Manual de diseño de proceso PDVSA (eyectores).pdf

 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO EYECTORES

PDVSA N

MDP–02–J–01

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NOV.97

REV.

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TITULO

EYECTORES

APROBADO DESCRIPCION FECHA NOV.97

APROB.

 PDVSA,

°

1983

APROB.

37

L.R.

PAG.

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F.C. APROB. APROB. FECHA NOV.97

ESPECIALISTAS

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

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Indice 1 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

5 CONS CONSID IDER ERAC ACIO IONE NES S BA BASI SICA CAS S DE DISE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

6 PR PROC OCED EDIM IMIE IENT NTO O DE DE D DIS ISE EÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

7 INFORMACION REQUERIDA PARA LA ESPECIFICACION . . . . .

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8 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5 CONS CONSID IDER ERAC ACIO IONE NES S BA BASI SICA CAS S DE DISE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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6 PR PROC OCED EDIM IMIE IENT NTO O DE DE D DIS ISE EÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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7 INFORMACION REQUERIDA PARA LA ESPECIFICACION . . . . .

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8 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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ALCANCE Este Documento cubre el dise ño y los requerimientos de Servicios en eyectores, con algunos antecedentes pertenecientes a la selecci ón de equipos. Debido a que la mayoría de las aplicaciones usan vapor de agua como fluido motriz del eyector, los eyectores con chorro de vapor de agua son cubiertas en mayor detalle.

2

REFERENCIAS PDVSA SN – 252, 252, MID, Vol. 16

“Control de Ruido en Equipos ”ó

OTRAS REFERENCIAS Gibbs, C.W., ed., “Compressed Air and Gas Data ”, Ingersoll Rand Company, 1969. Scheel, L.F., “Gas and Air Compressor Machinery ”, McGraw Hill Book Company, 1961. Ludwig, E.E., “Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants ”, Vol. III, Gulf Publishing Company, 1994. Frumerman, R., “Steam Jet Ejectors ”, Chemical Engineering, June, 1956. – Air Power, R.B., “How To Specify, Evaluate and Operate Steam – Jet Jet – Air Ejectors ”, Hydrocarbon Processing and Petroleum Refiner, February 1964, Vol. 43, No. 2, pp. 121 to 126; March 1964, Vol. 43 No. 3, pp. 138 to 142; April 1964, Vol. 43 No. 4, pp. 149 to 152.

Newman, E.F., “How to Specify Steam – Jet Jet Ejectors”, Chemical Engineering, April 10, 1967, pp. 203 to 208. “Standards for Steam Jet Ejectors ”, Heat Exchange Institute, New York, 1956.

Perry’s Chemical Eng. (Handbook, Seventh Edition, 19977. Maxwell Data Book on Hydrocarbons, Applications to Process Engineering.

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ANTECEDENTES Los eyectores son dispositivos para elevar la presi ón de líquidos o vapores, los cuales operan por el arrastre del fluido que se desea bombear por un chorro a alta velocidad de un fluido motriz, el cual est á a mayor presi ón. (Ver Figura 1 para observar la secci ón transversal de un eyector). Los eyectores no tienen partes movibles, pero son mucho menos eficiente que bombas y compresores mec ánicos y por lo tanto son aplicados solamente donde hay grandes cantidades de vapor motriz de baja presi ón o gas comprimido disponible a bajo costo. Debido a que ellos pueden manejar grandes cantidades de flujo a las bajas presiones requeridas, éstos son comúnmente usados en torres de destilaci ón al vacío y


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condensadores de superficie de vapor de agua, para comprimir vapores los cuales no son condensables a las temperaturas disponibles de agua de enfriamiento, a las presiones que pueden ser condensados o venteados del sistema de vac ío. Los eyectores para condensadores de descarga del vapor de agua de turbinas, son normalmente dise ñados y suplidos por el suplidor del condensador y no requiere Especificaciones de Dise ño detalladas. La informaci ón en este documento puede ser usada para estimados de servicios y para evaluaciones de sistemas de eyectores dise ñados por suplidores de condensadores.

4

DEFINICIONES Compresor Término (Termocompresor) Un eyector que opera con presi ón de succi ón por encima de la atmosf érica, y usualmente con una relaci ón de compresi ón menor que 2 (flujo sub – crítico). Eyectores de Relevo Eyectores utilizados para las etapas con alto volumen o baja presi ón de un sistema de multietapa, hasta un nivel de presi ón donde los condensadores son efectivos a la temperatura disponible del agua de enfriamiento. Relación de Presi ón La relación de la máxima presión de descarga, P2, a la presi ón de entrada del fluido de arrastre, P 1. Relación de Expansi ón La relación de la presi ón de entrada del fluido motriz Pm, a la presi ón de entrada del fluido de arrastre, P 1. Fluido de Arrastre El fluido de servicio, el cual el eyector comprime. Este t érmino es preferido que fluido “bombeado” en ingenier ía de eyectores. Relación de Arrastre La relación de arrastre de pesos moleculares es la relaci ón del flujo m ásico del gas arrastrado al flujo m ásico de aire que podr ía ser arrastrado por el mismo eyector, operando bajo las mismas condiciones. La relaci ón de arrastre de temperaturas es la relaci ón entre el flujo m ásico de aire o vapor de agua a una temperatura de 20 C (70 F) y el flujo m ásico de aire o vapor de agua a una temperatura superior a la cual ser ía arrastrado por el mismo eyector operando bajo las mismas condiciones. El Instituto de Transferencia de Calor (ITC) ha establecido el procedimiento para evaluar el comportamiento de un eyector en la base a +20 C °

