Post on 15-Apr-2018
UNEFM 1
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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PROGRAMA : INGENIERÍA QUÍMICA
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Esquema típico de absorción gaseosa – Planta de endulzamiento de gas
natural con amina
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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
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UNITARIAS III
Figura # 2. Simulación del Proceso de endulzamiento del gas natural con amina
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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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CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO /SIMULACIÓN
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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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
CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO /SIMULACIÓN
DE PROCESOS
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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
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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
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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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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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CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO
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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CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO
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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CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO
Reporte de
resultados
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CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO
Reporte de
resultados
Algoritmos de cálculo
en columnas de
destilación
Fuente: Manual de simulación de procesos,
(2016)
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CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO
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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CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO
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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CONSIDERACIONES GENERALES EN EL DISEÑO DE EQUIPOS DE PROCESO
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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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2016)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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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Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015)
Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos
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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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Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada
Tipos de empaques estructurados
Criterios de dimensionamiento de columnas empacadas
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Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada /
empaques desordenados
Determinación de diámetro –
Diagrama de Ekert
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Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada /
empaques desordenados
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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Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada /
empaques desordenados
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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Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada /
Datos de eficiencias publicados en empaques desordenados