Fraccionamiento de los liquidos del gas natural ()

INTEGRANTES:

VANESSA VIRACA

ROCIO LUJAN

SOLEDAD FERNANDES

KARINA CASTELLON

DIANDRA CORRALES

Se le llama :

destilación al proceso mediante el cual se logra realizar la operación de fraccionamiento.

Forman:

una mezcla multicomponente la cual se separa en fracciones de compuestos individuales o mezclados, mediante una operación de fraccionamiento.

INTRODUCCION

Los líquidos recuperados del gas natural (LGN)

Descripción del proceso

El calor se introduce al rehervidor para producir los vapores de despojo.

El vapor sube atraves de la columna contactando el líquido que desciende.

El vapor que sale por la cima de la columna entra al condensador donde se remueve calor por algún medio de enfriamiento.

El líquido se retorna a la columna como reflujo para limitar las pérdidas de componente pesado por la cima.

Internos tales como platos o empaque promueven el contacto entre el líquido y el vapor de la columna.

Un íntimo contacto entre el vapor y el líquido se requiere para que la separación sea eficiente.

El vapor que entra a una etapa de separación se enfría con lo cual ocurre un poco de condensación de los componentes pesados.

La fase liquida se calienta resultando en alguna vaporización de los componentes más livianos.

De esta forma, los componentes pesados se van concentrando en la fase liquida hasta volverse producto de fondo.

La fase de vapor continuamente

se enriquece con componente liviano hasta

volverse producto de

cima.

El vapor que sale por la cima de la columna puede ser totalmente o parcialmente condensada.

En un condensador total, todo el vapor que entra sale como líquido, y el reflujo retorna a la columna con la misma composición que el producto de cima destilado.

La destilación el proceso de separación se basa en la

volatilidad relativa de los compuestos a ser separados.

La separación ocurre debido a que un componente se calienta hasta que pasa a la fase vapor y

el otro componentente permanece en la fase liquida.

Cuando la mezcla no es de dos componentes sino multicomponente.

La separación se selecciona entre dos componentes

denominados claves, por ejemplo etano y propano.

En la destilación, los cálculos se ejecutan

usando etapas teóricas de equilibrio.

La composición de estas fases están consideradas con la

constante de equilibrio como:

𝐊𝐢

=𝐘𝐢𝐗𝐢

𝐄𝐜𝐮𝐚𝐜𝐢ó𝐧 𝟏

Dónde:

• Ki: Constante de equilibrio• Xi: fracción molar del

componente i en la fase liquida.• YI: Fracción molar del

componente i en la fase vapor.

Sf=( XdXb)lk(

XbXd)hk 𝐄𝐜𝐮𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧 𝟐.

Una medida cuantitativa de la

dificultad para una separación es el

factor Sf, definido como:

El grado de separación o pureza de un producto tiene un impacto directo

sobre el tamaño de la columna y los

requerimientos de servicios.

La destilación es una técnica de separar componentes de acuerdo a su volatilidad relativa, la cual es una medida de la facilidad de separación y está dada por la razón entre la tendencia a vaporizar de dos componentes. Esta variable está definida como la relación de las constantes de equilibrio de los compuestos claves liviano y pesado así:

𝛼: Representa el factor de separación

𝐾: Constante de Equilibrio

𝐿𝐾: Clave livianos (light key)

𝐻𝐾: Clave pesados (heavy key)

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

son cilindros verticales, altos y de gran diámetro

Donde configuran el contorno de la refinería

Cada una de las torres se encarga de retirarle una porción a la cadena de hidrocarburos

TIPOS DE FRACCIONADORES

Demetanizador

Deetanizador

Depropanizadora

Debutanizadora

Tipos de Fraccionadores

Etano

Mezcla de etano –propano

Propano comercial

Butano

Butano y gasolinas

Gasolinas naturales

Mezclas de gases con especificaciones determinadas

Proceso

ALTERNATIVAS DE SECUENCIA DE TREN DE FRACCIONAMIENTO.

La secuencia directa de separar los compuestos uno a uno es la que mas favorece.

Se debe dar la prelación en la secuencia, a la separación que resulte en una división equimolar.

La separación que exija una alta recuperación de las fracciones debe dejarse para lo último en la secuencia.