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(+70 F) de aire equivalente. Las relaciones arriba indicadas son usadas para relacionar el comportamiento del eyector al est ándar de 20 C (70 F) de aire equivalente. Las pruebas por ITC han producido las curvas de relaciones de arrastre, las cuales se indican en la Figura 8, para distintos pesos moleculares y temperaturas de entrada del gas. °

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Presión de Ruptura (Punto de Ruptura) en un eyector es la presi ón a la cual ocurre flujo inestable, debido a la reducci ón de la presi ón del flujo motriz o al aumento de la presi ón de descarga. Presión de Correcci ón (Punto de conexi ón) es la presi ón a la cual flujo estable se restablece a trav és del eyector despu és de la “ruptura” debido a la conexi ón de la presión del fluido motriz o de descarga.

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CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO Incentivo para la Aplicaci ón de Eyectores Los eyectores son alternativas atractivas en ciertos servicios de compresi ón o vacío por las siguientes razones: Bajo costo de equipos.  Bajo costo de instalaci ón.  Mayor confiabilidad en servicios severos.  Tolerancia para los l íquidos de arrastre, aun con s ólidos suspendidos intermitentemente.  Daños por corrosi ón son reparados f ácilmente y a un costo relativamente bajo.  No se requiere sello con prensaestopa.  Operaci ón simple, no tiene partes movibles. La desventaja principal de los eyectores es su baja eficiencia (de 1 a 20%), cuando es comparada con compresores mec ánicos. Por lo tanto, ellos son una selecci ón económica solamente si hay vapor de agua a baja presi ón o gas comprimido disponible a bajo costo. 

Ver MDP – 02 – K – 03 para comparación de eyectores y compresores mec ánicos en servicios de vac ío. Este Documento tambi én contiene un gr áfico mostrando el rango de operaci ón aplicable de eyectores. Clasificaci ón Clasificaci ón por Servicio – Los servicios en los cuales los eyectores son aplicados pueden ser clasificados de la siguiente manera:


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1.

Operaci ón Continua o Intermitente – Máquinas de Procesos y m áquinas auxiliares son continuas, evacuaci ón para el arranque es intermitente.

2.

Fluido Motriz Empleado – Vapor de agua, gas de proceso, aire, l íquido.

3.

Lí quido de Arrastre (de proceso) – Líquido o vapor.

4.

Condensable o No –Condensable – Los servicios continuos casi siempre tienen condensadores en el sistema de eyectores; los servicios intermitentes normalmente no los tienen.

5.

Presión de Entrada Superior o Inferior a la Presi ón Atmosférica – La mayoría de los eyectores son aplicados en servicios de vac ío; aquellos con presión de entrada positiva son llamados “termocompresores ”

6.

Una sola Etapa o Multietapa – La selecci ón depende de la relaci ón de presión requerida.

Clasificaci ón por el Tipo de Eyector – El diseño de una unidad de eyectores puede ser clasificado de la siguiente manera: 1.

Fluido Motriz – Líquido o, vapor o mezcla l íquido vapor.

2.

Fluido Arrastrado (de Proceso) – Líquido o vapor.

3.

Flujo Crítico o Subcr ítico a trav és de la garganta difusora

El eyector “vapor – vapor” es el único tipo ampliamente usado en refiner ías. Los otros tipos (vapor – líquido, líquido – vapor, líquido – líquido y vapor – mezcla) son usados para otras aplicaciones y procesos especiales. Es importante aclarar que los procedimientos y figuras aqu í presentados corresponden a la aplicaci ón vapor – vapor, por la cual no deben ser usados en el diseño de los otros tipos de eyectores. Los eyectores dise ñados para relaciones de presi ón mayores que,o alrededor de 2, tendrán flujo crítico (velocidad s ónica) a través de la garganta difusora (Ver Figura 1). Para relaciones de presi ón inferiores, flujo sub – crítico (subsónico) ocurre a través de la garganta difusora, permitiendo un rango significativamente más amplio de capacidad de control. Los eyectores a flujo cr ítico son usados en la vasta mayoría de los servicios de vac ío para minimizar el número de etapas. Las relaciones de presi ón nominales son usualmente mantenidas entre 6 y 10 para mejor eficiencia, pero pueden ser tan altas como 20 para servicios intermitentes con flujo muy bajo. Eyectores a flujo subcr ítico son normalmente aplicados con presiones de entrada superiores a 50 kPa (15 pulg de Hg abs (380 mm de Hg abs.)) y son siempre eyectores de etapa sencilla. Principios de Operaci ón El principio esencial que regula (flujo cr ítico) la operaci ón del eyector es que ese chorro del fluido a alta velocidad (reducci ón de presi ón estática) puede arrastrar


