Clase 2 Tema 2

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/0 1 Proceso de Físico de Separación

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2

Transferencia de Masa

Mezcla Gaseosa

Transferencia de compuestos

Columna

Columna

Liq

Gas

Solvente Líquido

-.

$

" Columna cilíndrica, o torre Equipada con una entrada de gas

V1, Y1 Gas Pobre Plato 1

Liquido pobre

Una entrada de líquido

Salidas para el gas y el líquido el tope y el fondo, respectivamente

Masa soportada de cuerpos sólidos inertes que recibe el nombre de relleno de la torre.

Lo,Xo

VN+1, YN+1 Gas rico

Plato N

LN,XN

Liquido rico

-.

$

" Nomenclatura: Vn+1= moles de gas rico. Yn+1=moles de un compuesto por mol de gas rico. (relación) V1= moles de gas pobre. Y1=moles restantes de un compuesto por mol de gas rico. Lo= moles de líquido pobre. Xo=moles de un compuesto por mol de líquido pobre. Ln=moles de líquido rico. Xn= moles restantes de un compuesto por mol de líquido rico.

V1, Y1 Gas Pobre Plato 1

Lo,Xo Liquido pobre

VN+1, YN+1 Gas rico

Plato N

LN,XN

Liquido rico

-.

$

3 " La cantidad de material (metano, etano, propano, etc.) absorbida, depende de los siguientes factores: - Presión. - Temperatura. - Relación de flujo del líquido de absorción con respecto al flujo del gas que se esté tratando. - Composición del gas de admisión. - Características del líquido de absorción. - La intimidad del contacto del gas y el líquido.

-.

$

3 " Presión y Temperatura Gas Pobre Liquido pobre

P

Mientras más elevada sea la presión, más alta será la absorción de compuestos pesados y dentro del líquido de absorción.

T Compuestos pesados absorbidos aumentan a medida que baja la temperatura.

Gas rico Liquido rico

-.

$

3 " Cantidad de Líquido de absorción Gas Pobre Liquido pobre

- La cantidad de material absorbido aumenta a medida que la relación de flujo de líquido de absorción con respecto al flujo del gas va en aumento. - La absorción máxima ocurre al más alto régimen al cual se puede bombear el líquido de absorción en el absorbedor sin recargar (inundar) la torre.

Gas rico Liquido rico

La cantidad de aceite pobre afecta el número de platos teóricos requeridos.

-.

$

3 " Cantidad de Líquido de absorción Líquido de absorción es un aceite de alto peso molecular entre 100 y 200.

Columna

Columna

Liq

El aceite de absorción de tipo ideal tiene un punto de ebullición ligeramente por encima del que tiene el material que está absorbiendo el gas. Esto produce que halla una baja pérdida de vaporización del líquido de absorción.

El aceite de absorción se denomina comúnmente aceite o petróleo pobre.

-.

$

3 " Composición del gas de admisión Gas Pobre La cantidad de un hidrocarburo que puede absorberse obviamente guarda relación con la cantidad del material presente en la corriente de gas de admisión.

Liquido pobre

P Los hidrocarburos más livianos o con más alta tensión de vapor son más difíciles de absorber, como son el propano, etano y metano, tendiendo a permanecer en el gas.

T

Gas rico Liquido rico

-.

$

3 " Intimidad de contacto del gas y el aceite de absorción Gas Pobre Liquido pobre

Para obtener máxima absorción, el gas y el aceite deben mezclarse bien entre sí. Para el contacto se utiliza torres de platos. La mayoría de los absorbedores contienen entre 7 a 10 platos teóricos (20-30 platos reales) Baja eficiencia (25 – 40 %)

Gas rico Liquido rico

-.

