DESHIDRATACION POR
ADSORCION
TAMICES MOLECULARES
ASPECTOS GENERALES
EL PROCESO
CARACTERISTICAS OPERATIVAS
LAS VARIABLES DEL PROCESO
DIMENSIONAMIENTO
PROBLEMAS OPERACIONALES
CONTENIDCONTENIDOO
ASPECTOS ASPECTOS GENERALESGENERALES
“ADSORCION” : PROCESO EN EL CUAL MOLECULAS DEL GAS SON “SOSTENIDAS” EN LA SUPERFICIE DE UN SOLIDO POR ADSORCION SUPERFICIAL
ALTA AREA SUPERFICIAL
POSEE “ACTIVIDAD” AL COMPONENTE A SER REMOVIDO
ALTA TASA DE TRANSFERENCIA DE MASA
REGENERACION FACIL Y ECONOMICA
BUENA ACTIVIDAD DE RETENCION CON TIEMPO
BAJA RESISTENCIA AL FLUJO DE GAS
ALTA RESISTENCIA MECANICA PARA RESQUEBRAJAMIENTO
BAJO ΔV ENTRE ADSORCION Y REGENERACION
“EL MATERIAL “ADSORBENTE” TIENE :
ASPECTOS ASPECTOS GENERALESGENERALES
500-800 m2/gramo (2400000-3900000 pie2/lb) DE AREA INTERNA (AREA EXTERNA DESPRECIABLE)
ADSORBENTES COMERCIALES:
ASPECTOS ASPECTOS GENERALESGENERALES
BAUXITA - NATURAL (Al2O3)
ALUMINA - BAUXITA PURIFICADA
GELES - MANUFACTURADOS POR REACCION (SiO2)
TAMICES MOLECULARES – Ca, Na, Si, Al (ZEOLITAS)
CARBON – ACTIVADO PARA CAPACIDAD DE ADSORCION
TODOS EXCEPTO CARBON SON UTILIZADOS PARA DESHIDRATACION (ADSORBE HC Y NO H2O)
CAPEX CAPEX ↑↑
Propiedad Silica Gel Grado 03
Mobilbead R
Mobilbead H
Alumina Gel H-151
Alumina F-1
Tamiz mol. 4A-5A
Area Sup (m2/g) 750-830 550-650 740-770 350 210 650-800Vol. Poro (cm3/g) 0,40-0,45 0,31-0,34 0,50-0,54 0,35 0,21 0,27
Diam Poro (A) 21-23 21-23 27-28 43 26 11Densidad (kg/m3) 721 785 721 833-881 801-881 689-721
Cp (kJ/kg-oC) 0,92 1,05 1,05 0,84 1,0 1,0
ASPECTOS ASPECTOS GENERALESGENERALES
Molécula Diámetro (A)
Molécula Diámetro (A)
Molécula Diámetro (A)
H 2,4 H2S 3,6 C3 4,9CO2 2,8 Metanol 4,4 nC4-nC22 4,9N2 3,0 C1 4,0 iC4-iC22 5,6
H2O 3,2 C2 4,4 Benceno 6,7
EL DIAMETRO DE PORO DEBE SER SUFICIENTE PARA ADMITIR LAS MOLECULAS
1 cm → 108 A
ASPECTOS ASPECTOS GENERALESGENERALES
ALUMINA: FORMA HIDRATADA DE Al2O3. AL MANUFACTURAR SE ELIMINA Fe. SE ACTIVA SECANDO PARTE DEL AGUA ADSORBIDA EN SU SUPERFICIE
GEL: SOLIDO AMORFO Y GRANULAR. NOMBRE GENERICO DE SiO2 O COMBINACION CON AL2O3
TAMIZ MOLECULAR: SILICATO DE ALUMINIO EN FORMA DE METAL CRISTALINO COMPUESTOS DE Na2O3, Al2O3, SiO2, CARGADO ELECTRICAMENTE EN LAS CAVIDADES DE LOS CRISTALES (ATRAEN AGUA)
OHOAlOHOAl Calor232232 1:3: →
TipoφPoro (A)
FormaCapacidad H2O (%wt)
Moléculas adsorbidas
Moléculas excluidas
Aplicación
3A3
Talco1/16 Pellets1/8 Pellets
232020
Moléculas φ < 3 A incluyen H2O, NH3
Moléculas φ > 3 A
Preferido para deshidratación de insaturados: gas craqueado, propileno, butadieno, acetileno, así como liquidos: metanol y etanol
4A
4
Talco1/16 Pellets1/8 Pellets8 x12 lecho4 x 8 lecho
14 x 30 malla
