Estudio de Caso #1 Planta de Procesamiento de Gas Natural - Ajuste de Dew Point

Ing. Christian Viladegut Marzo 2012

SIMULACION APLICADA A LA INDUSTRIA DE GAS Y PETROLEO

Ejercicio N 1: PROCESAMIENTO DE GAS NATURAL -PLANTA DE AJUSTE DE DEW POINT Se deben tratar dos corrientes de Gas Natural provenientes de pozos diferentes de tal manera de especificar el punto de rocío, el contenido de CO2 y contenido de agua para su posterior venta. Las corrientes de gas se alimentan a una unidad de Ajuste de Dew Point. El hidrocarburo líquido es enviado a un tren de fraccionamiento donde se recupera el GLP (Gas Licuado de Petróleo). 1. Las condiciones de las corrientes de alimentación se detallan en la siguiente tabla:

DATOS UNIDAD POZO_1 POZO_2

Temperatura °F 148 130

Presión psig 1130 1140

Caudal MMSCFD 30

40

Composición (Base Seca)

%molar

C1 86.66 86.53

C2 5.52 6.29

C3 1.78 2.29

IC4 0.38 0.82

Nc4 0.57 0.64

iC5 0.33 0.31

nC5 0.24 0.17

C6 0.36 0.098

C7 0.32 0.088

C8 0.29 0.035

C9 0.08 0.024

C10 0.027 0.019

C11 0.012 0.011

C12 0.008 0.007

C13 0.001 0.005

C14 0.002 0.003

N2 0.52 0.41

CO2 2.9 2.25 TOTAL 100 100


2. Las corrientes de gas contienen agua libre en una cantidad igual a: Pozo 1: WGR = 15 bll/MMscf Pozo 2: WGR = 10 bll/MMscf 3. Caracterizar las dos corrientes siguiendo los pasos del Estudio de Caso #3. Incluir el “agua” en la lista de componentes y seleccionar Peng-Robinson como modelo Termodinámico. 4. Una vez definido el “Fluid Package” ingresar al entorno de simulación y con F4 activar la paleta. Antes de iniciar la simulación ajustar las unidades al sistema ingles. Cambiar las unidades de Flujo Molar a MMscfd. 5. Instalar dos corrientes de materiales y nombrarlos Pozo1 y Pozo2 e ingresar los datos de la tabla (Composición; Presión; Temperatura; Flujo Molar)


6. Las corrientes de gas deben mezclarse con las de agua de acuerdo al WGR de cada pozo. Para las corrientes de agua considerar las condiciones de presión y temperatura de las corrientes de gas. 7. Mezclar las corrientes multifasicas para generar la corriente de ingreso a la planta, llamarla “Gas Húmedo” 8. Para utilizar una corriente independiente de las de mezcla instalaremos una corriente de materiales y copiaremos la información de “Gas Húmedo” 9. Instalar la corriente de materiales y llamarla “G-1”. Hacer clic en el botón “Define from Other Stream” para transferir la información. Seleccionar la corriente “Gas Humedo” y dar “Ok”.


10. El objetivo es obtener un gas tratado que cumpla con las especificaciones de venta al Brasil, según se detalla en la siguiente tabla.

PARAMETRO UNIDAD VALOR

Dew point maxima @ 640 psig °F 32

Máxima cantidad de agua lb/MMSCF 5.9

HHV min @ 60ºF y 14.696 psia BTU/Sft3 1033.8

Porcentaje molar max. CO2 % 2

Porcentaje molar max. N2 % 2

Porcentaje molar max. CO2 + N2 % 3.5

11. Para ajustar la temperatura de Rocío debemos separar los hidrocarburos licuables. Para ello debemos enfriar la corriente a un grado que la temperatura de rocío a la presión de 640 psig verifique la especificación. El ajuste se realizara en una Unidad de Ajuste de Dew Point que consiste básicamente en etapas de enfriamiento y separación. El CO2 se eliminara en una Unidad de Endulzamiento con Aminas y el Agua en la misma unidad de Ajuste de Dew Point por inyección de Glycol. 12. Antes de ingresar a la Unidad de Ajuste de Dew Point, los líquidos libres de la corriente de gas deben ser separados. Previa la separación, la G-1 será enfriada en un aeroenfriador (AE-1) hasta una temperatura de 100°F. 13. De la paleta instalar un Aeroenfriador. Este requiere de la siguiente información para que pueda resolverse:

• Corriente de Entrada y Salida (Conexiones) • NO requiere una corriente de energía • Presión a la Salida o Caída de Presión (mas común) • Coeficiente Global de Transferencia (UA), Caudal de Aire o Temperatura Salida

(mas común) • Temperatura Aire

Ingresar la siguiente información:

Parámetro AE-1 Caída de Presión 7 psi Temperatura Ambiente 82 °F Temperatura Salida (Proceso) 100°F Corriente de Entrada G-1 Corriente de Salida G-2


En “Connections” introducir las corrientes de entrada (G-1) y salida (G-2)

En “Parameters” � Mantener el modelo en “Air Cooler

Simple Design” � Introducir 5 psi de caída de presión � Introducir 82 °F Temperatura Ambiente

En la Pestaña “Worksheet” introducir la temperatura de Salida


14. En la pestaña “Performance” se pueden ver los resultados. 15. Abrir la corriente G-2. Se puede ve las condiciones de las tres fases involucradas; propiedades y composiciones.



16. Instale un Separador Trifasico para separar las fases involucradas (Gas/HC Liquido/Agua). Al ser un separador flash solo se requiere especificar la corriente de entrada y las corrientes de salida. **--- 18. En esta primera etapa de separación un % de Hidrocarburos licuables ya fue separado. Vamos a verificar cual es la temperatura de Rocio de la corriente G-3. Como la referencia es 640 psig, vamos a crear una corriente auxiliar de cálculo a la cual transferiremos la composición.


19. Instale una corriente. Llámela “Calculo DP”, copie la composición de la corriente G-3 y anote la presión de 640 psig y Vap Frac = 1. 20. Determinar:

a) La Curva de Fases de la corrientes: G-3 y L-1.

El resultado da un Punto de Rocio de 124 °F


b) Los siguientes parámetros para la corriente G-3:

a. Punto Crícondentermico (Temp. Máxima) b. Punto Cricondenbárico (presión máxima) c. Temperatura de Burbuja a 6000 Kpa d. Punto de Rocío a 500 psia e. Temperatura para una mezcla 50% vapor a 1100 psia.

c) La carga Térmica del Aeroenfriador(AE-1) en (MMBTu/hr) y

el flujo masico de aire (lb/hr) d) El diámetro de tubería requerida para las corrientes G-3 y L-1 a la salida del

separador Sep_1. Utilizar la herramienta (Utility – Pipe Sizing ).

e) Las dimensiones del separador. Utilizar la herramienta (Utility – Vessel Sizing ). Considerar tiempos de residencia de: 5 min.

21. El gas que sale del separador (G-3) tiene un Punto de Rocío elevado (124°F) y un contenido de CO2 de 2.52%. Es así que esta corriente debe ser enfriada aun más y debe reducirse el contenido de CO2 a un 2%. Como la diferencia es de solo 0.52% no conviene pasar todo el gas por la unidad de endulzamiento. Se pasará un % del caudal total y el resto se bypaseara. A la corriente de gas que ingrese a la unidad de endulzamiento se le reducirá el contenido de CO2 a un 0% de tal manera que cuando se mezcle con la corriente que se bypasea el contenido de CO2 especifique en un 2%. 22. Se debe tomar en cuenta que el proceso de endulzamiento con aminas utiliza un modelo termodinámico denominado “Amine” y no Peng Robinson. El modelo “Amine” acepta componentes hasta C12, por lo que los componentes C13 y C14 de la corriente G-3 quedarían eliminados. 23. Además al existir incompatibilidad entre los modelos “Amine” y “Peng Robinson” lo que se hará es simular la unidad de endulzamiento por separado y en este caso se utilizara una operación unitaria denominada “Component Splitter” en el cual el contenido de CO2 se reducirá a 0%. 24. De la Paleta instale una Te en la simulación y divida la corriente G-3 en partes iguales (50%) en un principio.