4

4 5

$

6

5 #

El aceite pobre es despojado de los componentes absorbidos del gas en una columna de despojadora Gas recuperado

P

T

Gas de despojamiento

Liquido rico El despojamiento es lo contrario al de la absorción. El despojar consiste en extraer por ebullición o separar los hidrocarburos absorbidos del aceite original de absorción. Ello se hace en el mismo tipo de torre que utiliza el absorbedor. Se aplica calor a la parte inferior de la torre para "extraer por ebullición" los materiales absorbidos Liquido Pobre de regreso al absorbedor

-.

6

4

$

5 " Gas recuperado

Gas Pobre Liquido pobre

Aceite Glycol Amina Selexol

Liquido rico

P

T Gas de despojamiento

P

Gas rico

Liquido rico

Liquido Pobre de regreso al absorbedor

T

-.

78 Métodos de cálculo - Método de Kremser y Brown -Método de Edmister

"

$

"

-.

78

"

$

"

Métodos de cálculo - Método de Kremser y Brown

Factor de absorción “A” y despojamiento “S” promedio

Este método tienen una de las definiciones más sencillas del “factor de absorción promedio”

Liq (L)

L/V es aproximadamente constante

A=

Lo K promedio .VN +1

Gas (V)

A= factor de absorción Vn+1= moles de gas rico. Lo= moles de líquido pobre. K = constante de equilibrio, y/x @ P de la torre y T promedio

-.

78

"

$

"

- Método de Kremser y Brown Eficiencia de absorción

V1, Y1

YN +1 − Y1 Ea = YN +1 − Yo

Gas Pobre Lo,Xo

Plato 1

Líquido pobre

VN+1, YN+1

A N +1 − A Ea = N +1 A −1

Plato N

Gas rico LN,XN

Factor de absorción “A”

Líquido rico

A=

Ea y A se relacionan en la fig. 19-51 GPSA 2004

Lo K promedio .VN +1

Se requiere conocer el % recobro requerido en un compuesto clave

-.

78

"

$

"

- Método de Kremser y Brown

Ea

n=

% absorción

% Despojamiento

as p ta e n=

Es

Factor A o S

as c i r teó

-.

78

"

$

"

- Método de Kremser y Brown Lo = min. para V1, Y1

7-10 platos teóricos 20 – 30 platos reales

Gas Pobre Plato 1

Lo,Xo Líquido pobre

Ln = Lo + VN+1, YN+1

moles absorbidos

Plato N

Gas rico

Moles absorbidos= LN,XN

Líquido rico

(Yn+1 (%molar)i x Eai)

Moles de gas Pobre =

(Yn+1 (%molar)i – Xn)

-.

78

"

Problemas tipo 1a

" V1, Y1

Lo= conocido Ea= % recuperación

$

Gas Pobre

conocido para un

Plato 1

Líquido pobre

compuesto clave Caudal de gas =Qgas = Vn+1

Lo,Xo

conocido

P y Tprom = conocidos

VN+1, YN+1

Plato N

Gas rico

Y n+1 = conocido Se calcula el número de platos

LN,XN

Líquido rico

Procedimiento: Con P y T prom se halla Ki (utilizar método de la prsión de convergencia). Con Ki se halla A para el compuesto clave Se halla el número de platos de la gráfica 19.51 del GPSA.

-.

78

"

$

"

- Método de Kremser y Brown Problemas tipo 1b

V1, Y1 Gas Pobre

Lo= desconocido Ea= % recuperación

conocido para un

Plato 1

Lo,Xo Líquido pobre

compuesto clave Vn+1 = conocido P y Tprom = conocidos Se calcula el número de platos

VN+1, YN+1

Plato N

Gas rico LN,XN

Líquido rico

-.

78

"

$

"

- Método de Kremser y Brown -Problemas tipo 1b Procedimiento: Con el % de recuperación se corta la línea de

y se lee un Amin. Con

Amin se clacula Lo min despejando de la ecuación. Amin = Lo min

K . VN +1

Con Lo min se calcula Lo sabiendo que Lo=1,3 Lo min Con Lo se calcula A

A=

Lo K promedio .VN +1

Con A y Ea del componente clave se halla el numero de etapas de la grafica 19.51 del GPSA

-.

