Transferencia De Calor Y Masa 4ta Edicion Yunus A. Cengel, Afshin J. Ghajar 1qc60

PROCESO DE SIMULACIÓN APLICADA A LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO Y GAS Hysys Nivel: Básico-Intermedio TEMA: TREN DE FRACCIONAMIENTO (Torre DeMetanizadora, De-Etanizadora, De-Butanizadora.

13 de Marzo de 2017 R. ESTREMADOIRO

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TREN DE FRACCIONAMIENTO

En el proceso al simular, se utiliza a continuaciòn un tren de 3 columnas separadoras que utilizan como materia prima dos corrientes con un cierto contenido de hidrocarburos saturados. En la primera se obtiene un gas natural en alto contenido en metano; en la segunda se obtienen dos productos en forma a de vapor y líquido enriquecidos en etano y en la tercera se obtienen dos productos líquidos/Concentrados, el 1 en propano y el otro en los HCB más pesados. La primera columna es un absorvedor con Rehervidor, la segunda es una columna de destilación con condensador parcial y la tercera es una columna con condensador total.

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QUE ES EL FRACCIONAMIENTO?? Separación de componentes líquidos de una mezcla Ebullición – condensación Cambio físico o vapor-líquido en equilibrio Mezcla de componentes en vapor en equilibrio con mezcla de componentes en líquido  Componentes más livianos se separan en vapor  Componentes más pesados se separan en líquido

    

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QUE ES EL FRACCIONAMIENTO??  Mezcla en ebullición

A + B + C + ....

Vapor a condensador

vapor líquido A + B + C + ..... 4

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QUE ES EL FRACCIONAMIENTO??  Componentes más volátiles A + B (menor punto de ebullición) se concentran en fase vapor  Componente menos volátil C + ... (mayor punto de ebullición) se concentran en líquido

yc1 + yc2 + yc3 + …. vapor

líquido

xc1 + xc2 + xc3 + …. 5

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FRACCIONAMIENTO  Torres de platos (cada plato es una etapa) Condensador Producto de cabeza

Alimentación

Hervidor Producto de cola 6

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Ejercicio de Aplicación: Cree el PFD de la gráfica abajo y cargue los datos de las corrientes y equipos, trabaje con el paquete de fluido Peng Robinson y las unidades en Field.

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Insertamos las cromatografías y las condiciones de entrada de las dos corrientes:

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Instale una columna De-metanizadora con el nombre de “DC1” seleccionando el icono de nombre “Reboiled absorber” que aparece en la paleta de objeto y por medio del asistente, conecte las corrientes como se muestra en la figura siguiente. La corriente “Ex Duty” conectada al plato 4 es una corriente de energía con un flujo calórico de 2.0e+06 Btu/h.

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Presione el botón “Next” para abrir la página (2 de 4) e introduzca la siguiente información:  Top Stage Pressure: 330 psia  Reboiler Pressure: 335 psia Presione el botón “Next” para abrir la siguiente página (3 de 4) e introducir los siguientes estimativos opcionales de temperatura:  Optional Top Stage Temperature Estimate:  Optional Reboiler Temperature Estimate:

-126.4 ªF 80.60 ªF

Presione el botón “Next” para continuar. Para este caso, no se suministra información sobre la ultima pagina del asistente y por lo tanto, presione el botón “Done”. Aspen HYSYS abrirá entonces la ventana de propiedades de la columna que se observa en la siguiente gráfica:

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Haga clic sobre la página Monitor de la pestaña Design y observará por la banda roja como se muestra en la siguiente gráfica, que la columna no ha convergido. En el cuadro “Degrees of Freedom” se nota que hay cero grados de libertad porque la especificación Flujo del producto de cabeza o “Ovd Prod Rate” se encuentra verificada como activa, pero no se le ha asignado un valor numérico. En la especificación “Ovd Prod Rate” introduzca un valor de 2950 lbmol/h, señalándola como especificación activa y desactivando las otras, si lo están. 12