28,52222222222
Moléculas φ < 4 A incluyen etanol, H2S, CO2, SO2, C2H4, C2H6,C3H6
Moléculas φ > 3 A, ej: C3H8
Preferido para deshidratación en sistema cerrado gas y liquido. Aire acondicionado, empaques de medicinas, electrónica, químicos, pinturas, plásticos
5A
5Talco
1/16 Pellets1/8 Pellets
2821,521,5
Moléculas φ < 5 A incluyen n-C4H9OH, n-C4H10,C3H8 a C22H46, R-12
Moléculas φ > 5 A. ej: isomeros y aromaticos 4
anillos
Separar normal parafinas de iso parafinas y aromáticos
10X8
Talco1/16 Pellets1/8 Pellets
362828
Isoparafinas y olefinas. Moleculas con φ<8 A
Di n-butilamina y mayores
Separar aromáticos
13X10
Talco1/16 Pellets1/8 Pellets
3628,528,5
Moléculas φ < 10 A Moléculas φ > 10Deshidratación general de gas, secado de aire de instrumentos, remocion de agua y CO2, H2S
ASPECTOS ASPECTOS GENERALESGENERALES
TAMICES MOLECULARESTAMICES MOLECULARES
ASPECTOS ASPECTOS GENERALESGENERALES
SELECCIÓN DE DESECANTESSELECCIÓN DE DESECANTES
FUNDAMENTALMENTE ECONOMICO: CAPEX vs OPEX
ALUMINAS → MAS ECONOMICAS → MAYOR TORRE PARA MISMA CAPACIDAD → MAYOR ENERGIA
TAMICES→ MAS VERSATILES → MAS COSTOSAS → MAYOR DESHIDRATACION
Desecante Pto de rocío salida
Alumina - 73 oC / -100 oFGeles - 60 oC / -76 oF
Tamices moleculares - 90 oC / -130 oF
EL EL PROCESOPROCESO
GAS A DESHIDRATAR
GAS HUMEDO CALIENTEGAS DE REGENERACION
400-600 oF
200-315 oC
ABIERTA
CERRADA
5-10% de Gas Total
EL EL PROCESOPROCESO
EXISTEN TRES FUENTES DEL GAS DE EXISTEN TRES FUENTES DEL GAS DE REGENERACIONREGENERACION::
GAS DE ENTRADA: ENVUELVE RE-SATURACION
SISTEMA CERRADO SEPARADO DE LA CORRIENTE DE PROCESO: REQUIERE UN SISTEMA DE TUBERIAS SEPARADO
GAS SECO DESHIDRATADO DE LA UNIDAD: MAS EFICIENTE, MAYOR COSTO, LA NORMA EN PROCESOS CRIOGENICOS
EL EL PROCESOPROCESO
FRCFRC
ADSORCION
REGENERACION
ENFRIAMIENTO
CALENTADOR
CONDENSADORSEPARADOR
SECADO
ENFRIAMIENTO
REGENERACION
RE SECADO
CICLO ABIERTO CICLO ABIERTO UTILIZANDO GAS UTILIZANDO GAS HUMEDO PARA HUMEDO PARA ENFRIAMIENTO Y ENFRIAMIENTO Y CALENTAMIENTOCALENTAMIENTO EN ESE ORDENEN ESE ORDEN
EL EL PROCESOPROCESO
FRCFRC
ADSORCION
REGENERACION
ENFRIAMIENTO
CALENTADOR
CONDENSADOR SEPARADOR
HX
CICLO ABIERTO CICLO ABIERTO UTILIZANDO GAS UTILIZANDO GAS HUMEDO PARA HUMEDO PARA CALENTAMIENTO Y CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTOENFRIAMIENTO EN EN ESE ORDENESE ORDEN
SECADO
ENFRIAMIENTO
REGENERACION
RE SECADO
EL EL PROCESOPROCESO
FRCFRC
ADSORCION
REGENERACION
ENFRIAMIENTO
CALENTADOR
CONDENSADOR
SEPARADOR
HX
CICLO ABIERTO CICLO ABIERTO UTILIZANDO GAS UTILIZANDO GAS HUMEDO PARA HUMEDO PARA CALENTAMIENTO CALENTAMIENTO GAS SECOGAS SECO PARA PARA ENFRIAMIENTOENFRIAMIENTO EN EN ESE ORDENESE ORDEN