“REGLAS DEL DEDO GORDO”

Componentes adyacentes cuya volatilidad relativa está cercana a la unidad deben separarse.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Antes de hacer cualquier calculo

en un problema de fraccionamiento

•Determinar la presión de

operación de la torre.

El producto de cima estará a las condiciones del

punto de burbuja

•Para un producto liquido o del punto de

roció de un producto vapor.

La presión para cualquiera de estos puntos

• Se fija por la separación

deseada de un componente y la T del medio de enfriamiento.

PRESION DE OPERACIÓN.

Consideraciones para el cálculo de la presión de

operación

Medio de enfriamiento disponible para el

condensador

Aire

Temperaturas de

115-125°F

Agua

Temperaturas de

95-105°F

Refrigerantes (refrigeración mecánica) Temperatura<

95°F

Volatilidad relativa entre los componentes claves de

separación

Menor presión- maximiza la volatilidad relativa

Costos y eficiencia de operación

Menor presión- aumento en costo

Presiones muy elevadas-menor eficiencia de proceso

El diseño de una colmfrac es un problema de balance entre el costo de inversión y el costo de energía.

La relación de la rata molar de relujo líquido dividida por la rata molar de producto neto de cima.

El duty del rehervidor es una función directa de la relación de reflujo.

Una columna de fraccionamiento puede producir solamente una separación deseada entre los límites de reflujo mínimo y el mínimo número de etapas. Para mínimo reflujo se requiere un número infinito de etapas. Para reflujo total, se requiere un mínimo número de etapas.

RELACIÓN DE REFLUJO Y NÚMERO DE ETAPAS

• Ecuación de Fenske ϡ Sistemas multicomponentes

𝑺𝒎 =𝐿𝑜𝑔(𝑆𝐹)Factor de separación

𝐿𝑜𝑔(𝛼𝑎𝑣𝑔)Volatilidad relativa promedio𝐄𝐜. 𝟓.

• Volatilidad relativa promedio

𝛼𝑎𝑣𝑔 =𝛼𝑡𝑜𝑝 + 𝛼𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚

2𝐄𝐜. 𝟔.

Ahora se determinara el mínimo número de platos teóricos por el método de winn.

𝛽𝑖𝑗 =𝐾𝐿𝐾

𝐾𝐻𝐾𝑏 𝐄𝒄. 𝟕.

Donde:𝛽𝑖𝑗=Factor de Volatilidad.𝑏= Exponente obtenido de graficas de la constante de equilibrio sobre los rangos de interés.

El mínimo número de etapas se calcula con la siguiente expresión:

𝑆𝑚 =

𝑙𝑜𝑔𝑋𝐷𝑋𝐵 𝐿𝐾

𝑋𝐵𝑋𝐷 𝐻𝐾

𝑏 𝐵𝐷

1−𝑏

log(𝛽𝑖𝑗)𝐄𝒄. 𝟖.

𝑆𝑚= Numero de etapas mínimo.

El mínimo número de platos incluye el condensador parcial y el rehervido parcial si ellos se usan.

MÍNIMO NÚMERO DE ETAPAS

Método de Undenvood ϡ Se asumen constantes la volatilidad relativa y la relación molar líquido/vapor.

1 − 𝑞 =

𝑖=1

𝑛𝑋𝐹𝑖 ∗ 𝛼𝑖(𝛼𝑖 − 𝜃)

𝐄𝐜. 𝟗.

q=1 por que el alimento esta en el punto de burbuja

𝑞 = Moles de líquido saturado en el alimento por mol de alimento.𝛼𝑖= Volatilidad relativa del componente i respeto al componente más pesado de la mezcla.

𝛼𝑖=𝐾𝑖𝐾𝑗

𝐄𝐜. 𝟏𝟎.

𝑖= Cada uno de los componentes de la mezcla.𝑗= Componente más pesado de la mezcla.

MÍNIMA RELACIÓN DE REFLUJO.

calcula la mínima relación de reflujo así:

𝐿𝑜𝐷 𝑚+ 1 = 𝑅𝑚 + 1 =

𝑖=1

𝑛𝑋𝐷𝑖

(𝛼𝑖 − 𝜃)/𝛼𝑖𝐄𝐜 𝟏𝟏.