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otro fluido que est á en contacto con el, mezcl ándose los dos fluidos. Una etapa de un eyector realiza esto con tres partes: una tobera, una c ámara de succi ón y un difusor. La Figura 1 ilustra las presiones y velocidades relativas en un eyector de vapor de agua manejando gas. La tobera del vapor de agua (supers ónico) permite la expansi ón del vapor motriz, el cual se acelera a aproximadamente 1000 m/s (3000 pie/s). Este chorro a alta velocidad, en contacto con el gas a ser comprimido, el cual entra a la c ámara de succi ón a aproximadamente 60 m/s (200 pie/s), arrastra el gas formando una mezcla con alta velocidad y una presi ón de entrada P1. La compresión de la mezcla a la presi ón de descarga, P2, tiene lugar a medida que la energ ía de velocidad es convertida en presi ón, mientras la mezcla se desacelera a trav és del difusor. El difusor contiene tres secciones: un difusor supersónico, una garganta (una secci ón extendida de di ámetro constante, el cual permite una eficiente y completa transici ón entre los flujos supers ónicos y subsónico) y un difusor subs ónico. La velocidad de salida de la mezcla es alrededor de 50 m/s (150 pie/s). Caracter í sticas de Rendimiento Hay una diferencia definida entre las caracter ísticas de comportamiento de la operaci ón de un eyector con flujo cr ítico en la garganta del difusor y aquellos que operan con flujo subcr ítico. El flujo cr ítico ocurre con relaciones de presi ón cercanas o mayores a dos, causando velocidad s ónica en la garganta del difusor. La Figura 2 muestra las curvas de comportamiento t ípico para eyectores con flujo crítico y subcrítico. Las Figuras 3 y 4 indican el efecto sobre el comportamiento de cambios en el peso molecular y la temperatura de entrada del gas para eyectores con flujo cr ítico. La siguiente tabla resume el efecto de variar el flujo de vapor de agua motriz (vía cambios en presi ón de suministro), presiones de entrada y salida, y flujo de entrada para ambos tipos de eyectores vapor – vapor. EFECTOS DEL RENDIMIENTO DE LA PRESION DEL EYECTOR PARA CAMBIOS EN VARIOS PARAMETROS Cambio

Efecto sobre el Rendimiento Tipo de Flujo Cr í tico

Tipo de Flujo Subcrí tico

Aumento en el flujo de vapor de agua (5 a 10% máximo, debido a un aumento de la presi ón del vapor de agua motriz o disminuci ón del sobrecalentamiento).

Aumenta la presi ón máxima de descarga, pr ácticamente sin ningún otro cambio.

Disminuye la presi ón de entrada. Aumenta la relaci ón. Alternativamente, puede operar a relaci ón constante y con aumento de capacidad.

Aumento de la presi ón de entrada.

Reduce la relaci ón, aumenta la capacidad.

Reduce la relaci ón, aumenta la capacidad.


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Cambio

Efecto sobre el Rendimiento Tipo de Flujo Cr í tico

Tipo de Flujo Subcrí tico

Aumento de la presi ón de descarga.

Sin cambio (hasta que se alcance la presión de ruptura).

La familia entera de curvas se mueve con la descarga. La relaci ón permanece prácticamente constante.

Aumento de Capacidad.

Reduce la relaci ón, aumenta la presión de entrada.

Reduce la relaci ón, aumenta la presi ón de entrada.

En el comportamiento de las curvas para eyectores con flujo cr ítico, nótese que la l ínea de presi ón de descarga representa el m áximo obtenible. La presi ón de descarga real puede ser menor que la m áxima sin cambio en la curva de capacidad de presión de succi ón. La curva de m áxima presión de descarga, obtenible de un eyector, t ípicamente aumenta desde flujo cero (cierre) a m áximo flujo. La relaci ón de presi ón obtenible va opuesta a esta tendencia y es mayor a flujo cero (cierre). La relaci ón varía tan alto como 20:1; sin embargo, por eficiencia, especialmente en sistemas de etapas múltiples, éste es mantenido entre 3:1 y 10:1. La Figura 5 muestra el efecto de la relaci ón de presi ón sobre la eficiencia. A medida que la presi ón del fluido motriz al eyector es disminuida (o la presi ón de carga es aumentada), un nivel de presión es alcanzado, en el cual el flujo comienza a ser inestable. Este nivel es llamado “punto de ruptura ”. A medida que la presi ón del fluido motriz es aumentada de nuevo hacia la nominal (o la presi ón de descarga es disminuida), el flujo estables es restablecido a un nivel de presi ón ligeramente superior llamado “punto de conexi ón”. Los punto de ruptura y de conexi ón, son caracter ísticas únicas de cada eyector y tienen que ser ubicados fuera del rango de operación especificado por el dise ñador del eyector. Por esta raz ón, los valores especificados en el dise ño de servicio del eyector para presi ón mínima de la corriente motriz (o el m áximo sobrecalentamiento) y m áxima presión de descarga son muy significativos. Para evitar esta inestabilidad en sistemas de eyectores de etapas m últiples, la presión mínima de entrada a una etapa debe ser inferior a la m áxima presión de descarga de la etapa previa. Como la presi ón máxima de descarga puede ser aumentada por el incremento de la presi ón (flujo) del vapor de agua motriz, un rango de operaci ón de flujo ligeramente m ás amplio puede ser obtenido aumentando la presi ón del vapor de agua motriz a un valor superior a su nivel normal. Las curvas de comportamiento t ípico en la Figura 6 ilustran este efecto. Sin embargo, el beneficio del aumento de flujo del vapor de agua motriz para este


