“DISEÑO DE TORRE DE CONTACTORA CON AMINA”

3.1OBJETIVOS GENERALES Determinar  la  tasa de flujo de MEA (monoetanolamina)   en  la torre absorbedora o contactora,  3.2.-OBJETIVOS ESPECÍFICOS Describir  el  procesos  de  funcionamiento de  la  torre  contactora  con amina.Dar  a  conocer    los  tipos  de  aminas  que  se  utilizara  para  el endulzamiento del gas.Mencionar las partes de una torre contactora.Tipos de torres de absorción.

JUSTIFICACIÓN

El diseño de  la torre contactora con amina, se lleva a cabo para satisfacer las diferentes necesidades para el endulzamiento del gas. Es  por  ello  que  se  requiere  conocer  los diferentes aspectos para la elaboración del  diseño  y  para  retirar  las  impurezas  con mayor eficiencia.  

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

En este proceso se produce la absorción del gas ácido en una solución acuosa de amina.  La  corriente de  gas  a  endulzar  y la  corriente  de  amina  se  ponen  en contacto  en  una  torre  absorbedora.  En esta  torre  los  componentes  ácidos  del gas reaccionan con la amina y forman un complejo  que  es  soluble  en  la  fase liquida. 

Para  que  la  reacción  se  lleve  a  cabo  se  deben cumplir  las  siguientes  condiciones:  presión elevada  y  temperatura  baja.  Por  cabeza  de  esta torre se obtiene una corriente de gas dulce, y por fondo se obtiene una corriente de amina rica. A fines  de  minimizar  costos  de  operación  y  de mitigar  la  contaminación  al  medio  ambiente  se regenera  la  corriente  de  solvente.  Para  ello  se alimenta la corriente de amina rica a una torre de destilación  donde  se  lleva  cabo  la  de  desorción de los componentes ácidos. 

Lo que realmente ocurre es que el gas acido que sale  del  separador,  entra  al  absorvedor    por  el fondo de  la torre y fluye hacia arriba para entrar en  contacto  con  la  solución  de  amina  que  va   desde el tope de la torre. En este contacto, el gas acido  es  removido  de  la  corriente  gaseosa  y transferido a  la solución. El gas tratado, que deja el  tope,  debe  salir  con  muy  poca  cantidad  de componentes  ácidos.  El  contenido  de  impurezas en  el  gas  residual  dependerá  de  las  condiciones de diseño y de la operación del sistema. 

TORRE ABSORBERDORA O CONTACTORA DE UNA PLANTA DE AMINA

La  corriente  rica  en  compuestos  ácidos  pasa  al proceso  de  regeneración,  almacenamiento, filtración,  enfriamiento  y  bombeo  de  amina respectivamente,  para  ser  introducida nuevamente  al  proceso  de  absorción  de  gases ácidos

TORRES DE ABSORCION O CONTACTORA

En un recipiente a presión, de especificaciones rígidas. Existen diferentes torres en donde se lleva a cabo el proceso de absorción, entre ellas tenemos:- Torres Empacadas- Torres de Platos 

TORRES CONTACTORAS EMPACADASPara el  contacto gas  líquido  se emplean mucho para operaciones de absorción, y hasta un punto limitado, para las de destilación.Por  lo  común  las  columnas  se  empacan  con material  orientado  en  forma  aleatoria;  pero  en algunos  casos,  se  puede  colocar cuidadosamente en sus posiciones.

El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes características:- Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas. La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado debe ser grande.

- Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando.

- Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación.

- Tener bajo precio.

Empaques al azar

Son aquellos que solamente se arrojan en la torredurante la instalación y que se dejan caer en forma aleatoria. Antiguamente se utilizaron materiales fácilmente obtenibles, por ejemplo, piedras rotas, grava o pedazos de coque, pero aunque estos materiales resultan baratos, no son adecuados debido a la pequeña superficie y las malas características con respecto al flujo de los fluidos.

Empaques regularesEstos  empaques  ofrecen  las  ventajas de una menor caída de presión para el gas  y  un  flujo mayor,  generalmente  a expensas  de  una  instalación  más costosa  que  la  necesaria  para  los empaques aleatorios.

TORRES CONTACTORAS DE PLATOSOtra torre utilizada para la absorción de gas es la torre de platos, aquí  la absorción ocurre en cada plato o etapa, estas etapas se definen como una unidad  de  equipo  en  la  cual  las  dos  fases diferentes se ponen en contacto íntimo.Una torre contactora de platos esta compuesta por las siguientes partes:- Extractor de niebla - Platos

Extractores de niebla

Estos dispositivos se utilizan para eliminar los líquidos (hidrocarburos y agua) de una corriente de gas a alta presión. Se utilizan generalmente en los sistemas de separación a baja temperatura.- Extractores de niebla tipo veletaConsisten de placas metálicas paralelas formando un laberinto. Cada una de estas placas, cuenta con varias bolsas para retener el líquido.

Cuando el gas pasa a través del extractor cambia de dirección varias veces y es centrifugado, provocando que las gotas de líquido se muevan hacia el exterior, donde son retenidas por las bolsas colectoras.

Extractores de niebla tipo veleta

Consisten de placas metálicas paralelas formando un laberinto. Cada una de estas placas, cuenta con varias bolsas para retener el líquido.Cuando el gas pasa a través del extractor cambia de dirección varias veces y es centrifugado, provocando que las gotas de líquido se muevan hacia el exterior, donde son retenidas por las bolsas colectoras.

a) EXTRACTOR DE NIEBLA TIPO VELETA CON FLUJO HORIZONTALB) EXTRACTOR DE NIEBLA TIPO VELETA CON FLUJO VERTICAL

Extractores de niebla de malla de alambre entretejido

Extractor de niebla tipo Malla de alambre. Extractor de niebla tipo Malla metálica.