𝜃 = Parámetro de ajuste de la ecuación.

𝐿𝑜 = Tasa de reflujo liquido, mol/Tiempo

𝑅𝑚 =Mínima relación de reflujo.

𝐷 = Tasa de productos destilados, Moles/Tiempo𝐴 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜,𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑀𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟.

NÚMERO DE ETAPAS

• El número de etapas teóricas requeridas para unaseparación dada a una relación de relujo entre elmínimo y el reflujo total, se puede determinar porrelaciones empíricas. Erbar y Maddox hicieron unaextensa investigación de cálculos defraccionamiento plato a plato y desarrollaron lacorrelación de la siguiente figura:

Figura 9: Correlación de Erbar y Madoxx querelaciona el reflujo y el numero de etapas.

Esta correlación relaciona la razón mínimo número de etapas a etapas teóricas (Sm/S), con la mínima relación de reflujo (Rm) y la relación de relujo de operación (R).

𝑅 =𝐿𝑜𝐷

𝑅𝑚𝑅𝑚 + 1

=𝐿𝑜𝑉1 𝑚

𝑅

𝑅 + 1=𝐿𝑜𝑉1

Generalmente:

1,2𝐿𝑜𝑉1 𝑚≤𝐿𝑜𝑉1≤ 1,3

𝐿𝑜𝑉1 𝑚

Esta correlación se generó sobre la base que el alimento está en su puntode burbuja. Si el alimento está entre el punto de burbuja y el punto derocío, el reflujo de operación debe corregirse

1. Establecer la composición del alimento, la rata de lujo, la temperatura y la presión.

2. Hacer una partición de los productos en la columna y establecer la temperatura y la presión. Con la presión de la columna calcular la temperatura del rehervidor.

3. Calcular el mínimo número de etapas teóricas con la ecuación de Fenske.

4. Calcular la mínima relación de reflujo por el método de Underwood.

5. Obtener la relación etapas teóricas / reflujo de operación de la fig 9.

6. Ajustar el reflujo real para vaporización del alimento si es necesario

PASOS PARA LOS CÁLCULOS DE DISEÑO DE UNA TORRE FRACCIONADORA.

EJERCICIO

COMPOSICIÓN DE LA

CORREINTE DE

ENTRADA

Moles/hr

C2 21,5

C3 505,6

iC4 105

nC4 250,1

iC5 56,2

nC5 50

C6 50,4

TOTAL 1038,8

Una corriente de. 291,000 gal/d en su punto de burbuja, se

alimenta a una torre de fraccionamiento con la composición molar

que se indica a continuación:

Determinar:

•El mínimo de platos

requeridos.

•La relación de reflujo

mínima.

•El numero de platos teóricos

a 1,3 veces la mínima

relación de flujo.

SOLUCION

datos

Q 291,000 gal/dia

Tc 120 °F

• 98% del C3 como producto de cima

• 1% de iC4 en la corriente de tope

Selección delos componentes claves:Comp. Clave liviano =C3=LKComp. Clave pesado =IC4=HK

PORCENTAJE DE ALIMENTACION PRODUCTOS DE TOPEPRODUCTO DE FONDO

COMP LBMOL/H %MOLES LBMOL/H % MOL LBMOL/H % MOL

C2 21,5 2,07 21,5 4,1 0,0 0,0

C3 505,6 48,67 495,5 94,9 10,1 2,0

IC4 105 10,11 5,2 1,0 99,8 19,3

NC4 250,1 24,08 0,0 0,0 250,1 48,4

IC5 56,2 5,41 0,0 0,0 56,2 10,9

NC5 50 4,81 0,0 0,0 50,0 9,7

C6 50,4 4,85 0,0 0,0 50,4 9,8

TOTAL 1038,8 522,2 100,0 516,6 100,0

SOLUCIONa.- El mínimo de platos requeridos.