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propósito es limitado de 5 a 10%, debido a que un aumento posterior restringir á la garganta del difusor, reduciendo el arrastre de flujo de gas. Fluidos Motrices Vapor de Agua – El vapor de agua es el fluido motriz m ás comúnmente usado en servicios de plantas de procesos. Este tiene relativamente bajo valor econ ómico y está disponible r ápidamente, fácilmente recuperable por condensadores y es compatible con la mayor ía de los fluidos a ser comprimidos. Debido a su condensabilidad, aplicaciones en servicios continuos de etapas m últiples usualmente tienen intercondensadores para remover el vapor de agua motriz (y cualquier otro condensable) entre etapas y reducir as í la carga a las etapas subsiguientes. Vapor de agua limpio y seco para un comportamiento adecuado. Más de 2 a 3% de humedad en el vapor de agua de entrada reducir á la capacidad y erosionar á la tobera excesivamente. El sobrecalentamiento asegura el secado, pero la energ ía de sobrecalentamiento no es convertida en capacidad adicional del eyector. La cantidad de sobrecalentamiento es cr ítica para un dise ño apropiado del eyector, debido a que ésta influencia el dise ño de la tobera de vapor de agua y de la garganta. Un eyector dise ñado para vapor de agua saturado, perder á capacidad si el vapor es sobrecalentado porque, la disminuci ón de la densidad del vapor de agua reduce la masa que puede fluir a trav és de la tobera fijada para unas condiciones de presi ón dadas. Asimismo, si se suministra un menor sobrecalentamiento que el usado como base en el dise ño, la capacidad aumentará (5 a 10% m áximo) hasta que la garganta del difusor comienza a restringirse, reduciendo el flujo de gas arrastrado. Presión del Vapor de Agua – Presiones de operaci ón entre 420 y 2500 kPa (60 y 350 psig) son normalmente usadas para el vapor de agua motriz del eyector. Entre este rango, la eficiencia del eyector tiende a aumentar con la presi ón. Especificaciones de dise ño deben incluir una presi ón mínima debido a que el eyector será diseñado para comportamiento nominal a esta presi ón y con una presión de conexión seguramente por debajo de esta presi ón. Los siguientes niveles de presi ón de vapor de agua son significativo en el dise ño de servicio y modelo de selecci ón: 1.

Presión de Dise ño Mecánico es la presi ón mínima a la cual el eyector y sus bridas deben ser estructuralmente seguras a la temperatura de dise ño, asumiendo que el factor de seguridad por corrosi ón es agotado. Este valor es seleccionado igual a la presi ón de diseño de la l ínea de suministro de vapor de agua. Sin embargo, en la terminolog ía de la industria de eyectores, el término “presión de diseño” es reservado para otro significado y “presión máxima de la línea de vapor de agua ” es utilizado para especificar el nivel de “seguridad estructural ”.

2.

Presión Máxima es la presi ón más alta que ser á encontrada a la entrada del eyector del lado del vapor de agua en una operaci ón normal. Este valor


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afecta el tamaño interno de la garganta del eyector y puede necesitar una estaci ón de reducción de presión en la línea de suministro del vapor de agua motriz, para mantener el comportamiento especifico del eyector. 3.

Presión Normal del Vapor de Agua es la presi ón normal de operaci ón a la entrada del eyector del lado del vapor de agua motriz. Este valor no afecta el diseño del eyector y no es requerido en las especificaciones del eyector.

4.

Presión Mínima del Vapor de Agua es la presi ón más baja encontrada a la entrada del eyector del lado del vapor de agua en operaci ón normal. El eyector ser á diseñado para un comportamiento nominal a esta presi ón.

5.

Presión de Diseño del Vapor de Agua Motriz es un t érmino convencional usado por dise ñadores de eyectores para describir la presi ón mínima para la cual el eyector debe ser dise ñado y operar siempre establemente. La presión de conexión no ser á ubicada en un valor superior a este valor especificado. Este valor es normalmente ubicado en 70 kPa (10 psi) o de 5 a 10% por debajo de la presi ón mínima de entrada del vapor de agua, como un margen para fluctuaciones moment áneas y debe ser decidido en ingenier ía de detalle en conjunto con el suplidor del eyector.