R.

R. G-1 L-1


25. De la paleta instale la operación “Component Splitter” . En la pagina de “Connections” conecte G-4 como la corriente de entrada y “CO2”, “G-6” como corrientes de salida.

En “Connections” ingrese las corrientes G-4 y G-5 como corrientes de salida

En “Parameters” ingrese razones de flujo de 0.5 en las corrientes G-4 y G-5


26. En “Parameters” seleccionar “Use Stream Flash Specifications” ya que la corriente de CO2 y Gas de salida estarán en condiciones diferentes. Ingresar una temperatura y presion de CO2 de 60°F y 5 psig. Una presion de 1128 psig en G-6 27. En “Splits” asignar una fracción de “1” al CO2 y “0” a los demás componentes. De esta manera el total de CO2 entrando al “Component Splitter” será separado de la corriente de gas.


28. De esta manera se ha eliminado el 100% del CO2 de la corriente G-6.


29. Ahora mezclamos la corriente que sale del “Component Splitter” (G-6) con la corriente by-paseada (G-5). Verificamos el contenido de CO2 en la corriente resultante (G-7). 30. Para especificar el contenido de CO2 al valor de venta (2.0% molar) debemos ajustar el flujo de la corriente G-4 (la razón de flujos en la derivación TEE-1) . Para ello se utilizara una herramienta de Hysys denominado “Adjust”. 31. De la paleta instale la herramienta y ábrala.

Variable a “Ajustar”. Razón de Flujo en la Derivación (Tee-1)

Variable “Meta”. Fracción Molar de CO2 en la corriente G-7

Valor Meta : 0.02


32. En “Adjusted Variable” buscar la Razón de Flujo en la TEE-1 33. En “Target Variable” buscar la Fracción Molar de CO2 en la corriente G-7

34. En “Specified Target Value” asignarle un valor de “0.02” y empezar a iterar con el botón “Start” (corresponde a 2% molar de CO2).

1 2

3 4

1

2

3

4


35. Verificar que el contenido de CO2 en la corriente G-7 sea “0.02” fracción molar. 36. Entonces la herramienta ajusto la Razón de Flujos de la TEE-1 a 0.21 para G-4. 37. Una vez ajustado el contenido de CO2 la corriente de gas puede ingresar a la Unidad de Ajuste de Dew Point. Esta consistirá básicamente de un Intercambiador Gas/Gas (E-1); un intercambiador Gas/Gasolina (E-2); un Chiller (CH); una Válvula Joule Thompson y un Separador Frio (V-2). La corriente gaseosa del separador intercambia calor con el E-G/G y la corriente liquida con el E-G/L.


38. Instalar una Te divisora y generar dos corrientes, una para alimentar el intercambiador Gas/Gas (90%) y otra para alimentar el intercambiador Gas/Liquido. Estos equipos tienen la finalidad de enfriar el gas entrante y calentar el gas tratado e hidrocarburo liquido producido.

39. La corriente G-8 alimentará el intercambiador Gas/Gas (E-1) y la corriente G-8 el intercambiador Gas/Liquido (E-2). Para ambos se utilizara un intercambiador de Tubo y Coraza. 40. Instalar en ambos casos un intercambiador Tubo y Coraza. En ambos casos la corriente de Gas ingresara por los tubos.

En “Connections” se definen las corrientes de entrada y salida.

En “Parameters” se define la razón de flujo a la salida


41. En “Connections” asignamos las corrientes de entrada (G-8) y salida (G-10) de lado de tubos. Como aun no se ha generado la corriente de gas tratado, dejamos pendiente la asignación de las corrientes de entrada y salida del lado de la coraza.

42. En “Parameters” ajustamos el modelo de intercambio de calor a tipo “weighted” y consideramos caídas de presión de 7 psi y 5 psi del lado de los tubos y coraza respectivamente.

