PRACTICA Nº 5. Análisis de una columna empacada para absorción gaseosa utilizando un simulador comercial

Transcripción

1 UNITARIAS PROGRAMA : INGENIERÍA QUÍMICA PRACTICA Nº 5. Análisis de una columna empacada para absorción gaseosa utilizando un simulador comercial Profesores Ing. Alexander Colina Ing. Carmen Brock Ing. Adriana Silva Punto Fijo, MARZO de 2016 UNEFM 1

2 UNITARIAS PROGRAMA : INGENIERÍA QUÍMICA I. Fundamentos teóricos I.1. Sistemas de transferencia de masa I.2. Tipos de operaciones de transferencia de masa I.2.1. Absorción gaseosa Es una operación unitaria en la cual se verifica un proceso de transferencia de masa desde una fase gas hasta una fase líquida, que resulta de la solubilidad de uno o más compuestos del gas en la fase líquida a una temperatura y presión dada Tipos de columnas de absorción - Columnas Empacadas Son llamadas también equipos de contacto continuo. En estas se ponen en contacto dos fases, por lo general, en contracorriente, y éstas son inmiscibles. - Consideraciones de las columnas empacadas UNEFM 2

3 UNITARIAS PROGRAMA : INGENIERÍA QUÍMICA Esquema típico de absorción gaseosa Planta de endulzamiento de gas natural con amina La corriente de gas entra por el fondo del contactor donde se pone en contracorriente con el flujo de la solución de amina que entra por el tope de la columna, este contacto intimo entre los componentes ácidos del gas natural y la amina provoca una reacción química que tiene como producto una sal regenerable en estado líquido, por lo que es arrastrada por la corriente que sale por el fondo de la torre. Como el gas continua subiendo por el absorbedor, más gases ácidos reaccionan químicamente con la amina. El gas dulce que abandona la torre absorción esta saturado con agua para deshidratación. Figura # 1. Diagrama de Bloques de Planta Proceso de endulzamiento del gas natural con amina UNEFM 3

4 CONTENIDO S II. Simulación de Procesos con Pro-II / versión provision 9.2 II.1 Descripción de la interfaz grafica del simulador II.2. Procedimiento general para realizar simulación II.3. Ejercicio de aplicación de una simulación de proceso COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO DE OPERACIONALES Figura # 2. Simulación del Proceso de endulzamiento del gas natural con amina UNEFM 4

5 /SIMULACIÓN DE PROCESOS Descripción de la interfaz grafica Es la principal herramienta para simulación de Proceso de SimSci.PRO/II combina los recursos de datos de una biblioteca de componentes químicos y métodos de predicción de propiedades termodinámicas con las técnicas de operaciones unitarias más avanzadas y flexibles. Se puede visualizar en un entorno grafico interactivo de Windows Modelar? O simular? Cuáles son las ventajas de los simuladores? Permite experimentación controlada. una Evita costos o riesgos ya que no es necesario interrumpir el desarrollo del sistema SIMPLIFICACIÓN de los Simplifica los procesos productivos y evalua diseños alternativos de sistemas. UNEFM 5

6 /SIMULACIÓN DE PROCESOS Menú e Interfaz del usuario del simulador Pro-II 1. Iniciar sesión mediante una ventana en la pantalla de inicio de Windows 2. Acceder al programa, haciendo click en la parte inferior de la ventana emergente UNEFM 6

7 /SIMULACIÓN Menú e Interfaz del usuario del simulador Pro-II 1. Seleccionar en la barra de herramientas un nuevo proyecto 2. Definir las unidades de medida 3. Seleccionar los componentes 4. Definir el método termodinámico 5. Acceder al área de trabajo y dibujar el DFP en base a corrientes y equipos de proceso 6. Definir las condiciones de proceso principales y quipos 7. Correr la simulación 8. Emitir reporte y analizar los resultados DE PROCESOS UNEFM 7

8 S / SIMULACIÓN DE PROCESOS Barra de Menú Barra de herramientas Área de trabajo Ventana de mensajes Figura # 3. Proceso de endulzamiento del gas natural con amina- Simulación de Procesos UNEFM 8

9 Selección de componentes en Pro-II Se utiliza para corrientes de composición conocida. 1.- El ingreso de componentes de la base de datos se realiza mediante el botón SELECT FROM LISTS 2.-Los componentes pueden ser agrupados en familias o seleccionar ALL COMPONENTS 3.- Los componentes se buscan en la BD con base tres criterios: nombre, alias y fórmula 4.- Una vez definido los componentes se pueden chequear sus fases mediante el botón COMPONENT PHASES COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO EJEMPLO DE APLICACIÓN DE UNA SIMULACIÓN CON PRO-II UNEFM 9

10 Selección de componentes en Pro-II Se utiliza para corrientes de composición conocida. 1.- El ingreso de componentes de la base de datos se realiza mediante el botón SELECT FROM LISTS 2.-Los componentes pueden ser agrupados en familias o seleccionar ALL COMPONENTS 3.- Los componentes se buscan en la BD con base tres criterios: nombre, alias y fórmula 4.- Una vez definido los componentes se pueden chequear sus fases mediante el botón COMPONENT PHASES COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO EJEMPLO DE APLICACIÓN DE UNA SIMULACIÓN CON PRO-II UNEFM 10