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Presione el botón “Run”, si es necesario, para que la simulación alcance su convergencia como se observa en la banda verde. Observe los perfiles de temperatura, presión y flujos a través de la columna. Aunque la columna convergió, no es practico especificar flujos por que pueden resultar columnas que no pueden converger o que producen corrientes de productos con propiedades indeseables si cambian las condiciones de alimento. Una alternativa es especificar o concentraciones o recuperaciones de componentes para las corrientes de producto de la columna. 13

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Haga clic sobre la pagina “Specs” de la pestaña “Design” de la ventana de propiedades de la columna. Presione el botón “Add” en el grupo “Column Specifications” para crear una nueva especificación. Seleccione la opción “Column Component fractions” que aparece dentro del grupo “Column Specification Types” en la ventana desplegada y presione el botón “Add Specs” que aparece en la parte inferior. Para introducir la especificación de 0.96 como fracción molar en la corriente de vapor que sale de la primera etapa de la columna, llene la ventana desplegada como lo muestra la siguiente figura:

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Elimine la ventana anterior. La página “Specs” muestra un valor de 0 para los grados de libertad aunque se ha añadido otra especificación. Esto se debe a que la especificación se ha añadido como un estimativo y no como una especificación activa. Abra la página “Monitor” y desactive la especificación “Ovhd Prod Rate” y active la especificación “Component fraction” creada. La columna debe converger observándose la página “monitor” como se muestra en la figura siguiente:

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Observe el comportamiento y desempeño de la columna desplegando las pestañas “Parameters”, “Performance” y “Worksheet”. Instale una bomba para impulsar los fondos de la columna Demetanizadora como alimento a la columna De-etanizadora y especifíquela de la siguiente manera:

Una columna De-etanizadora, haciendo doble clic sobre el icono “Distillation Column” que se encuentra en la paleta de objetos. Esta columna opera a 400 Psia, contiene 14 etapas de equilibrio y su objetivo es producir un producto de fondo que contenga etano en una relación de 0.01 con respecto al propano. Introduzca la siguiente información: 16

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Presione el botón “Done” en la página (4 de 4) y haga clic sobre la página “Monitor” de la ventana de propiedades de la columna e introduzca las siguientes especificaciones verificadas como activas:

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Presione el botón “Run” para correr la columna. Abra la pagina “Specs” y presione el botón “Add” para crear una nueva especificación, seleccione la opción “Column Component Ratio” como el tipo de especificación e introduzca la información de la siguiente gráfica:

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En la Pagina “Monitor” desactive la especificación “Ovhd Vap Rate” y active la especificación “C2/C3” creada. La simulación debe converger por que se ha especificado completamente. Observe el desempeño de la columna de Destilación. Una válvula con el objeto de expandir la corriente de fondo de la columna De-etanizadora antes de alimentarse a la columna Depropanizadora. Especifique la válvula de la siguiente manera:

Instale una columna De-propanizadora, haciendo doble clic sobre el icono “Destillation Column” que se encuentra en la paleta de objetos. Esta columna opera a 245 psia, contiene 24 etapas de equilibrio. Se buscan dos objetivos con la columna: 1)Producir un producto de cabeza que no contenga mas de 1.5 % molar de i-C4 y nC4 y 2) La concentración de propano en el producto de fondo debe ser menor que 2% molar. Introduzca la siguiente información: 19

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Presione el botón “Run” para correr la columna. ¿Cuánto es la fracción molar de propano en las corrientes de tope y fondo de la columna Depropanizadora? Abra la página “Specs” y presione el botón “Add” para crear dos nuevas especificaciones. Para especificar la composición de los butanos en el tope de la columna, seleccione la opción “Column Component fraction” como el tipo de especificación e introduzca la información que aparece en la siguiente figura: 20

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Para especificar la concentración de propano en el fondo, seleccione la opción “Column Component fraction” como el tipo de especificación e introduzca la información de la siguiente figura:

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En la pagina “Monitor” desactive las especificaciones “Distillate” y “Reflux Ratio” y active las especificaciones “i-C4+n-C3” y “C3” creadas. Observe los resultados sobre el comportamiento de la columna después que la simulación haya convergido.

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