Temperatura del Vapor de Agua – Para cada presi ón arriba se ñalada, la temperatura y el rango de sobrecalentamiento apropiados deben ser especificados. Otros Fluidos Motrices – Gas natural y gas de refiner ía son usados ocasionalmente como fluidos motrices de eyectores cuando la mezcla del gas motriz y el gas arrastrado es requerida a un nivel de presi ón intermedio. Por ejemplo, gas natural a alta presi ón puede ser usado para comprimir gas de cola o gas provenientes de unidades a un nivel de presi ón intermedio apropiado para ser utilizado como combustible de refiner ía o un sistema de distribuci ón de servicio público. Aire comprimido es usado como fluido motriz en eyectores de servicios port átiles, para evacuaci ón general y servicios de bombeo, pero casi nunca es aplicado en servicios de proceso. Aire atmosf érico es usado como fluido motriz en eyectores especiales de una sola etapa, los cuales descargan en la entrada de un anillo de líquido de una bomba de vac ío. Esto permite la operaci ón a una presión de entrada inferior que la obtenible con el anillo l íquido del compresor, s ólo con la temperatura del agua de enfriamiento disponible. Agua y otros l íquidos pueden tambi én ser usados como fluidos motrices de eyectores de vapor, pero a una eficiencia muy baja y para flujos de vapor muy bajos.


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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Diseño de Eyectores Seg ún Servicios La capacidad total requerida es determinada por la suma de entrada de aire hacia el sistema, otros gases no condensables y vapores condensables (hidrocarburos y vapor de agua son considerados separadamente). Cada uno de éstos es discutido seguidamente. Entrada de Aire – Los sistemas de procesos a presiones subatmosf éricas presentan escapes de aire hacia el sistema por bridas, v ástagos de válvulas etc. La Figura 7 muestra la entrada de aire esperado en sistemas comercialmente herméticos según lo sugerido por el Instituto de Transferencia de Calor (ITC). Debido a que las bases para estimar esta entrada de aire son crudos, es recomendado (por ITC) que se inclya el doble del valor de entrada de aire obtenido de la Figura 7 en los requerimientos de capacidad total cuando se est á especificando la capacidad del eyector. Las curvas dadas en el Figura 7 son para varios valores de presi ón “absoluta ”. Ellas indican que los sistemas con mayor presi ón “absoluta ” presentan menos entrada de aire que aquellos que operan a presiones cercanas a la atmosf érica. Típicamente esto es debido a que las bridas, empacaduras, prensaempaque de las válvulas, etc., para usarlos en aplicaciones de baja presi ón absoluta, son diseñados para operar bajo condiciones de vac ío, mientras que el equipo para aplicaciones de presiones cercanas a la atmosf érica son usualmente la misma que aquellas dise ñada para usarla en presiones superior a la atmosf érica. Gases no Condensables (Diferentes de entrada de Aire) – Hay cantidades despreciables de no condensables en tuber ías de vapor de agua conectada a tuberías de vapor u otra unidad de proceso. Sin embargo, en unidades de destilaci ón, los no condensables pueden estar presentes en la corriente de alimentaci ón y más si son formados por craqueo t érmico en el horno y en la l ínea de transferencia. Si est án disponibles datos reales de columnas de destilaci ón con alimentaciones similares, éstos deben ser utilizados en las bases de dise ño. En general, las cantidades var ían entre 43 y 170 kg/h (95 y 375 lb/h) de aproximadamente 30 en peso molecular del gas por cada 1000 m 3 /d (1000 B/D) de alimentaci ón. A menos que la alimentaci ón contenga un alto porcentaje de fracciones livianas o las temperaturas est én en el rango de craqueo, 115 kg/h por cada 1000 m3 /d (253 lb/h por cada 1000 B/D) debe ser supuesto para prop ósito de diseño. Carga de Vapor Condensable – La carga de vapor condensable para columnas de destilaci ón) consiste en el vapor de agua y los hidrocarburos condensables presentes debido a un despojamiento incompleto o arrastre del plato superior de la torre de vac ío hacia la cabecera. Esta carga es reducida algunas veces instalando un precondensador antes de la primera etapa del eyector.