Observe que en este equipo se puede seleccionar un paquete

de fluidos para el fluido de intercambio y de enfriamiento.


Se tienen las siguientes opciones para el modelo de intercambio: End Point Model: � Se basa en la ecuación Q = UA Ft (LMTD). � Se asume que U y calores específicos son constantes a lo largo del intercambiador � Las curvas de calor son lineales � Se utiliza cuando no hay cambio de fases Weighted Model: � Se utiliza cuando existe cambio de fase en alguno de los lados � Las curvas de calor son no-lineales � Las curvas se dividen en intervalos y se realiza un balance de energía en cada

intervalo. Steady State Rating Model:

� Hace las mismas consideraciones que el End Point Model � Puede ser utilizado cuando se dispone de la geometría del intercambiador

42. Como aun no se conoce la corriente del gas tratado especificaremos una temperatura de 70°F a la salida del intercambiador E-1, para definir la corriente de salida (G-10). Este valor será ajustado mas adelante. 43. Hacemos lo mismo para el intercambiador Gas/Liquido, en “Connections” asignamos las corrientes de entrada (G-9) y salida (G-11.) de lado de tubos. En “Parameters” ajustamos el modelo de intercambio de calor a tipo “weighted” y consideramos caídas de presión de 7 psi y 5 psi del lado de los tubos y coraza respectivamente. Para definir la corriente de salida (G-11) asignamos una temperatura de 80°F. 44. Las dos corrientes se mezclan antes de continuar enfriando en el Chiller (el enfriamiento es necesario para condensar Hidrocarburos licuables). El Chiller es un intercambiador de calor que utiliza un fluido refrigerante que por evaporación absorbe calor del fluido de proceso.

El intercambiador aún no ha quedado especificado pero sí la corriente de salida por lo que se puede continuar con la simulación hasta generar la corriente de gas tratado


45. Instale un mezclador y un enfriador de utilidades “Cooler” y llamarlo “Chiller”. Al ser un intercambiador de utilidades solo cuenta con una corriente de procesos y una corriente de energía (Carga Térmica). Abra el “Cooler” y en “Connections” asigne la corriente de entrada (G-12); la corriente de salida (G-13) y la corriente de energía (Q-CH). 46. Como aun no se conoce la temperatura adecuada de enfriamiento, se asumirá un valor de 20 °F , el cual será ajustado mas adelante. 47. Los líquidos condensados se separan en un separador de baja temperatura (V-2), mientras el gas es retornado al intercambiador Gas/Gas para pre-enfriar una fracción de la alimentación. El líquido es retornado al intercambiador Gas/Liquido para pre-enfriar la otra fracción de la alimentación


48. Asignar corrientes de salida G-15 en el intercambiador E-1 y L-3 en el intercambiador E-2. 49. Una vez definida la corriente de gas frió ajustar las especificaciones del E-1 y E-2 de tal manera que el Min Approach no sea mayor a 12 F. 50. Para determinar el punto de rocío de la corriente G-15 (gas de venta) instalaremos una corriente auxiliar, llamada “Calculo DP” a la cual transferiremos la composición de la corriente G-15 a través de la herramienta “Balance” que sirve para transferir y actualizar información de una corriente a otra 51. De la paleta instala una corriente y llámela “Calculo DP”. También instale la función “Balance”. Ingresa al entrono y en “Conections” asigne la corriente G-15 como ingreso y Calculo-DP como salida.

1

2

3


52. En “Parameters” elegimos la opción “Component Mole Flow” para transferir solo la composición molar

53. En la corriente “Calculo DP” ingresa una presión de 640 psig y un VapFrac = 1 y el simulador calculara la temperatura de Dew Point.


54. La temperatura del Chiller deberá ser ajustada hasta que la temperatura del punto de rocío del gas tratado cumpla con la especificación del gasoducto. Utilizar la operación Adjust para realizar el ajuste. De la paleta instale la herramienta y ábrala. En “Adjusted Variable” buscar la Temperatura de la corriente G-13 (salida del Chiller).

