado frecuentemente en las plantas industriales para estos servicios, debido al sello mecánico y a los problemas de seguridad relacionados. Debido al peligro que arrastra el aire dentro de los sistemas de hidrocarburos, éste debería de mantenerse siempre a una presión positiva.Aunque estos hidrocarburos tienen buenas propiedades como refrigerantes para muchas aplicaciones, es importante evitar presiones internas en los sistemas que estén por debajo de la presión atmosférica debido al peligro de escape del aire y una posible explosión de una mezcla de hidrocarburo gaseosos. Mehra 8-11 presenta gráficos útiles para diseñar y comparar estos hidrocarburos refrigerantes. El metano no es incluido debido a que sus exigencias de manejo son algo especiales.

Con frecuencia, algunas plantas usan las mezclas de algunos hidrocarburos refrigerantes debido a la conveniencia local. En tales casos, es importante conocer las propiedades físicas de la mezcla apropiada y los gráficos de Entalpía para el diseño, porque las propiedades de un solo componente no pueden definir la mezcla.Para especificar el requerimiento del funcionamiento del sistema, se debe definir lo siguiente: (1) La temperatura más baja del refrigerante, teniendo en cuenta la pérdida en la transferencia de calor T (puede ser estimada al principio) que puede ocurrir en el evaporador y (2) La temperatura de condensación del refrigerante, también tomando en cuenta la transferencia de calor T basada en el enfriamiento circulante para lograr la condensación del refrigerante. De estos valores establecidos inicialmente, las presiones del sistema pueden ser definidas o establecidas por los gráficos termodinámicos.Para diseñar la refrigeración de hidrocarburos, es necesario tener disponibles diagramas de Mollier exactos, los gráficos de presión de vapor, etc. (Figuras 11-26 a 11-33). Usando los gráficos de estimación conveniente y la excelente presentación de Mehra 8-11 (Figuras 11-34 a 11-46) o algunos otros gráficos de conveniencia equivalente, el funcionamiento de varios sistemas de refrigeración puede ser examinado y optimizado. Estos gráficos asumen proporciones iguales de compresión por etapa para compresores centrífugos con una eficacia politrópica de 0.77. Una caída de presión de 1.5 psi se permite en la succión del compresor, una caída de 5 psi a través del condensador del refrigerante para el Etileno y Etano, y una caída de 10 psi para el Propileno y el Propano.


Comentarios Generalizados referentes a los Refrigerantes

Cada sistema y sus exigencias particulares deben ser evaluados para un compuesto de acuerdo a las condiciones que afectan al refrigerante. Después de que se selecciona un refrigerante, puede ser aplicado el procedimiento de diseño aceptado y los materiales de construcción. El amoníaco puede ser aceptado como refrigerante, es recomendado debido a que el equipo inicial y los costos de los precios son inferiores. Los compresores recíprocos son preferidos para pequeños tonelajes. Por regla general, el amoníaco no es usado en sistemas que manejan usos de aire acondicionado. El refrigerante 12*** es un material versátil para una amplia gama de usos y a menudo resulta inferior en los costos debido a las pocas etapas de compresión. Los refrigerantes 114 y 11*** son considerados para niveles más altos de temperaturas y cargas de tonelaje inferiores que el refrigerante 12*** (***= Para ser retirado progresivamente).El Propano, el Propileno y el Etileno son usados en grandes tonelaje de refrigeración y aplicaciones de muy bajas temperaturas.

Materiales de construcción: Los Cloro-fluoro-refrigerantes e hidrocarburos requieren de cualquier material razonablemente satisfactorio en cobre (o aleaciones), acero galvanizado, acero, aluminio, estaño/plomo, etc. El Amoníaco requiere todo de acero y/o sistemas de hierro sin cobre o aleaciones en ninguna parte. En Compresores centrífugos de amoníaco, los sellos laberinto inter-etapa son de aluminio, y las partes rotativas asociadas son maquinadas con acero inoxidable. Las ruedas o discos impulsores son de hierro forjado con revestimiento de plomo. El sello del eje es aro de carbón.

Condiciones estándares de toneladas. Estas son tomadas por la industria para representar la refrigeración del tonelaje de un sistema cuando opera con una temperatura de condensación de 86 °F y una temperatura de evaporación de 5 °F. Esta es una condición de referencia comparativa y no necesita interpolación para una evaluación efectiva de otros requerimientos de tonelaje y condiciones.

Efecto Refrigerante. Este es el calor absorbido en el evaporador por libra de refrigerante. Es determinado por la diferencia en la entalpía de una libra de refrigerante en fase de vapor saliendo del evaporador y una libra de liquido justo aguas arriba de la válvula de expansión en el evaporador.


