4. DIVISORES, MEZCLADORES Y FRACCIONADORES

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "4. DIVISORES, MEZCLADORES Y FRACCIONADORES"

Silvia Ramos Lagos
hace 7 años
Vistas:

1 4. DIVISORES, MEZCLADORES Y FRACCIONADORES 1. OBJETIVOS 1.1. Determinar las variables de diseño de un divisor, un mezclador y un fraccionador de corrientes 1.2. Simular el desempeño de un mezclador, un fraccionador y un divisor de corrientes 1.3. Comparar las especificaciones requeridas en la simulaciones de divisores, mezcladores y fraccionadores con las variables de diseño estimadas en INTRODUCCION Divisor de corrientes Un divisor de corrientes simula el fraccionamiento del flujo de una corriente que fluye a través de una tubería en varias corrientes. Un diagrama para un divisor de corrientes en dos corrientes se muestra en la Figura 1. Figura 1. Divisor de Corrientes Siendo z, las composiciones en la corriente de alimento, y X s las composiciones en las corrientes de salida, el balance de materia para cada uno de los C componentes es i i Fzi = F1 X1 + F2 X 2 (4.1) F, es el flujo de la corriente de entrada y F 1 y F 2, son los flujos de las corrientes de salida, i, es el número relativo a cada uno de los C componentes. El balance de energía es dado por Fh + + Q = F1h1 F 2 h 2 (4.2)

Para una corriente de entrada y dos corrientes de salida, el sistema consta de las siguientes variables y ecuaciones Variables Corrientes de entrada y salida 3(C + 2) Corriente de energía 1 Total

2 Para una corriente de entrada y dos corrientes de salida, el sistema consta de las siguientes variables y ecuaciones Variables Corrientes de entrada y salida 3(C + 2) Corriente de energía 1 Total Variables 3(C + 2) + 1 = 3C + 7 Ecuaciones o Restricciones Balances de materia C Balance de energía 1 Igualdades entre las concentraciones de F y F 1 C 1 Igualdad de temperaturas 1 Igualdad de presiones 1 Total Ecuaciones 2C + 2 Total de variables de diseño C + 5 Al disminuir las C + 2 especificaciones de la corriente de entrada, resulta un faltante de tres especificaciones. El divisor de HYSYS es considerado adiabático, es decir, Q = 0 y, además, le asigna la presión de la corriente de entrada. Por lo tanto, requiere de la especificación de la relación entre los flujos de una corriente de salida con respecto al flujo de la corriente de entrada. Para n corrientes de salida, se requieren n 1 relaciones de flujo Mezclador de corrientes Los mezcladores de corrientes representan la operación de suma de corrientes cuyos fluidos pueden tener distintas composiciones, temperaturas y estados de agregación. Un diagrama de un mezclador de corriente se muestra en la Figura 2. Figura 2. Mezclador de corrientes 28

3 Siendo X, fracción molar, i, el primer número del subíndice relativo al componente y el segundo número relativo a la corriente, el balance de materia para cada uno de los C componentes es i i F 1X 1 + F2 X 2 = FX i (4.3) El balance de energía en el proceso de mezclado simplificado es F h F h + Q = Fh (4.4) Siendo h, las entalpías específicas correspondientes a cada una de las corrientes. El análisis para los grados de libertad es el siguiente: Variables Corrientes de entrada y salida 3(C + 2) Corriente de energía 1 Total Variables 3(C + 2) + 1 = 3C + 7 Ecuaciones o Restricciónes Balances de materia C Balance de energia 1 Total Ecuaciones C + 1 Total de variables de diseño 2C + 6 Al disminuir las 2C + 4 especificaciones de las dos corrientes de entrada, resulta un faltante de dos especificaciones. El mezclador de HYSYS es considerado adiabático, es decir, Q = 0 y, por lo tanto, requiere de una especificación adicional para completar los grados de libertad. La variable que usualmente se fija en el diseño de un mezclador es la presión de la corriente de salida. Se sugiere asignar, a la corriente de salida, la menor presión entre las de las corrientes de entrada 29