55. En “Target Variable” buscar la temperatura de la corriente “Calculo DP”. En

“Specified Target Value” asignar un valor meta de 30°F


56. En “Parameters” incrementar el # de iteraciones a 100. Una vez completada la información iniciar el ajuste con “Start”. 57 Determinar:

a) Las curva de calor del E-1 y E-2 b) La carga termica (MMBTu/Hr) de los intercambiadores E-1 y E-2 c) La carga termica (MMBTu/Hr) del Chiller

d) La temperatura de salida de Chiller para cumplir la especificación del Gas de Venta.

(Utilizar la operación Balance y Adjust) 58. Verificar que los demás parámetros hayan especificado. Utilizar la herramienta “Spreadsheet” para calcular el contenido de agua y el poder calorífico en las unidades de la tabla de especificación. 59. Hasta esta etapa no se ha tomado en cuenta la presencia de agua en la corriente de gas y el riesgo de formación de hidratos. Utilizando la herramienta (Hydrate Formation Utility) determinar si habrá formación de hidratos y a que temperatura. Para evitar la formación de hidratos instalar en la simulación una corriente de una solución de Glycol con las siguientes características:

• La presión y temperatura del separador de entrada Sep-1 • Composición: Monoetilenglycol (MEG) 80% peso; Agua 20%. • Caudal variable. • Punto de inyección: Ingreso intercambiador E G/G.

Determinar :

a) El caudal de solución de glycol requerido para cumplir con la especificación del gas de venta y eliminar la probabilidad de formación de hidratos.

60. Las corrientes liquidas provenientes de los separadores V-1 y V-2 son ricas en C3+. Para separar el GLP y Gasolinas se hará uso de un tren de fraccionamiento que consistirá de una torre De-etanizadora y una De-butanizadora.

61. Los productos líquidos deberán cumplir con las siguientes especificaciones de venta:

R. Q

R. Q


a) Gas Licuado de Petróleo (GLP)

PARAMETRO UNIDAD VALOR TVR Psia 80 (min) – 180 (max) %C2 % molar 2 (max) %C5+ % Vol 2 (max)

b) Condensado

PARAMETRO UNIDAD VALOR RVP Psia 7 (min) – 12 (max)

62. La corriente Liquida (L-1) proveniente del V-1 es despresurizada a 280 psig. Para ello instale una válvula y especifique la presión de salida. La expansión producirá una corriente vapor que deberá separarse. Instale un separador trifasico (V-8). La corriente gaseosa (GR-1) rica en metano y etano será recomprimida mas adelante. La corriente liquida (L-5) alimentara la torre de-etanizadora 63. La corriente L-5 se precalienta con el producto de fondo antes de ingresar a la torre deetanizadora. La corriente se calienta hasta 110 °F y tiene una caída de presión de 5 psi. Como aun no se conoce la corriente de fondo se hará el balance del lado de tubos, dejando pendiente la instalación del lado de la coraza.


64. La corriente Liquida (L-3) proveniente del V-2 es despresurizada también a 280 psig. Para ello instale una válvula y especifique la presión de salida. La expansión producirá una corriente vapor que deberá separarse. Instale un separador trifasico (V-2). La corriente gaseosa (GR-2) rica en metano y etano será recomprimida mas adelante. La corriente liquida (L-7) alimentara la torre de-etanizadora. 65. Para que la presión en L-6 sea la misma que L-4 se utilizara la herramienta “SET” 66. Instale la función “SET” e introduzca los siguientes parámetros.

Parámetro SET-1 Variable Meta Corriente L-6 Fuente Corriente L-4 Multiplicador (pendiente) 1


Valor de Inicio 0 psia

67. Para la Deetanizadora instale una torre con condensador y reboiler. Complete la hoja de “Conexiones” con la siguiente información:

Conexión Nombre Deetanizadora Numero de Etapas 15 Alimentación L-7 (salida V-4) 1 Alimentación L-5 8 Tipo de Condensador Reflujo Total Corriente de Tope GR-3 Corriente de Fondo L-8 Calor Condensador QCD Calor Rebolier QRD

68. Una vez completada la hoja 1 de “Conexiones” continuar a la tercer hoja, donde se debe especificar el perfil de presión en la torre. Considerar una presión en el condensador de 275 psig (presión de cabeza – 5 psi de caída) y una caída de presión en la torre de 7 psi.


