PRACTICA Nº 5. Análisis de una columna empacada … de endulzamiento del gas natural con amina- Simulación de Procesos Barra de Menú Barra de herramientas Área de trabajo Ventana

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PRACTICA Nº 5. Análisis de una columna empacada

para absorción gaseosa utilizando un simulador

comercial

Profesores

Ing. Alexander Colina

Ing. Carmen Brock

Ing. Adriana Silva

Punto Fijo, MARZO de 2016

COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO

DEPARTAMENTO DE ENERGETICA

UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

PROGRAMA : INGENIERÍA QUÍMICA

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I. Fundamentos teóricos

I.1. Sistemas de transferencia de masa

I.2. Tipos de operaciones de transferencia de masa

I.2.1. Absorción gaseosa

Es una operación unitaria en la cual se verifica un proceso de

transferencia de masa desde una fase gas hasta una fase

líquida, que resulta de la solubilidad de uno o más compuestos

del gas en la fase líquida a una temperatura y presión dada.

1.2.2. Tipos de columnas de absorción

- Columnas Empacadas

Son llamadas también equipos de contacto continuo. En estas

se ponen en contacto dos fases, por lo general, en

contracorriente, y éstas son inmiscibles.

- Consideraciones de las columnas empacadas





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Esquema típico de absorción gaseosa – Planta de endulzamiento de gas

natural con amina





Figura # 1. Diagrama de Bloques de Planta – Proceso de endulzamiento del gas natural

con amina

La corriente de gas entra por el fondo del

contactor donde se pone en

contracorriente con el flujo de la solución

de amina que entra por el tope de la

columna, este contacto intimo entre los

componentes ácidos del gas natural y la

amina provoca una reacción química que

tiene como producto una sal regenerable

en estado líquido, por lo que es

arrastrada por la corriente que sale por el

fondo de la torre. Como el gas continua

subiendo por el absorbedor, más gases

ácidos reaccionan químicamente con la

amina. El gas dulce que abandona la

torre absorción esta saturado con agua

para deshidratación.

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II. Simulación de Procesos con Pro-II /

versión provision 9.2

II.1 Descripción de la interfaz grafica del

simulador

II.2. Procedimiento general para realizar

simulación

II.3. Ejercicio de aplicación de una simulación

de proceso

CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESOS

CONTENIDO



UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE OPERACIONALES

UNITARIAS III

Figura # 2. Simulación del Proceso de endulzamiento del gas natural con amina

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UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE OPERACIONES

UNITARIAS III

Descripción de la interfaz grafica

Es la principal herramienta para simulación de

Proceso de SimSci.PRO/II combina los recursos de

datos de una biblioteca de componentes químicos y

métodos de predicción de propiedades

termodinámicas con las técnicas de operaciones

unitarias más avanzadas y flexibles. Se puede

visualizar en un entorno grafico interactivo de

Windows®

¿Cuáles son las ventajas de

los simuladores?

Permite una

experimentación

controlada.

•

Evita costos o riesgos ya

que no es necesario

interrumpir el desarrollo del

sistema

SIMPLIFICACIÓN de los

Simplifica los procesos

productivos y evalua

diseños alternativos de

sistemas.

CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO /SIMULACIÓN

DE PROCESOS

¿Modelar? O

¿simular?

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UNITARIAS III


DE PROCESOS

Menú e Interfaz del usuario

del simulador Pro-II

1. Iniciar sesión mediante

una ventana en la pantalla

de inicio de Windows

2. Acceder al programa,

haciendo click en la parte

inferior de la ventana

emergente

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UNITARIAS III

Menú e Interfaz del usuario del

simulador Pro-II

1. Seleccionar en la barra de

herramientas un nuevo

proyecto

2. Definir las unidades de medida

3. Seleccionar los componentes

4. Definir el método

termodinámico

5. Acceder al área de trabajo y

dibujar el DFP en base a

corrientes y equipos de

proceso

6. Definir las condiciones de

proceso principales y quipos

7. Correr la simulación

8. Emitir reporte y analizar los

resultados


DE PROCESOS

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UNITARIAS III

Figura # 3. Proceso de endulzamiento del gas natural con amina- Simulación de

Procesos

Barra de

Menú

Barra de

herramientas

Área de

trabajo

Ventana de

mensajes

CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESOS /

SIMULACIÓN DE PROCESOS

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EJEMPLO DE APLICACIÓN DE UNA SIMULACIÓN CON PRO-II




UNITARIAS III

Selección de

componentes en Pro-II Se utiliza para corrientes de composición conocida. 1.- El ingreso de componentes de la base de datos se realiza mediante el botón SELECT FROM LISTS

2.-Los componentes pueden ser agrupados en familias o seleccionar ALL COMPONENTS 3.- Los componentes se buscan en la BD con base tres criterios: nombre, alias y fórmula 4.- Una vez definido los componentes se pueden

chequear sus fases mediante el botón COMPONENT PHASES

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EJEMPLO DE APLICACIÓN DE UNA SIMULACIÓN CON PRO-II




UNITARIAS III

Selección de

componentes en Pro-II Se utiliza para corrientes de composición conocida. 1.- El ingreso de componentes de la base de datos se realiza mediante el botón SELECT FROM LISTS

2.-Los componentes pueden ser agrupados en familias o seleccionar ALL COMPONENTS 3.- Los componentes se buscan en la BD con base tres criterios: nombre, alias y fórmula 4.- Una vez definido los componentes se pueden

chequear sus fases mediante el botón COMPONENT PHASES

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UNITARIAS III

CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO

Selección de componentes

de petróleo 1. Mediante el botón

PETROLEUM se pueden ingresar

cortes o componentes.