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La carga de vapor de agua puede ser calculada por el m étodo señalado en la Tabla 3, el cual da la presi ón de saturación del vapor de agua. Si no hay precondensador, la carga de hidrocarburos es estudiada conservadoramente como 0.3 por ciento del volumen de l íquido alimentado a la columna de destilaci ón cuando un dispositivo de separaci ón por arrastre es instalado en el tope de la torre (malla separadora) y 1.0% del volumen de l íquido sin este dispositivo. Determinaci ón de la Temperatura y presi ón del Fluido de Arrastre – La Tabla 2 da guías sugeridas para fijar las condiciones de dise ño de presión y temperatura para el fluido de arrastre. Requerimientos de Servicios Generalidades – Los requerimientos de vapor de agua motriz y agua de enfriamiento para eyectores depende del n úmero de etapas del eyector, el n úmero de condensadores, la temperatura disponible del agua de enfriamiento y las caracter ísticas de la porci ón condensable de la carga. El n úmero de etapas puede ser estimado de la Fig. 4 de Rango de Aplicaci ón para los intervalos de vac ío señalados en el Documento MDP – 02 – K – 03. Si más de una alternativa para el número de etapas est á disponible, la selecci ón debe estar basada en econom ía por requerimientos de servicios. El n úmero de condensadores a ser utilizados est á basado en la econom ía por requerimientos de servicios y consideraciones ambientales. Sistemas de eyectores de dos etapas de servicio continuo tendr án usualmente un intercondensador para condensar el vapor de agua motriz de la primera etapa. Un pre – condensador puede ser justificado si la temperatura disponible del agua de enfriamiento es suficientemente baja para condensar una porción significativa de la carga a la primera etapa. Un post condensador es usualmente requerido para prevenir una pluma de vapor de agua visible en la descarga. La temperatura disponible del agua de enfriamiento y las caracter ísticas de la porción condensable de la carga determinan la justificaci ón económica de los condensables y, algunas veces, las presiones de operaci ón interetapa. Los condensadores no son usados a menos que una porci ón significativa de la carga total pueda ser condensada. Esto depende de la presi ón de vapor de la porci ón condensable a la temperatura disponible del agua de enfriamiento. De manera que, en un sistema de eyectores de tres etapas, la relaci ón de presión de la primera etapa puede ser seleccionada menor que la relaci ón de las últimas dos etapas para comprimir justo por encima de la presi ón de condensaci ón a la temperatura disponible. Método para una o dos Etapas – Cada componente de carga (aire, otros vapores no condensables, vapores de condensables y vapor de agua) son calculados y corregidos a partir de su peso molecular y temperatura real a Aire Equivalente a 20 C (70 F), para el cual todos los eyectores son dise ñados, usando el m étodo señalado en la Tabla 3, justo con las curvas de arrastre del Instituto de °

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Transferencia de Calor ( Figura 8). El consumo de vapor de agua motriz es estimado de las Figuras 9 y 10 para eyectores de una sola o de dos etapas. Estos requerimientos de vapor de agua son entonces corregidos a las condiciones reales del vapor de agua (Figura 8) y presión de descarga real superior a 7 kPa man. (1 psig) (Fig. 12). Método Alterno para Eyectores de Etapas M últiples – Para eyectores con m ás de dos etapas o eyectores de dos etapas cuya contrapresi ón sea superior a 7 kPa man. (1 psig), el consumo de vapor de agua puede ser estimado sobre una base etapa – por – etapa usando el nomograma se ñalado en la Figura 13. Las cargas de componentes son corregidos a Aire Equivalente a 20 C (70 F) por el método señalado en los puntos del 1 al 10 de la Tabla 3. Los requerimientos de vapor de agua motriz para cada etapa son calculados por el m étodo descrito en la Figura 13 El nomograma da el comportamiento promedio del eyector sin factor de seguridad. Por lo tanto, adicione un 10% de margen de seguridad a los requerimientos de vapor de agua. Este requerimiento de vapor de agua no requiere correcci ón por la presi ón del vapor de agua. °

°

El agua de enfriamiento es calculada por la formula indicada en el punto 15 de la Tabla 3 para condensaci ón de vapor de agua solamente. Para eyectores de dos etapas con intercondensador barom étrico, los requerimientos de agua de enfriamiento pueden ser obtenidos de la Figura 11. Asuma relaciones de presi ón aproximadamente iguales para cada etapa, excepto: 1.

Si no hay post – condensador (descarga atmosf érica), la relaci ón de la última etapa es mayor alrededor de un tercio.

2.

Si los condensables constituyen una fracci ón significativa de la carga, la relaci ón de la primera etapa es seleccionada como óptima por reducir el efecto de la presi ón parcial de los condensables.

3.

Si la presi ón de entrada es inferior a la presi ón de condensaci ón con la temperatura disponible del agua de enfriamiento, la relaci ón de la primera etapa de un eyector de tres etapas es seleccionada para comprimir justo por encima de la presión de condensación, con el fin de eliminar una gran porci ón de la carga en un inter – condensador.

4.

Si un pre – condensador ha sido utilizado para reducir la carga de entrada, se puede usar una relaci ón más grande en la primera etapa de un eyector de dos etapas con un post – condensador para reducir la carga a la segunda etapa. Debido a que la presi ón de vapor es constante con la temperatura disponible de agua de enfriamiento, el efecto de la presi ón parcial de los vapores condensables es reducido a una presi ón interetapa superior.