69. La convergencia de la torre se logra a través del balance de materia. En la hoja de “Diseño” especificar en “Monitor” el flujo masico de metano y etano (aprox.) y una relación de reflujo de 1.0.


70. Una vez la torre converja, cambiar en “Monitor” la especificación de la columna a: 71. En “Performance” ver el resultado de la simulación.

72. En el “Column Environment” se puede ingresar al entorno de la columna y ver a detalle su configuración y los resultados.

Monitor Relación de Reflujo 0.1 Contenido Max. de C2 en la corriente L-8

1%


73. Una vez generada la corriente de fondo (L-8) completar la especificación del intercambiador E-3.

74. La corriente liquida del intercambiador E-3 (L-9/L-10/L-10A) alimenta la debutanizadora donde se separan las gasolinas del GLP. 75. Como la debutanizadora opera a 150 psig, despresurizar la corriente L-9 a 155 psig, instalando una válvula.

76. La corriente L-10 se precalienta con el producto de fondo antes de ingresar a la torre debutanizadora. La corriente se calienta hasta 280 °F y tiene una caída de presión de 5 psi. Como aun no se conoce la corriente de fondo se hará el balance del lado de tubos, dejando pendiente la instalación del lado de la coraza.


77. Para la debutanizadora instale una torre con condensador y reboiler. 78. Complete la hoja de “Conexiones” con la siguiente información:

Conexión Nombre Debutanizadora Numero de Etapas 15 Alimentación L-9 8 Tipo de Condensador Condensación

Total Corriente de Tope GLP Corriente de Fondo L-10 Calor Condensador QCB Calor Reboiler QRB

79. La torre opera a una presión de cabeza de 150 psig . Se estima una caída de presión de 6 psi en la columna. (Considerar caídas de presión de 5 psi en el condensador y reboiler).


80. La convergencia de la torre se logra a través del balance de materia. En la hoja de “Diseño” especificar en “Monitor” el flujo masico de propano y butanos (aprox.) y una relación de reflujo de 1.0.

81. Una vez la torre converja, cambiar en “Monitor” la especificación de la columna a:

Monitor TVR max. En la corriente L-11 12 psia Contenido Max. de C5+ en la corriente GLP

2% vol


82. En “Performance” ver el resultado de la simulación. 83. En “Utilities/Cold Properties” verificar que la TVR del GLP este dentro especificación. 84. Una vez generada la corriente de fondo (L-11) completar la especificación del intercambiador E-4


85. El GLP producido debe ser enfriado a la temperatura de almacenamiento (90°F). Para ello instale un aeroenfriador e introduzca la siguiente información.

Parámetro AC-2 Corriente de Entrada GLP Corriente de Salida GLP-1 Delta P 5 psi Temperatura Aire 82°F

86. El condensado producido debe ser enfriado y despresurizado a la temperatura y presión de almacenamiento (100°F/20 psia). Para ello instale un aeroenfriador y una válvula e introduzca la siguiente información.

Parámetro AC-3 Corriente de Entrada L-12 Corriente de Salida L-13 Delta P 5 psi Temperatura Aire 82°F

Parámetro VLV-4 Corriente de Entrada L-13 Corriente de Salida L-14 Presión Salida 20 psia


87. Las corrientes de Gas Residual (GR-1, GR-2, Gr-3) deben ser comprimidas y recirculadas a la entrada. Instale un mezclador y un compresor e introduzca la siguiente información

Parámetro Mezclador Corrientes de Entrada GR-1, GR-2 y GR-3 Corriente de Salida GR-4

Parámetro Compresor K-1 Corriente de Entrada GR-4 Corriente de Salida GR-5 Presión de Salida Presión de ingreso a la

planta Eficiencia Adiabática 80% Corriente de Energía (Trabajo) W-K1

88. La corriente GR-5 debe ser recirculada al ingreso de la planta. Para ello instale la operación lógica “Recycle” e introduzca los siguientes datos

Parámetro Función Reciclo Corrientes de Entrada GR-5 Corriente de Salida GR-6


89. Para mezclarlo con la corriente de ingreso instale un mezclador e introduzca la siguiente información. Antes debe cortar la corriente de ingreso de gas a la planta G-1.