78

"

$

"

- Método de Kremser y Brown Problemas tipo 2

V1, Y1

Número de Platos = conocido Ea= % recuperación

conocido para un

Gas Pobre Plato 1

Lo,Xo Líquido pobre

compuesto clave Vn+1 = conocido P y Tgas = conocidos Se calcula Lo

VN+1, YN+1

Plato N

Gas rico LN,XN

Líquido rico

-.

78

"

$

"

- Método de Kremser y Brown -Problemas tipo 2 Procedimiento: Con el % de recuperación y el número de platos se halla Ai de la gráfica 19.51 del GPSA Con Ai se halla Lo despejando de la ecuación Ai = Se calculan los moles absorbidos Se calculan los moles de líquido rico Ln Se calculan los moles de gas pobre

Lo Ki . VN +1

-.

78 -

"

$

"

Método de Edmister

Se calcula el factor de adsorción usando la siguiente ecuación.

A= factor de adsorción n= a condiciones de fondo 1= a condiciones de tope

-.

78

6

$

5 #

Vm, Ym Gas Recuperado Plato 1

Lm+1,Xm+1 Líquido Rico

Vo, Yo

Eficiencia de despojamiento

X m +1 − X 1 Es = X m +1 − X o

Plato N

Gas de despojamiento (Opcional)

L1,X1 Líquido Pobre

Factor de despojamiento “S”

St =

K . Vm Lm +1

St m+1 − St Es = St m+1 − 1

-.

#

5

$

)

- Método de Kremser y Brown Problema tipo 1a. Ejemplo: Comp

y(n+1)i

teóricos usa un aceite pobre con una

C1

0,83

densidad relativa de 0.825 fluyendo a una

C2

0,084

tasa de 1136 m3/d. El peso molecular es de

C3

0,048

161. La presión de la torre es de 500 KPa y

iC4

0,009

la temperatura promedio es de 30°C. La tasa

nC4

0,017

de flujo de gas es de 488500 std m3/d.

iC5

0,004

Estime el % de recobro de cada compuesto y

nC5

0,008

la composición del gas de residuo.

Total

1

Un absorbedor que consta de 6 platos

-.

#

5

)

$

-.

#

5

$

)

Resultados V(n+1)i en Kmol/h

L abs en kmol/h

V1 (kmol/h)

Y1

Comp

y(n+1)i

K

A

Ea (%recobro)

C1

0,83

34

0,0084

0,0083

705,085

5,872

699,213

0,858

C2

0,084

6,6

0,0433

0,0432

71,358

3,081

68,277

0,084

C3

0,048

2

0,1428

0,1424

40,776

5,806

34,970

0,043

iC4

0,009

0,8

0,3569

0,3531

7,646

2,700

4,946

0,006

nC4

0,017

0,58

0,4923

0,4849

14,442

7,003

7,438

0,009

iC5

0,004

0,24

1,1896

0,9201

3,398

3,126

0,272

0,00033

nC5 Total

0,008 1

0,19

1,5027

0,9799

6,796 849,500

6,659 34,248

0,137 815,252

0,00017 1,000

-.

#

5

$

$

- Método de Kremser y Brown Problemas tipo 2. Ejemplo: Aceite de absorción será utilizadopara recuperar 75% de el propano presente en una corriente de gas rico de 100 moles. El absorbedor tendrá 6 platos teóricos. ¿Cuál es el flujo de circulación de aceite a ser usado si la temperatura promedio y la presión del absorbedor son 104°F y 1000 psig? El aceite pobre que entra se asume completamente despojado de los componentes de gas rico. ¿Cuál será la composición del gas residual que sale del absorbedor?

-.

#

5

$

$

-.

#

5

$

$

-.