4 Fraccionador de corrientes HYSYS dispone de un fraccionador de corrientes o Splitter cuya simulación representa la separación de una corriente en dos corrientes que requieren de la especificación de las fracciones de recuperación de cada componente en una de ellas, ademas de otros cuatro parámetros. Un esquema de este fraccionador se muestra en la Figura 3. Figura 3. Fraccionador de corrientes o Splitter Siendo F s los flujos de las corrientes, z, y e x las fracciones molares de los componentes en cada una de las corrientes y Q el calor requerido Un balance de materia de componente i se expresa mediante la ecuación Fzi F1 yi + F2 = x (4.5) i Para C componentes, i = 1,,C y, por lo tanto, se plantean C ecuaciones de balance de materia de componentes Un balance de energía se expresa mediante la ecuación Fh F + + Q = F1h 1 F2h2 (4.6) El análisis de variables de diseño en un fraccionador de corrientes es el siguiente: 30

5 Variables Corrientes de salida 3(C +2) Flujo calórico 1 Total Variables 3C + 7 Ecuaciones Balances de materia C Balances de energía 1 Total Ecuaciones C + 1 Total de variables de diseño 2C + 6 Al disminuir las C + 2 variables de la corriente de entrada, las variables que usualmente se fijan son C fracciones de recuperación de componentes en una corriente (por ejemplo, F 1 ) y cuatro parámetros adicionales como las presiones o las temperaturas o las fracciones de vapor, Vf, de las corrientes de salida. 3. SIMULACION DE UN FRACCIONADOR DE CORRIENTES 1. Abra un nuevo caso, y defina el siguiente paquete fluido a. Ecuación: Peng Robinson b. Componentes: Etano, propano, i-butano, n-butano, i-pentano, n-pentano y n-hexano c. Sistema de unidades: Field 2. Instale una corriente con las siguientes especificaciones: a. Nombre: Uno b. Temperatura: 200 F c. Presión: 500 psia d. Flujo molar: 1000 lbmol/h e. Composición (Fracción Molar) i. Etano 0.2 ii. Propano 0.6 iii. i-butano 0.1 iv. n-butano 0.1 v. 3. Instale otra corriente con las siguientes especificaciones: a. Nombre: Dos b. Temperatura: 200 F c. Presión: 500 psia d. Flujo molar: 800 lbmol/h e. Composición (Fracción Molar) 31

i. n-butano 0.8 ii. i-pentano 0.1 iii. n-pentano 0.05 iv. n-hexano 0.05 4.

6 i. n-butano 0.8 ii. i-pentano 0.1 iii. n-pentano 0.05 iv. n-hexano Instale un mezclador de corrientes (Mixer) y en la página Connections de la pestaña Design de su ventana de propiedades introduzca los siguiente: a. Nombre: M-100 b. Entradas: Uno, Dos c. Salida: Alimento 5. Haga clic en la página Parameters y observe que HYSYS, por defecto, sugiere que asigne a la corriente de salida la menor presión entre las de las corrientes de entrada 6. Instale un Splitter con el nombre de X-100 y conéctelo como muestra la Figura 4 Figura 4. Conexiones de un Splitter 7. Haga clic en la página Parameters y especifique las fracciones de vapor y las presiones en las corrientes de producto como se observan en la Figura Haga clic en la página Splits para especificar las fracciones de recuperación cada uno de los componentes en la corriente Pro 1. Observe en la Figura 6 que HYSYS calcula las fracciones correspondientes a la corriente Pro 2 32

$Figura 5. Especificaciones de presiones y fracciones de vapor en el Splitter Figura 6. Fracciones de recuperación de cada uno de los componentes 9.$

7 Figura 5. Especificaciones de presiones y fracciones de vapor en el Splitter Figura 6. Fracciones de recuperación de cada uno de los componentes 9. Haga clic en la pestaña Worksheet y observe las condiciones y las composiciones de las corrientes productos del fraccionador. Observe las Figuras 7 y Instale un divisor de corrientes (Tee) y en la página Connections de la pestaña Design de su ventana de propiedades introduzca los siguiente: a. Nombre: D-100 b. Entrada: Pro 2 c. Salida: Tres, Cuatro 33

$Haga clic en la página Parameters y especifique con un valor de 0.5, la fracción de la corriente de entrada que saldrá como la corriente Tres. 12.$

8 Figura 7. Condiciones de las corrientes del Splitter Figura 8. Concentraciones de las corrientes del Splitter 11. Haga clic en la página Parameters y especifique con un valor de 0.5, la fracción de la corriente de entrada que saldrá como la corriente Tres. 12. Observe las especificaciones de las corrientes en el divisor 34

Documentos relacionados

26. PLANTA DE GAS NATURAL LICUADO

26. PLANTA DE GAS NATURAL LICUADO 1. OBJETIVOS 1.1. Determinar los grados de libertad requeridos para especificar una columna de absorción o destilación y una bomba 1.2. Simular columnas de destilación