Coeficiente de comportamiento ó de operación. COP es la relación del efecto del refrigerante sobre el trabajo de compresión. Mientras mas alto sea el valor de COP, mas alta es la eficiencia del ciclo.

Trabajo de Compresión. Esta es la entalpía de una libra de refrigerante a las condiciones de descarga del compresor menos la entalpía de una libra de refrigerante a las condiciones de succión del compresor.

Wc = h2 - h1, Btu/lb, (Figura 11-48A) (11-5)

Potencia.

12

31

43

4

hh

hh

TT

TCOP

31

12

42.42

200

hh

hhTheorical HP/TR

31

1

1

211

1

1873.0

hhk

PP

vPk

T

kk

HP/TR heorical

Para compresión isentrópica.Para compresión politrópica, k es reemplazada por n. Donde:

11 k

keficiencia

n

n

Potencia de freno.

Bhp = hp teórico e0

Donde:e0 es la eficiencia de compresión total, es la relación de la teoría isentrópica con la potencia de freno bhp.Para un gran sistema de compresión reciprocante, e0 = 60—70% y 50—65% para maquina pequeñas.


Tasa de Flujo de refrigerante.

Para refrigerante subenfriado,

Note que la temperatura en este h3 es mas baja que cuando no existía subenfriamiento.

Calor removido con el condensador.

31

200min//

hhTRlb

31

200min//

hhTRlb

akecompressoratvhh

TRpercfm int__,200

__ 131

min_/,20031

32 tonBtuhh

hh


Diagrama Tía Juana 3

95°F / 550 psi

95°F / 550 psi

S.O.S.O.

CADENA B

DESCARGA

SUCCIÓN

C-1 C-2 C-3 C-4 C-5 C-6 C-7

GASOLINA

GAS RICO

CADENA A

C-1 C-2 C-3 C-4 C-5 C-6 C-7

DESCARGA

570 psi

EXTRACCIÓN DE LGN

25 psi 1600 psi

25 psi 1600 psi

GREGRE

LGNLGN

85°F / 1650 psi

420 MMPCED

210 MMPCED

210 MMPCED

25 psi

40 MMPCED= 20 por cadena

24600 BPD=28 MMPCED

507psi / 67°F

3900 BPD

21 MMPCED

25 psi

25 psi

507psi/ 67°F

85°F / 618 psi

195 MMPCED

195 MMPCED

193 MMPCED

193 MMPCED

Gas de Baja PresiónGas de Alta PresiónGREGasolinaLGN

SUCCIÓN

200 MMPCED

200 MMPCED

Gas Gas CombustibleCombustible

386 MMPCED


Diagrama Extracción Tía Juana 3

Gas ResidualGas de Alta PresiónCondensadoPropano RefrigeranteLGNGREGasolina

Pro

pan

o R

.

D2-373AInterc. Gas-Líq

95°F

Salida del Glicol y Agua

Propano Refrigerante

-36°F

D2-301A/B Inter. Gas-Gas

Hacia la Torre Desetanizadora

D8-355

Gas Rico de Plataforma de Aislamiento

Gas Rico de 5ta etapa

Compresión Cadena A

D8-302A

D22-371A

D8-371A

D8-301A

D2-372A

D2-302A/B Inter. Gas-Liq

D2-357A Inter. Gas- Vapores

D7-374A

D3-375A/B

Hacia el Depurador de 5ta A Etapa de

Compresión

Salida del Propano Refrigerante

Gasolina Natural de ULÉ

Condensado a Ulé

Vapores del D8-356

D3-360A

Condensado al S.O.

D22-370A

550 psi

1650 psi

85°F

76°F

Pro

pan

o R

.

416 psi 22°F

Prop

ano R

.

Prop

ano R

.

D3-359A/B

D2-359

D8-

355

Tor

re D

eset

aniz

ador

a

D8-356

D2-353A D2-353B

GLP-ULE

Hacia el D2-357 A/B

Aceite Caliente

Aceite Caliente

LCV-3.11

TCV--3.345

1

30

418 psi 67°F

D2-304A/B Chiller Ppal

Condensado de Cadena B

Cadena B

Sistema de Inyección de Glicol

CADENA A

D8-302 B GLPGLP

GREGRE

67 °F

67 °F

120 MMPCED 68MMPCED 16MMPCED

64 °F410psi

-8°F

532psi-22°F -10°F

-10°F

532psi

FCV-3.301

-40°F

23,5 psia

415 psia

222°F 400°F

591 GPM

525psi

23°F / 550psi

241 MMPCED

545 psi

510psi-21 °F 66°F

14 °F

-36°F500psi

545psi-24 °F

545psi-34°F

85 °F

618psi

-34°F

500psi

540psi4 °F

540 psi

-36°F

535 psi75°F

418psiHacia Gas

Combustible

Hacia Los Módulos de Etano

210 MMPCED

20 MMPCED

24600 BPD = 28 MMPCED

21 MMPCED

76°F

66°F / 550psi37MMPCED

208MMPCED

3900 BPD

197 MMPCED

197 MMPCED 493psi

20862 BPD3715 BPD

591 GPM

Rehervidor

Chiller Secundario (Condensador)