#

5

$

$

Resultados Comp

y(n+1)i

K

A

Ea (%recobr o)

C1

0,906

3,2

0,0925

0,085

90,600

7,671

82,929

0,955

C2

0,043

0,9

0,3289

0,304

4,300

1,308

2,992

0,034

C3

0,032

0,37

0,8000

0,750

3,200

2,400

0,800

0,009

iC4

0,005

0,21

1,4095

0,910

0,500

0,455

0,045

0,001

nC4

0,01

0,17

1,7412

0,972

1,000

0,972

0,028

0,000

C6

0,004

0,037

8,0000

1,000

0,400

0,400

0,000

0,00000

Total

1,00

100,000

13,206

86,794

1,000

#

5

V(n+1)i en Kmol/h

L abs en kmol/h

V1

Y1

9

- Método de Edmister Desarrollar el ejemplo 2 usando el método de Edmister

-.

#

5

$

:

-Cálculo de despojador Agua ácida que contiene 2500 ppm w de sulfuro de hidrógeno será despojada a 1,5 ppm w. El calor indirecto en el rehervidor es proporcionando para permitir que 0,75 libras de vapor salgan por el plato de tope por cada galón de alimentación. El flujo de alimentación es 10 GPM y el tope de la torre operará a 21 psia. Determine el número de platos teóricos requeridos.

-.

$

Proceso de absorción y Despojamiento simple Gas pobre

P

T

Enfriador

P Gas de entrada

Absorbedor

Aceite rico

T

Despojador

Intercambiador aceite pobre- aceite rico

-.

$

Procesos de Absorción

A=

V1, Y1 Gas Pobre Plato 1

Lo,Xo Liquido pobre

VN+1, YN+1 Gas rico

Plato N

LN,XN

Liquido rico

Lo K promedio .VN +1

-.

$

Procesos de Absorción

A=

V1, Y1 Gas Pobre Plato 1

Lo,Xo Liquido pobre

VN+1, YN+1 Gas rico

K promedio .VN +1 T

K

Se incrementa “A”, por lo tanto hay mayor recuperación

Plato N

LN,XN

Lo

Liquido rico

-.

$

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada

A=

V1, Y1 Gas Pobre Plato 1

Lo,Xo Liquido pobre

Gas rico

Sistema de Refrigeración

K promedio .VN +1 T

K

Se incrementa “A”, por lo tanto hay mayor recuperación

Plato N

LN,XN

Lo

Liquido rico

Absorción Refrigerada

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada

Absorbedor

Presaturador

Tanque de expansión

Deetanizadora

Despojador

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada

Gas rico del sistema de refrigeración

Absorbedor

Presaturador

Tanque de expansión

Deetanizadora

Despojador

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada

Gas rico del sistema de refrigeración

Aceite pobre

Gas pobre

Absorbedor

Presaturador

Tanque de expansión

Deetanizadora

Despojador

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada

Gas rico del sistema de refrigeración

Aceite pobre

Gas pobre

Absorbedor

Presaturador

Tanque de expansión

Deetanizadora

Despojador

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada Gas pobre

Gas rico del sistema de refrigeración

Aceite pobre

Metano

Absorbedor

Presaturador

Tanque de expansión

Deetanizadora

Despojador

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada Gas pobre

Etano

Gas rico del sistema de refrigeració n

Aceite pobre

Metan o

Absorbedor

Presaturador

Tanque de expansión

Deetanizadora

Despojador

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada Gas pobre

Etano

Gas rico del sistema de refrigeració n

Aceite pobre

Metano

Aceite Rico Absorbedor

Tanque de Presaturador expansión

Deetanizadora

Despojador

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada Gas pobre

Etano

Gas rico del sistema de refrigeració n

Aceite pobre

Metano

Aceite Rico Absorbedor

Presaturador

Tanque de expansión

Deetanizadora

Despojador

-.

$

Procesos de Absorción Refrigerada