Consisten básicamente de un cojinete de malla de alambre,  que  tiene  aberturas  asimétricas  y desalineadas.  El  mecanismo  de  separación  del líquido  es  el  choque,  aunque  también  hay  acción centrifuga.

Extractores de niebla tipo ciclónico.Consiste de un conjunto de pares de tubos concéntricos, montados en recipiente, el número de tubos concéntricos depende del gasto de gas que se va a manejar.

Las  partículas  de  líquido  en  la  corriente  de gas son conducidas, por la fuerza centrífuga, hacia  las  paredes  del  tubo  en  donde  se recolectan y arrastran hacia el  fondo por el gas. Estas partículas se descargan a través de la salida localizada en el fondo de los tubos. El  gas,  libre  de  impurezas,  sale  a  través  del tubo interior.

BANDEJAS O PLATOS

Otro  de  los  componentes  de  la  torre  son los platos y generalmente están hechos de hojas  metálicas  y  si  es  necesario  de aleaciones especiales;  el  espesor depende de  la  rapidez  de  corrosión  prevista,  cada plato esta constituido por un derramadero y un vertedero.

Existen  tres  tipos  de  platos:  los  platos  de capsulas de burbujeo, los platos deválvulas  y  los  platos  perforados, generalmente los platos de válvulas son un poco  más  eficientes  que  los  platos  de capsulas de burbujeo a tasas bajas de gas. La  elección  del  tipo  de  plato  a  utilizar  es usualmente  cuestión  de  costos  y  de  la eficiencia de los platos.

VertederosEl  líquido  se  lleva  de  un  plato  al  siguiente mediante  los  vertederos.  Estos  pueden  ser tuberías  circulares o, de preferencia,  simples partes  de  la  sección  transversal  de  la  torre eliminadas  para  que  el  líquido  fluya  por  los platos verticales.El  vertedero  debe  colocarse  lo suficientemente cerca del plato inferior como para que se una al liquido en ese plato.

Derramaderos.- La profundidad del liquido sobre el plato, requerida para el contacto con el gas,se mantiene mediante un derramadero, que puede ser o no una continuación del plato de descenso.Tipos de platosLas columnas de platos que se utilizan para el contacto líquido-gas se pueden clasificar según el tipo de flujo en sus dispositivos internos de contacto:     1. Platos de flujo cruzado• 2. Platos de flujo a contracorriente

• Platos de flujo cruzado.- Utiliza un ducto descendente para líquidos y se emplea más que el plato a contracorriente debido a ventajas de eficiencia de transferencia y al intervalo operacional que es más amplio.

• Platos a contracorriente.- Son de construcción perforada o ranurada y no necesita ductos descendentes. El vapor y el líquido utilizan las mismas aberturas, alternándose en forma intermitente. La configuración de estos platos

• es muy simple.

TORRES DE PLATOS vs. TORRES EMPACADAS

Los siguientes criterios pueden ser útiles al considerar la elección:- Caída de presión del gas. Generalmente las torres empacadas requerirán una menor caída de presión.- Retención del líquido. Las torres empacadas proporcionan una retención del líquido relativamente menor. Esto es importante cuando el líquido se deteriora a altas temperaturas; también es importante para obtener buenas separaciones en la destilación por lotes.

-  Relación líquido-gas. En las torres de platos se trabaja con valores muy bajos de esta relación. En las torres empacadas es preferible los valores altos.- Corrosión. Cuando se tienen problemas complicados de corrosión, las torres empacadas son probablemente las menos costosas.

- Limpieza. La limpieza frecuentemente es más fácil con las torres de platos.

CARACTERÍSTICAS DE LAS AMINAS

TIPOS DE AMINAS:- Monoetanolamina (MEA):  Es  la  más reactiva de  las etanolaminas. Se utiliza para la  remoción  del  CO2  y  del  H2S,  aunque algunas  impurezas tales como el COS, CS2 y el  oxígeno  tienden  a  degradar  la  solución, por lo cual no se recomiendan en esos casos.

- Dietanolamina (DEA): Es mucho menos corrosiva que la MEA, pero la solución se vuelve muy viscosa en concentraciones altas.La reacción de DEA con COS y CS2 es más lenta que con la MEA, y los productos de la reacción son distintos, lo que causa menores pérdidas de amina al reaccionar con estos gases. Diisopropanolamina (DIPA): Es una amina secundaria como la DEA, tiene una gran capacidad para  transportar gas ácido, pero debido al alto peso molecular del solvente, requiere de tasas másicas muy altas.

- ADIP (Diisopropanolamina activada): Utiliza soluciones  acuosas  relativamente concentradas  (30-40%).  Es  ampliamente usado  para  la  remoción  selectiva  del  sulfuro de hidrógeno de gases de  refinería  con altas concentraciones  de  H2S/CO2.  El  COS  se remueve  parcialmente  (20-50%),  pero  es posible  lograr  concentraciones más  bajas  de H2S. - Metildietanolamina (MDEA): Es una amina terciaria  que  reacciona  lentamente  con  el CO2.

EJERCICIO.Una  planta  de  endulzamiento  tiene  una composición de entrada como se indica en la fig. 5 adjunta. Si la tasa de remoción de gas acido es de 3 ft/gal  ¿Cuál  es  la  taza  de  flujo  de  MEA  en  el absorbedor?Q = 43 MM pcdnH2S = 0,4 % ; C02= 0,6%

volumen de de gas acido que debe ser removidoQgas = (0,01) (43x106) = 430 000 pcnd

Gas acido que debe ser retirado el gas = 3.0 ft3/galTaza de flujo = Taza de flujo =  = 143 333,33 gals/diaQ =  = 99,53 gpmQ = 100 gpm