2. Para estos componentes de

petróleo las propiedades físicas y

termodinámicas se determinan

correlacionando los siguientes tres

parámetros: punto normal de

ebullición, densidad estándar de

líquido y peso molecular.

3. Debe suministrar dos de los tres

parámetros. El tercero se obtendrá

por correlación.

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UNITARIAS III


Selección

del método

termodinámico

• La información necesaria

para corrientes de

entrada en un flowsheet

son flujo, composición y

condiciones

termodinámicas.

• Las propiedades de las

corrientes de salida de

cualquier equipo, serán el

resultado de las

estimaciones del

simulador.

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UNITARIAS III


Selección

del método

termodinámico

Corrientes de proceso

La información necesaria

para corrientes de entrada

en un flowsheet son flujo,

composición y condiciones

termodinámicas.

•Las propiedades de las

corrientes de salida de

cualquier equipo, serán el

resultado de las

estimaciones del simulador.

Se selecciona el método

mas común: SRW / PR

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UNITARIAS III


Reporte de

resultados

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UNITARIAS III


Reporte de

resultados

Algoritmos de cálculo

en columnas de

destilación

Fuente: Manual de simulación de procesos,

(2016)

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UNITARIAS III


Ejercicio 1.

Una mezcla de gas contiene 6.0% de S02 y 94% de aire seco va a lavarse con

agua dulce en una torre empacada con anillos Rasching de cerámica de 1 plg

para eliminar el S02, de tal manera que el gas de salida no contendrá mas de

0.1 % en mol de S02. La torre debe tratar 1000lb/h y va a diseñarse usando

50% de la velocidad de inundación. El flujo de agua será el doble del mínimo

requerido para alcanzar esta separación. Las condiciones de operación serán

isotérmicas a 87 ºF y 1 atm de presión. Determine el diámetro y la altura de la

torre requerido. Considere:

a) Realice la curva de equilibrio del sistema

b) Realice el modelo de simulación Caso estudio (sizing) / (rating)

c) Análisis de sensibilidad.

Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos

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UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS III


I.1. Condiciones de equilibrio para el sistema S02-AIRE-AGUA

Presión S02

(mm Hg)

0.6 1.7 4.7 8.1 11.8 19.7 36.0 52.0 79.0

Composición 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.50 0.70 1.0

Densidad de

la solución

(lb/pie3)

62.16 62.17 62.19 62.21 6.22 62.25 62.32 62.3 62.47

Flujo 1000Lb/h

Temperatura 87ºC

Presión 14.7 Psia

1.2. Condiciones de operación del Proceso

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UNITARIAS III


Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos con Pro-II/9.2

SOLUCIÓN a) Curva de equilibrio. Convertir los datos de equilibrio a unidades de fracción mol y graficar

Y 0.00079 0.00224 0.0062 0.0107 0.01566 0.0259 0.0474 0.0684 0.104

X 0.0000565 0.000141 0.000281 0.000422 0.000564 0.000844 0.00141 0.00197 0.0028

Figura 1. Simulación de torre absorbedora con Pro-II version 9.2 (2016)

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UNITARIAS III


Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)


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UNITARIAS III




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UNITARIAS III




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UNITARIAS III




GENERATE TEXT

REPORT

1. Revisar los flujos

de los componentes

de la alimentación

2. Realizar análisis

de sensibilidad en

cada uno de los

equipos de proceso,

para corroborar lo

requerido

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UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS

III




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UNITARIAS III


Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada

TABLA 1. EQUIVALENCIA DE LAS DISTINTAS DENOMINACIONES COMERCIALES DE EMPAQUE,

EMPAQUES ESTRUCTURADOS

Tipos de Empaques

Desordenados o relleno

- Metálicos (restricción para corrosión > 0.25 mm/anual

- Cerámicos ( ideal para procesos de absorción química)

- Plásticos ( restricción a temperaturas > 120ºC)

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UNITARIAS III


Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada

Tipos de empaques estructurados

Criterios de dimensionamiento de columnas empacadas

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UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS III


Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada /

empaques desordenados

Determinación de diámetro –

Diagrama de Ekert

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UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS III




Caída de presión promedio

Altura de la torre empacada (HETP) “Altura equivalente de una etapa teórica)

Factor de separación de empaque > Dt/ Dp = 10 – 40 (tamaño del empaque)

Numero de etapas teóricas: < 5 etapas para maximizar la distribución de liquido

> 10 etapas disminuye la eficiencia

Empaques

desordenados

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UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS III




Consideraciones generales según el tipo de servicio en torres empacadas:

Si el servicio es limpio

-Las corrientes tienen contenido despreciable de solidos y la tendencia a la

corrosión es baja

- Tendencia a la formación de espuma

- No hay incremento súbito de la presión

- Debe usarse empaques desordenados o no estructurados para columnas de

destilación de alta presión

- Generalmente la presión tiene poco efecto en la eficiencia de los empaques al

menos por encima de presiones del orden de 0.07 a 0.14 bar abs. (1 a 2 psia).

En destilación a alta presión (> 14 a 20 bar abs.) se ha observado que

la eficiencia de los empaques estructurados disminuye con un aumento de

presión

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UNITARIAS III CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO


Datos de eficiencias publicados en empaques desordenados

Documents

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