FRCFRC
SECADO
ENFRIAMIENTO
REGENERACION
RE SECADO
EL EL PROCESOPROCESO
ADSORCION
REGENERACION
ENFRIAMIENTO
CALENTADOR
CONDENSADOR
SEPARADOR
CICLO CICLO CERRADOCERRADO UTILIZANDO GAS UTILIZANDO GAS SECO PARA SECO PARA ENFRIAMIENTO Y ENFRIAMIENTO Y CALENTAMIENTOCALENTAMIENTO
FRCFRC HX
COMPRESOR
SECADO
ENFRIAMIENTO
REGENERACION
RE SECADO
EL EL PROCESOPROCESO
CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS OPERATIVASOPERATIVAS
RANGO OPERATIVO: T < 50 oC PARA UTILIZAR CAPACIDAD DE SECADO. GAS ENCIMA DE PTO HIDRATOS. SIN LIMITACIONES EN P
TIEMPO DE VIDA DESECANTE: 3-5 AÑOS LIMITADO POR HC, POLVO Y ROMPIMIENTO
DESHIDRATACION OBTENIDA: -75 A 125 oC (-103 a -193 oF)
DURACION DEL CICLO: VARIA CON CARGA DE AGUA Y TASA DE GAS ENTRE 8-24 HORAS
FLUJO DE GAS: DESCENDENTE PARA DESHIDRATACION
REGENERACION: VARIA CON TIPO DE DESECANTE. T → 175-300 oC (347-572 oF). 5-15% DE CORRIENTE TOTAL. EN CICLO DE 8 HORAS, 6 HORAS PARA CALENTAR Y 2 PARA ENFRIAMIENTO EN DOS TORRES
CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS REGENERACIONREGENERACION
METODO DE CALENTAMIENTO: PARTE DE LA CORRIENTE PRINCIPAL SE DESVIA
TEMPERATURA: 175-300 oC (347-572 oF). T ↑ INCREMENTA CAPACIDAD [ERO RECORTA VIDA UTIL DESECANTE. EL AGUA RETENIDA SE LIBERA A 125 oC (257 oF). DEL CALENTADOR, EL GAS SALE A 200-350 oC (392-662 oF)
DIRECCION DEL GAS: CONTRACORRIENTE AL FLUJO DE GAS.
TASA DE FLUJO: 5-15% DEL GAS TOTAL. FLUJO DEBE SER SUFICIENTE PARA CALENTAR EN EL TIEMPO DEL CICLO HASTA T REQUERIDA PARA VAPORIZAR EL AGUA
CALOR REQUERIDO: CALOR DE DESORCION DEL AGUA + CALOR SENSIBLE DEL DESECANTE Y RECIPIENTE
TIEMPO REQUERIDO: PARA LLEVAR EL GAS DE REGENERACION A LA TEMPERATURA DESEADA: 65-75 % DEL CICLO TOTAL
CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS REGENERACIONREGENERACION
FUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL IIFUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL II
LAS VARIABLES DEL LAS VARIABLES DEL PROCESOPROCESO
SE ESTABLECE CARGA DE AGUA POR 24 HORAS Y DEW POINT DE AGUA (SE SUPONE 100 % REMOCION)
SE ESTABLECE EL CICLO DE SECADO (MTZ NO ALCANZA EL FINAL DEL LECHO)
SE EXPONE EL GAS AL DESECANTE. EXISTE UNA COMBINACION INFINITA DE LONGITUD DE CICLO Y # TORRES
SE OPTIMIZAN LAS VARIABLES DEPENDIENTES:
DURACION DEL CICLO
VELOCIDAD PERMISIBLE
DESEMPEÑO DINAMICO
REQUERIMIENTOS DE REGENERACION
ΔP
CAPACIDAD DEL CAPACIDAD DEL DESECANTEDESECANTE
ZONA DE EQUILIBRIO O SATURACION: EL ZONA DE EQUILIBRIO O SATURACION: EL DESECANTE ES SATURADO CON AGUA Y DESECANTE ES SATURADO CON AGUA Y NO TIENE CAPACIDAD DE ABSORCIÓN NO TIENE CAPACIDAD DE ABSORCIÓN ADICIONAL. ADICIONAL.