Parámetro Mezclador Corrientes de Entrada G-1, GR-6 Corriente de Salida G-1A

90. Ahora vamos a instalar el ciclo de refrigeración mecánica. El enfriamiento en el Chiller se da por la vaporización de una corriente de propano que forma parte del ciclo. 91. El circuito de refrigeración mecánica se instalara en un SUB-FLOWSHEET (puede construirse en el PFD principal pero la idea es mostrar otra herramienta de Hysys). De la paleta instala la opción “Flowsheet”, se abrirá un menú donde seleccionamos “Stara UIT a Blank Flowsheet” 92. Ingresa al entrono del “Sub-Flowsheet” y cambie el nombre a “Refrigeración Mecánica”. Para ingresar al entorno seleccione “Sub-FlowSheet Environment”


93. Construya el circuito tomando en cuenta las siguientes operaciones unitarias.

• Un Compresor • Un Aero-Condensador • Una Válvula JT • Un Evaporador (Chiller)

94. Como el Evaporador es en realidad el Chiller tranferimos la corriente de calor Q-CH del Chiller hacia el Sub-Flowsheet.


94. Ahora debemos especificar ciertos parámetros para completar los grados de libertad del circuito de Refrigeración.

Corriente A Condición Salida del Condensador

en su Punto de Burbuja Fracción Vapor 0 Temperatura 48 °C Composición 5% C2 / 95% C3

Corriente C Condición Salida del Evaporador en

su Punto de Rocio Fracción Vapor 1 Temperatura Ts – 12°F

Equipo Evaporador Carga Térmica Q-CH

95. Hysys cuenta también con la utilidad “Tray Sizing Utility” que simplifica significativamente el diseño mecánico de una columna de destilación. El usuario puede realizar diseños preliminares a torres especificando información referida a las bandejas, internos, downcomers y baffles. 96. Añadir la utilidad “Tray Sizing Utility” de Tools|Utilities.

El “Tray Sizing Utility” tiene dos modos de calculo:

• Design : Permite realizar un diseño basado en el flujo de liquido y vapor en la torre. Especificaciones disponibles de diseño para secciones de bandeja y relleno incluyen: el tipo de internos, caídas de presión máximas permitidas y la máxima inundación permitida. Para bandejas también se incluye especificaciones como: la carga máxima del baffle y la máxima acumulación de liquido en el downcomer.


• Rating: En este modo, Hysys permite realizar evaluaciones basadas en un diámetro de torre especificada y una configuración de bandejas definido. Si se desea alguna de las dimensiones pueden no especificarse y Hysys automáticamente calcula los valores pendiente. Para evaluar una sección con empaque solo se requiere conocer el diámetro de la columna

La utilidad solo esta disponible para columnas con flujos Vapor-Liquido. No se aplica para columnas con flujo Liquido-Liquido.

97. Se trabajara con la Debutanizadora con lo que se la seleccionara con el botón “Select TS..”

98. Hysys permite al usuario seleccionar varias secciones de la torre en vez de la columna completa. Esto permite dimensionar Side Strippers independientemente de la Columna principal o dos secciones de diferente diámetro en una misma torre. En este caso añadimos la sección completa con el botón “Add Section”


99. Hysys realiza el diseño considerando algunos parámetros por default como el tipo de interno de la columna; altura entre bandejas; altura del baffle, espesor de la bandeja y otros. Estos parámetros pueden ser modificados a criterio del usuario.