11 Selección de componentes de petróleo 1. Mediante el botón PETROLEUM se pueden ingresar cortes o componentes. 2. Para estos componentes de petróleo las propiedades físicas y termodinámicas se determinan correlacionando los siguientes tres parámetros: punto normal de ebullición, densidad estándar de líquido y peso molecular. 3. Debe suministrar dos de los tres parámetros. El tercero se obtendrá por correlación. UNEFM 11

12 Selección del método termodinámico COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO La información necesaria para corrientes de entrada en un flowsheet son flujo, composición y condiciones termodinámicas. Las propiedades de las corrientes de salida de cualquier equipo, serán el resultado de las estimaciones del simulador. UNEFM 12

13 Selección del método termodinámico COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO Corrientes de proceso La información necesaria para corrientes de entrada en un flowsheet son flujo, composición y condiciones termodinámicas. Las propiedades de las corrientes de salida de cualquier equipo, serán el resultado de las estimaciones del simulador. Se selecciona el método mas común: SRW / PR UNEFM 13

14 Reporte de resultados UNEFM 14

15 Reporte de resultados Algoritmos de cálculo en columnas de destilación Fuente: Manual de simulación de procesos, (2016) UNEFM 15

16 Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos Ejercicio 1. Una mezcla de gas contiene 6.0% de S02 y 94% de aire seco va a lavarse con agua dulce en una torre empacada con anillos Rasching de cerámica de 1 plg para eliminar el S02, de tal manera que el gas de salida no contendrá mas de 0.1 % en mol de S02. La torre debe tratar 1000lb/h y va a diseñarse usando 50% de la velocidad de inundación. El flujo de agua será el doble del mínimo requerido para alcanzar esta separación. Las condiciones de operación serán isotérmicas a 87 ºF y 1 atm de presión. Determine el diámetro y la altura de la torre requerido. Considere: a) Realice la curva de equilibrio del sistema b) Realice el modelo de simulación Caso estudio (sizing) / (rating) c) Análisis de sensibilidad. UNEFM 16

17 UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO OPERACIONES I.1. Condiciones de equilibrio para el sistema S02-AIRE-AGUA Presión S02 (mm Hg) Composición Densidad de la solución (lb/pie3) Condiciones de operación del Proceso Flujo 1000Lb/h Temperatura 87ºC Presión 14.7 Psia UNEFM 17

18 Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos con Pro-II/9.2 SOLUCIÓN a) Curva de equilibrio. Convertir los datos de equilibrio a unidades de fracción mol y graficar Y X Figura 1. Simulación de torre absorbedora con Pro-II version 9.2 (2016) UNEFM 18

19 Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015) UNEFM 19

27 GENERATE TEXT REPORT Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos 1. Revisar los flujos de los componentes de la alimentación 2. Realizar análisis de sensibilidad en cada uno de los equipos de proceso, para corroborar lo requerido Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2016) UNEFM 27

28 UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS III Ejercicio de Aplicación de simulación de procesos Fuente: Manual de simulación de procesos. Pro-II/9.2 (2015) UNEFM 28

29 Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada Tipos de Empaques Desordenados o relleno - Metálicos (restricción para corrosión > 0.25 mm/anual - Cerámicos ( ideal para procesos de absorción química) - Plásticos ( restricción a temperaturas > 120ºC) TABLA 1. EQUIVALENCIA DE LAS DISTINTAS DENOMINACIONES COMERCIALES DE EMPAQUE, EMPAQUES ESTRUCTURADOS UNEFM 29

30 Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada Tipos de empaques estructurados Criterios de dimensionamiento de columnas empacadas UNEFM 30

31 Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada / empaques desordenados Determinación de diámetro Diagrama de Ekert UNEFM 31

32 Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada / empaques desordenados Caída de presión promedio Altura de la torre empacada (HETP) Altura equivalente de una etapa teórica) Empaques desordenados Factor de separación de empaque > Dt/ Dp = (tamaño del empaque) Numero de etapas teóricas: < 5 etapas para maximizar la distribución de liquido > 10 etapas disminuye la eficiencia UNEFM 32

33 UNIDAD CURRICULAR: LABORATORIO OPERACIONES Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada / empaques desordenados Consideraciones generales según el tipo de servicio en torres empacadas: Si el servicio es limpio -Las corrientes tienen contenido despreciable de solidos y la tendencia a la corrosión es baja - Tendencia a la formación de espuma - No hay incremento súbito de la presión - Debe usarse empaques desordenados o no estructurados para columnas de destilación de alta presión - Generalmente la presión tiene poco efecto en la eficiencia de los empaques al menos por encima de presiones del orden de 0.07 a 0.14 bar abs. (1 a 2 psia). En destilación a alta presión (> 14 a 20 bar abs.) se ha observado que la eficiencia de los empaques estructurados disminuye con un aumento de presión UNEFM 33

34 Consideraciones en el Diseño de una columna de destilación empacada / Datos de eficiencias publicados en empaques desordenados UNEFM 34