ZONA DE TRANSFERENCIA (MTZ): EXISTE ZONA DE TRANSFERENCIA (MTZ): EXISTE UN GRADIENTE DE COMPOSICIÓN. TODA UN GRADIENTE DE COMPOSICIÓN. TODA EL AGUA ES ADSORBIDA EN ESTA ZONA. EL AGUA ES ADSORBIDA EN ESTA ZONA. AL OPERAR MUCHO EN ADSORCION SE AL OPERAR MUCHO EN ADSORCION SE MUEVE AL FONDO (BREAKTHROUGHT) MUEVE AL FONDO (BREAKTHROUGHT)
ZONA ACTIVA: EL DESECANTE TIENE 100 ZONA ACTIVA: EL DESECANTE TIENE 100 % DE REMOCIÓN DE AGUA, PUES % DE REMOCIÓN DE AGUA, PUES CONTIENE EL CONTENIDO RESIDUAL DE CONTIENE EL CONTENIDO RESIDUAL DE REGENERACIÓNREGENERACIÓN
ADSORCION
AL OPERAR EN AL OPERAR EN ADSORCION SE ADSORCION SE MUEVE AL FONDO MUEVE AL FONDO (BREAKTHROUGHT) (BREAKTHROUGHT)
L1
L2
L3
CAPACIDAD (UTIL) DEL CAPACIDAD (UTIL) DEL DESECANTEDESECANTE
Bauxita: 4-6 kg agua por 100 kg de desecante
Alumina: 4-7 kg agua por 100 kg de desecanteGeles: 7-9 kg agua por 100 kg de desecanteTamices moleculares: 9-12 kg por 100 kg de desecante
DEGRADACION: PERDIDA DE AREA ACTIVA DEBIDO A CONTAMINACION QUE NO PUEDE SER REGENERADO
HC PESADOS
AMINAS
GLICOLES
INHIBIDORES DE CORROSION
AGUA LIQUIDA (DEPOSITA SALES)
FILTROS SEPARADORES
LECHO DE ADSORBENTE GASTADO
φ Y L DE RECIPIENTES
CICLO DE ADSORCION
CARGA DE ADSORBENTE
CALOR DE REGENERACION
DIMENSIONAMIENTDIMENSIONAMIENTOO
DADO: CARGA DE AGUA, LONGITUD DEL CICLO, CONFIGURACION DE TORRES, EL RECIPIENTE DEBE SER CAPAZ DE:
DIMENSIONES DE DIMENSIONES DE RECIPIENTESRECIPIENTES
PROVEER SUFICIENTE AREA PARA RESTRICCIONES DE ΔP
SUFICIENTE VOLUMEN PARA ACOMODAR LA CARGA DE DESECANTE
SUFICIENTE LONGITUD PARA EVITAR QUE LA ZONA MTZ NO SUPERE LA LONGITUD TOTAL DEL RECIPIENTE
DIMENSIONES DE DIMENSIONES DE RECIPIENTESRECIPIENTES
AGUA ADSORBIDA POR CICLO
[ ]salidaentrada WWQAdsorbidaAgua −⋅≈
CARGA DE AGUA
⋅⋅≈
2053,0
d
WQq
Métrico InglesQ Caudal estándar MM m3/d MM scfdW Contenido de agua Kg/MMm3 Lbs/MMscfq Carga de agua Kg/hr-m2 Lbs/hr-pie2
d Diámetro del lecho m pie
DIMENSIONAMIENTO: DIMENSIONAMIENTO: DIAMETRODIAMETRO
VELOCIDAD SUPERFICIAL A TRAVES DEL LECHO (EQ ERGUN MODIFICADA)
2gVCVB
L
Pg ⋅⋅+⋅⋅≈∆ ρµ
Metrico InglesΔP/L Caída de presión kPa/m Psi/pie
μ Viscosidad del gas cP cPVg Velocidad superficial de gas m/min Pie/minρ Densidad del lecho Kg/m3 Lb/pie3
B,C Constantes
Métrico Ingles
Tipo de partícula B C B C
1/8” esferica 4,16 0,00135 0,0560 0,00008891/8” extrudada 5,36 0,00189 0,0722 0,0001241/16” esferica 11,3 0,00207 0,152 0,0001361/8” extrudada 17,7 0,00319 0,238 0,000210
≈
lecho
gasg A
QV
DIMENSIONAMIENTO: DIMENSIONAMIENTO: DIAMETRODIAMETRO
VELOCIDAD PERMISIBLE PARA TAMICES VELOCIDAD PERMISIBLE PARA TAMICES MOLECULARESMOLECULARES
pie
psi
L
P4,0333,0 −≈∆
psiP 5max ≈∆
ΔP > 8 psi Rompimiento del tamiz
5,04
⋅⋅≈V
qD
π
D Diámetro (pie)q Caudal (pie3/s)V Velocidad (pie/s)
FUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL IIFUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL II
DIMENSIONAMIENTO: DIMENSIONAMIENTO: LONGITUDLONGITUD
LA LONGITUD DEL LECHO (hb) ES DEPENDIENTE DE:
CAPACIDAD UTIL DEL DESECANTE, x
DURACION DEL CICLO DE ADSORCION,
Hb, x, θ SE SELECCIONAN POR ENSAYO Y ERROR
CAPACIDAD DEL CAPACIDAD DEL DESECANTEDESECANTE
MTZMTZ
ACTIVAACTIVA
MTZMTZ
ACTIVAACTIVA
MTZMTZ
ACTIVAACTIVA
Ciclo de absorciónCiclo de absorciónInicioInicio FinalFinal
EQUILIBRIO
EQUILIBRIOhB
adsorcionciclobh
<θ