100. En la pagina de Diseño “ Design-Setup “ se tiene la siguiente información:

• Section Start – End: Indica la etapa de inicio y final. Estas se pueden cambiar con el boton de opciones

• Interno: Por default Hysys utiliza la bandeja perforada (Sieve) pero se pueden seleccionar las siguientes:

Las secciones de bandeja Perforada, Valvulada o Bubble Cup tienen parámetros de configuración comunes y diferentes dependiendo el tipo de bandeja. Estos parámetros pueden ser especificados en la pagina “Spec” y “Tray Internal”

Cada tipo de bandeja utiliza diferentes métodos de calculo:

i. El cálculo de bandejas valvuladas se basa en los manuales de diseño de Glitsch,

Koch y Nutter. ii. El cálculo de bandejas perforadas se basan en el manual de válvulas para el

layout de las bandejas y correlaciones de Treybal (Mass-Transfer Operations) para cálculos de caída de presión, lloriqueo y arrastre.

iii. El cálculo de bandejas de burbujeo (Bubble Caps) se basan en los métodos descritos en libro “Design of Equlibrium Stage Processes” de Bufford D. Smith

Las secciones de empaque o relleno utilizan las correlaciones de Robbins o Sherwood-Leva-Eckert (SLE) para el calculo de de caída de presión y retención de líquidos. En la pagina “Spec” se puede seleccionar Robbins o SLE como correlación.

• El Método por default es “Design” pero se puede cambiar a “Rating” en la pagina “Spec”.


• Active: Cuando el checkbox es seleccionado los valores calculados en la utilidad son aplicados a los cálculos de la columna en el caso de simulación. Mas de una seccion puede ser activada.

• Design Limit: Indica la especificación de diseño limitante. Son cinco especificaciones

de diseño: iv. Diámetro Mínimo v. Caída de Presión vi. Inundación (Flooding) vii. Carga a Baffle (Weir Loading) para bandejas solamente viii. Downcomer backup

• Etapa Limitante: Indica la etapa en la que el diseño esta cerca de cumplir con las

especificaciones limites. En el caso de bandejas existen dos limitantes: la que esta cerca de exceder la especificación de diseño y la que satisface el área del downcomer.

101. Los resultados preliminares se pueden observar en la pestaña “Performance”

• Numero de Pasos (Flow Paths): El numero de veces que el liquido cruza la bandeja; la mayor parte son de un solo paso.

• Máxima Inundación (Max Flooding): La inundación es una condición inestable que

implica una acumulación excesiva de líquido dentro de la torre. El valor máximo recomendado de inundación es del 85% para servicios normales y 77% para sistema de vacío y requerimientos caída de presión baja.

• Máxima Acumulación en el Downcomer (Maximum Downcomer Backup):

Representa la máxima cantidad de liquido retenido en el downcomer que puede tolerar la columna antes que la inundación ocurra.


• Máxima Carga del Bafle (Maximum Weir Loading): Mide la cantidad de liquido que

fluye por el Bafle. Valores de 60 – 120 USGPM/ft son típicos

• Caídas de Presión: Estimada la caída de presión total sobre la sección y la máxima caída de presión por etapa.

102. Vamos a cambiar el diseño eligiendo bandejas del tipo valvuladas. Para ello vamos a crear

una nueva sección en la Pagina “Design – Setup” . En “Internals” cambiamos a “Valve” El calculo es inmediato.

56. En la pestaña “Performance” vemos los resultados


103. Realizar un cambio de diseño mas eligiendo Empaque (relleno). Para ello volvemos a crear una nueva sección en la Pagina “Design – Setup” . En “Internals” cambiamos a “Packed” El calculo es inmediato.

104. En la pestaña “Performance” vemos los resultados.

105. Existe la posibilidad que el caudal de gas a tratar se incremente por la entrada de

producción de un nuevo campo. A Ud se le ha encargado verificar si la Debutanizadora (Equipo considerado critico) tendrá la capacidad de procesar el incremento de caudal. Como aun no se sabe cual será el incremento de caudal se le pide determinar la capacidad máxima.

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Estudio de Caso #1 Planta de Procesamiento de Gas Natural - Ajuste de Dew Point