Chiller Secundario (Condensador)

Bomba de Reflujo

Tambor de Reflujo

Torre Absorbedora con Gasolina

Inter. C5 Rica- C5 pobre

Separador Trifásico

Bomba de Etapa Parada

Separador de Entrada

Mezclador Estático

Separador de Hoja Direccional

Filtro Separador de Entrada


Refrigeración Principal Tía Juana 3

D2-306D8-308

D2-353B

D8-307

D8-310

D8-309

D8-306

D2-307E

D2-307A

D2-307B

D2-307C

D2-307D

4

3

1

2

D4-301Compresor Refrigerante C-15

T-15 Turbina

Gas ProcesoCadena A

Inter. Glicol rico-propano

D2-304A/B Chiller Ppal

Gas ProcesoCadena B

D8-302 BD8-302 A

LCV-3.16

107 psi

LCV-3.15

53 psi

FRCV-3.13

53 psi

101 °F

200 psi

200 psi

LCV-3.14

13,9 psi-35°F

LCV-3.20513,9 psi-42,2°F

26 psi

LCV-3.19

Etapa

Etapa

Etapa

Etapa

Condensadores de Propano- Agua

Agua Enfriamiento

Reposición de Propano de Ulé

Depurador de Succión

1era Etapa del Compresor


2da Etapa del Compresor


3era Etapa del Compresor


4ta Etapa del Compresor

Tanque de Almacenamiento

de Propano

Mezcla Liq-Gas


Gas

Agua del Lago

Chiller Secundario

(Condensador)

Al D8-356

Del D2-353A


Refrigeración Secundario Tía Juana 3


T-18Solar Centauro

D8-358

D2-353A

Reposición de Propano Refrigerante

de ULE

D4-361Compresor YORK

D8-350Depurador de Succión

D8-351Economizador

D8-352Salpicador

23psiaAgua del Lago

104°F

213psia

86°F

200 psia104 °F

76 psia38 °F

23,5 psia-22 °F

4260 GPM

Agua del Lago

Condensador Refrigerante

Chiller Secundario

(Condensador)

1era Etapa 2da EtapaAl D2-353B

Del D8-355


Ejemplo 1. Se tiene el siguiente sistema de refrigeración, utilizando como refrigerante Propano (3 MMPCND). Realice el estudio termodinámico respectivo. Eficiencia Compresor 75%Datos: Pto 1. P1= 100 psi, T1= 60 ºF Pto 2. P2= 200 psi Pto 3. Liquido Saturado (P=2) Pto 4. P4= 100 psi


Ejemplo 2. Utilizando el sistema de refrigeración mostrado en la figura, determine las condiciones de presión, temperatura, potencia total y la tasa de circulación del refrigerante (propano), para manejar 55 MMPCND de Gas Natural de composición conocida de 450 lpca y 100 °F la cual será enfriado a –35°F, considerando una eficiencia de compresión de 0.80.

Composición

C1 C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6

% molar 73 11 8 4 3 1

Figura del Problema # 1

DE

A B C

1314

87

9

3

10

11

6

12

1

5

TentradaTsalida

Agua

Compresoralta

Compresorbaja

Evaporador1

Evaporador2

Condensador

Separa

dor

Gas NaturalPentrada

Tentrada

Gas NaturalPsalida

Tsalida

(Propano)

(líq. Sat.)

(gas sat.)3-A

3-B


OBJETIVO IIIOBJETIVO III


FRACCIONAMIENTO DE COMPONENTES DEL GAS NATURAL. Punto de rocío de los componentes. Volatilidades. Absorción con sólidos. Absorción con aceites ligeros. Componentes claves. Consideraciones de reflujo. Equipos implicados en el proceso: Rehervidor, Condensador, Torre estabilizadora, tanque de suministro, bombas, otros.Diseño de Deetanizadora y depropanizadora.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICASREFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Martínez, M. y Pérez R. Características y Comportamiento de los Hidrocarburos

2. Martínez, M. y Pérez R. Ingeniería de gas, principios y aplicaciones.

3. Martínez, M. y Pérez R. Endulzamiento del gas natural. 4. Engineering Data Book by the Gas Processors Suppliers

Association. Edited with the Gas Processors Association, 1994, Vol. I y II


Fraccionamiento Del Gas Natural Def_2

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