Presión de Descarga La presión de descarga afecta directamente la relaci ón de compresi ón y por ello, afecta directamente el comportamiento del eyector. La m áxima presión real de


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descarga debe ser ajustada considerando todas las fuentes de ca ídas de presi ón aguas abajo tales como, post – condensadores, tuber ías de escape, silenciadores y válvulas de retenci ón. Multiplicidad, Repuesto y Evacuaci ón Usualmente diseños de columnas de destilaci ón al vacío incluyen la instalaci ón de tres eyectores de 50% de capacidad total cada uno (dos etapas de condensaci ón), un repuesto de 50% de la capacidad. En algunos casos dos eyectores con 100% de la capacidad son usados para reducir los costos de v álvulas y tuber ías. Los inter y post – condensadores (uno de cada uno, sin repuesto) son dise ñados para manejar la carga de los tres eyectores operando simult áneamente. En otros servicios, el tiempo de evacuaci ón puede dictar la selecci ón de un repuesto. Para estimar el tiempo requerido para que un eyector pueda evacuar un sistema desde presi ón atmosférica a la presi ón de diseño, se asume que la capacidad promedio de manejo de aire durante el per íodo de evacuaci ón es dos veces la capacidad de dise ño de manejo de aire. Se asume tambi én, que la entrada de aire hacia el sistema es despreciable. El tiempo estimado de evacuaci ón es: T e  F 15 V Ca donde: En unidades métricas

En unidades inglesas

Te =

Tiempo para evacuar el sistema desde la presión atmosférica a la presión de diseño del eyector

min.

min.

V=

Volumen del sistema, espacio de vapor

m3

pie3

kg/h

lb/h

37

2.3

Ca =

Capacidad de aire de diseño del eyector

F15=

Factor cuyo valor depende de las unidades usadas

Si este período aproximado de evacuaci ón es muy largo para un arranque pr áctico de operaci ón, éste puede ser reducido aumentando el flujo de dise ño de la última etapa del eyector, o a ñadiendo un eyector sin condensaci ón en paralelo con el eyector primario que operar ía solamente para evacuaci ón. Un eyector sin condensaci ón puede ser usado como un evacuador o como un eyector de repuesto de emergencia, sirviendo para varios sistemas adyacentes. El comportamiento de la evacuaci ón deseada es especificado indicando el volumen del sistema, el tiempo deseado de evacuaci ón y la presi ón absoluta a la cual el sistema debe ser evacuado.


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Condensadores para Eyectores Los condensadores son usados antes de la primera etapa y/o entre etapas (llamados pre e inter – condensadores, respectivamente) para remover los vapores condensables y reducir el flujo a la siguiente etapa. Esto reduce los requerimientos de vapor de agua motriz y mejora la eficiencia global del eyector. Post – condensadores (despu és de la última etapa) no mejorar án la eficiencia del eyector, pero permiten recobrar alg ún condensable valioso o eliminar la pluma de vapor de agua en la descarga. Virtualmente, todos los condensadores aplicados actualmente en sistemas de eyectores de refiner ía son del tipo de superficie, debido a que este equipo produce la mínima contaminaci ón del agua efluente. En el caso de eyectores de vac ío, el condensado puede ser removido del condensador por bomba o dren ándolo por gravedad. Se deben usar bombas si el punto de descarga es remoto a la alta presión. Se puede drenar por gravedad si el tambor de descarga est á cerca y en baja presi ón. En este caso, el eyector es ubicado a un nivel superior del tambor colector de condensado. Unidades Convencionales de la Presi ón de Entrada La presión de entrada del eyector debe ser especificada en presi ón absoluta, kPa (psia). Para condiciones de vac ío comúnmente se usa mm de Hg o pulg de Hg. Los factores de conversi ón más usados son: 1 pulg de Hg = 25.4 mm Hg 1 mm de Hg = 0.03937 pulg de Hg 1 psi = 2.036 pulg de Hg 1 pulg de H2O = 0.07349 pulg de Hg

7

INFORMACION REQUERIDA PARA LA ESPECIFICACION Para especificar apropiadamente un eyector de vapor de agua, la siguiente informaci ón debe ser incluida:   



Número de unidades requeridas para operaci ón normal y repuestos, si se requieren. Temperatura de entrada del l íquido de arrastre; indique un rango. Capacidad: kg/h (lb/h) de cada constituyente identificado por nombre y peso molecular (indique el peso molecular promedio de la mezcla de hidrocarburos). Indique si el comportamiento es o no condensable con el agua de enfriamiento de planta. Incluya propiedades f ísicas y corrosividad de gases no comunes. Especifique rango de operaci ón estable requerido. Presión de entrada: kPa abs. (mm de Hg abs. o pulg de Hg abs.) para evitar error de interpretaci ón.


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

Máxima presión de descarga: kPa (psia) (temperatura, si alg ún límite) Especifique donde existen estas condiciones, ej.: a la salida del post – condensador.



Temperatura máxima del agua de enfriamiento y m áximo aumento aceptable de temperatura.



Presión máxima y mínima de agua de enfriamiento, y m áxima caída de presión aceptable, si existe.



Condiciones del vapor de agua: m ínima presión y temperatura esperada en la brida del eyector, as í como la presi ón y temperatura (m áxima) de la caldera o línea principal. Especifique el rango de sobrecalentamiento, si lo hay.



Tipos y números de condensadores requeridos: especifique las caracter ísticas del sello deseadas, incluyendo columnas barom étricas o bomba de condensado y sus condiciones de descarga.