Se asume P y se lee k a 120 °F en el GPSA o CAMPBELLPresión de burbuja =280 Psia

Productos del tope

COMP ki xdi*kiC2 2,8 0,12C3 0,93 0,88IC4 0,45 0,00total 1,00

α cima=0,93

0,45= 2,067

Productos de fondo

Se asume P y se lee k a 250 °F(T del punto de burbuja) en el GPSA o CAMPBELLPresión de burbuja =280 Psia

COMP ki xbi*KiC3 2,3 0,05IC4 1,4 0,27NC4 1,15 0,56IC5 0,68 0,07NC5 0,62 0,06C6 0,15 0,01total 1,02

α fondo=2,3

1,4= 1,643

𝛼𝑝𝑟𝑜 =𝛼fondo + 𝛼cima

2=1,643 + 2,07

2𝛼𝑝𝑟𝑜 = 1,855

𝑆𝐹 =𝑋𝐷𝑋𝐵 𝐿𝐾

∗𝑋𝐵𝑋𝐷 𝐻𝐾

𝑆𝐹 =495,4

10,2 𝐿𝐾∗99,8

5,2 𝐻𝐾=932,14

Ec.5

Ec.2

Ec.4 𝑆𝑚 =𝐿𝑜𝑔(𝑆𝐹)

𝐿𝑜𝑔(𝛼𝑝𝑟𝑜)𝑆𝑚 =𝐿𝑜𝑔(932,14)

𝐿𝑜𝑔(1,855)𝑆𝑚 = 11,07 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠

Ahora se determinara el mínimo número de platos teóricos por el método de winn.

𝛽𝑖𝑗 = 𝐾𝐿𝐾/𝐾𝐻𝐾𝑏

𝐾𝐿𝐾 = 0,93 = 𝛽𝑖𝑗 ∗ (0,45)𝑏 (Condensador) *(1)

𝐾𝐿𝐾 = 2,3 = 𝛽𝑖𝑗 ∗ (1,4)𝑏 (Re-hervidor) *(2)

Ec.6

Divido la ecuación *(1) en la ecuación *(2) y obtengo el valor de b.

𝑏 = 0,798

𝑆𝑚 =

𝑙𝑜𝑔𝑋𝐷𝑋𝐵 𝐿𝐾

𝑋𝐵𝑋𝐷 𝐻𝐾

𝑏 𝐵𝐷

1−𝑏

log (𝛽𝑖𝑗)

Ec.7

𝑆𝑚 =

𝑙𝑜𝑔495,4910,11 𝐿𝐾

99,785,22 𝐻𝐾

0,798 516,59522,21

1−0,798

log (1,7585)

𝑆𝑚 = 11,05 𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎𝑠

b.- Calcular la mínima relación de reflujo.

1 − 𝑞 =

𝑖=1

𝑛𝑋𝐹𝑖

(𝛼𝑖 − 𝜃)/𝛼𝑖≅ 0 𝑻 =

𝟏𝟐𝟎+𝟐𝟓𝟎

𝟐= 𝟏𝟖𝟓 °𝑭 y 280 psia

𝑅𝑚 + 1 =

𝑖=1

𝑛𝑋𝐷𝑖

(𝛼𝑖 − 𝜃)/𝛼𝑖

𝑅𝑚 + 1 =0,041 ∗ 68,33

(68,33 − 15,9)+0,949 ∗ 26,67

(26,67 − 15,9)+0,01 ∗ 13,83

(13,83 − 15,9)= 2,3368

𝑅𝑚 = 1,3368

c.- El numero de platos teóricos a 1,3 veces la mínima relación de flujo.

𝑅 = 1,3 ∗ 𝑅𝑚 = 1,3 ∗ 1,337 = 1,738

𝐿𝑜𝑉1=𝑅

𝑅 + 1=1,738

1,738 + 1= 0,635

𝐿𝑜𝑉1 𝑚=𝑅𝑚𝑅𝑚 + 1

=1,337

1,337 + 1= 0,572

Correlación de Erbar y Madoxx que relaciona el reflujo y el numero de etapas.

Como se puede observar en la grafica, el valor de (Sm/S) es de 0,54. Y con el valor mínimo de platos determinado anteriormente se determina el número de platos teóricos.

𝑆𝑚𝑆= 0,54

𝑆 = 11 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑏

𝑆 =𝑆𝑚0,54=11

0,54= 20,4 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠

𝑅𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑏𝑒𝑛 𝑢𝑠𝑎𝑟 21 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜

Gracias…