Separadores De Fases

6. SEPARACION DE FASES INSTANTANEO

1. OBJETIVOS 1.1. Determinar el número de grados de libertad en un separador de fases instantáneo 1.2. Simular un separador de fases isotérmico adiabático y no adiabático 1.3. Verificar las ecuaciones del modelo matemático estacionario de un separador de fases isotérmico 2. INTRODUCCION Un separador de fases instantáneo simula la evaporación súbita de una (ovarias corrientes). El caso típico es el flujo a través de una restricción cuya caída de presión en forma adiabática provoca una vaporización parcial, debido a lo cual en un tanque posterior puede lograrse la separación en las fases líquido y vapor, respectivamente. Observe la Figura 1 con la válvula como restricción y el tanque V-100. En el modelamiento de un separador de fases se asume que: 1.El líquido y el vapor tienen el tiempo de contacto suficiente para lograr el equilibrio 2. La presión de líquido y vapor son las del tanque separador, es decir, que no hay caída de presión 3. Existe solo una fase líquida y vapor y 4. No existen reacciones químicas

Figura 1. Separador de fases instantáneo

Las ecuaciones de un modelo, en estado estacionario, para un separador instantáneo sonBalances de materia para cada uno de los C componentes (C ecuaciones)

Fzi = Vyi + Lxi
Balance de energía

(6.1)

Fh F + Q = Vh V + Lh L
Relaciones de equilibrio (N ecuaciones)

(6.2)

yi = K i xi
Restricciones

(6.3)

PV = PL = P

(6.4) (6.5)

TV = TL = T
El análisis de grados de libertad es el siguiente: Variables Corriente Vapor Corriente Líquido Corriente Calor TotalVariables Ecuaciones y Restricciones Balances de materia Relaciones de equilibrio Balance de energía Restricciones Total Ecuaciones y Restricciones Total grados de libertad Cantidad C+2 C+2 1 2C + 5 Cantidad C C 1 2 2C + 3 2

Una especificación común es la que corresponde a una separación isotérmica. En este caso, se especifican la presión y la temperatura del separador. Separación instantáneaisotérmica El cálculo de las corrientes de vapor y líquido para este tipo de separación suelen realizarse utilizando la ecuación (6) propuesta por Rachford y Rice (1952) que permite calcular la fracción de alimento vaporizado, V/F, suponiendo que las constantes de equilibrio son independientes de las concentraciones y solo dependen de la temperatura y la presión.

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( K i − 1) z i ∑ 1 + (V / F )(K− 1) = 0 i =1 i
N

(6.6)

Separación instantánea adiabática Una especificación muy común es la que corresponde a una separación instantánea adiabática (Q = 0). En este caso, fijado Q, solo queda por asignar una variable, por ejemplo, la presión de operación del sistema. De esta manera, quedan por calcularse la temperatura y demás propiedades de las corrientes de salida. Dado que se desconocela temperatura, el balance de energía queda acoplado y debe resolverse simultáneamente con la ecuación (6.6). Para ello, la ecuación (6.2) se expresa como una función de temperatura y fracción vaporizada de la siguiente manera:

g (T , V / F ) = 1 − (V / F )

hV h − (1 − (V / F )) L hF hF

(6.7)

Para la solución simultánea de las ecuaciones (6.6) y (6.7) se puede proceder de la siguientemanera 1. Se supone una temperatura 2. Se calcula la fracción de vaporización con la ecuación (6.6) y 3. Se verifican dichos resultados con la ecuación (6.7) definiendo un error para la función g(T, V/F)

3. SIMULACION DE UN SEPARADOR DE FASES INSTANTANEO 1. Abra un nuevo caso y añada el siguiente paquete fluido a. Ecuación: Peng Robinson b. Componentes: Etano, Propano, n-Butano, n-Pentano,n-Hexano c. Unidades: Field 2. Haga clic sobre el botón “Enter Simulation Environment” para desplegar la ventana PFD de HYSYS 3. Presione con el botón derecho del Mouse el icono de la corriente de materia y en forma sostenida arrastre el Mouse hasta la ventana del PFD 4. Introduzca las siguientes especificaciones

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a. b. c. d.

Nombre: F Temperatura: 150 °F Presión: 50 psia Composición...