Materiales de construcci ón: especifique si los materiales est ándar del fabricante son aceptable o haga una lista de alternativas aceptables. (Vea Manual de Materiales de Construcci ón, Sección de Destilaci ón al Vacío).



Requerimientos secundarios o futuros, si los hay, ej., rendimiento de evacuaci ón, algún otro requerimiento futuro.



Requerimientos de instalaci ón si los hay (sitio de montaje, orientaci ón, etc.).



Accesorios: filtros tipo “Y” en la l ínea de suministro de vapor de agua, silenciadores (especifique que nivel de ruido debe ser alcanzado seg ún PDVSA SN – 252), etc.

PROBLEMA DE EJEMPLO (Siga el procedimiento descrito en la Tabla 3). Una torre húmeda de distilaci ón al vacío opera con un condensador de cabecera y el tambor de destilaci ón de vac ío está a 35 C (95 F) y 7 kPa abs (50 mm Hg). Un estudio previo indic ó que es económicamente atractivo usar un eyector pre – condensador el cual tendr ía una caída de presi ón de 0.7 kPa (5 mm Hg), pero reducir ía la carga de vapor de agua significativamente por condensaci ón a 27 C (80 F) (a 24 C (75 F) está disponible el agua de enfriamiento). P érdidas de presión adicionales a la entrada del eyector por tuber ías son estimados en 0.7 kPa (5 mm Hg). El estimado de entrada de aire hacia el sistema es de 150 kg/h (300 lb/h) de Figura 7. Otra carga de vapor no condensable es de 600 kg/h (1200 lb/h), basada en 115 kg/h por 1000 m 3 /d (40 lb/h por 1000 BPD) de alimentaci ón (M = 30). Total de no condensable es entonces: °

°

°

°

°

°

150 kgh @ M : 29

 5.17 mol  h (10.34 mol  h



EYECTORES

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600 kg  h 20.00 mol  h @ M : 30  750 kg  h 25.17 mol h (40 mol  h) (40 mol  h) 750 kg  h 25.17 mol  h



29.797 kg  mol (29.797 lb lbmol)

O sea: 29.797 es el peso molecular promedio del total de no condensables. Punto 1. Punto 2.

Presi ón de vapor de agua (saturado) a 27 C = 3.564 KPa (a 80 F 1.032/pulg Hg = 26.2 mm Hg) Debido a que el pre – condensador enfr ía hasta 27 C (80 F), la presión de vapor de los hidrocarburos condensables es despreciable. (Basado en una densidad promedio de 865 kg/m3 (32 API), el punto de ebullici ón promedio volum étrico es de 305 C (580 F) y el peso molecular promedio = 250, la presi ón de vapor por extrapolaci ón de las curvas del Maxwell Databook on Hydrocarbons = 0.001 kPa (0.0076 mm Hg) Presi ón parcial de no condensables = 5.60 KPa – 3.57 kPa = 2.03 kPa (13.8 mm Hg) kg/h (lb/h) de vapor de agua = 3.564 18(750)  795 kgh1720 lbh 2.03 29.797 °

°

°

°

°

°

Punto 3. Punto 4.



Punto 5. Punto 6.

°





kg/h (lb/h) de vapores de hidrocarburos condensables es despreciable kg/h (lb/h) de carga de Aire Equivalente a 20 C (70 F) de aire (Ft aire @ 27 C (80 F) = 0.999 de Figura 8) = 150 kgh  150 kgh 300 lbh 0.999 °

°



Punto 7.

°



kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20 C de otros no condensables (Ft gas = 0.999, Fm = 1.01 de Figura 8) = 600 kgh  595 kgh 1189 lbh 0.999 (1.01) °



Punto 8.

°



kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20 C (70 F) de vapor de agua (Ft vapor de agua = 0.999, Fm = 0.81 de Figura 8)= °



795 0.999 (0.81)

 

°

983 kgh 2126 lbh



EYECTORES

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Punto 9.

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kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20 C (70 F) de vapores de hidrocarburos condensables es despreciable. Punto 10. kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20 C (70 F) de carga total a la entrada del eyector. 150 + 595 + 983 = 1728 kg/h (3615 lb/h) Este sistema de eyector es para operar con un post – condensador para eliminar la pluma de vapor de agua en la descarga. La contra – presión debido a tuber ías y el post – condensador es de 56 kPa (8 Psig). Por lo tanto los c álculos de requerimientos de vapor de agua motriz deben ser hechos por el m étodo descrito en la Figura 13. El vapor de agua disponible es saturado a 875 kPa (125 psig). °

°

Presión de entrada =

R1

°

°

7.0 – 0.7 kpa de caída de presión del pre – condensador – 0.7 KPa por ca ída en tuber ía = 5.6 kPa abs (40 mm Hg = 1.575 pulg Hg) 976 kpa abs 174 88.7 psia  mm Hg 5.6 kpa abs

La presión interetapa es aproximada, asumiendo una relaci ón 20% mayor en la primera etapa debido a que los condensables forman una porci ón significativa de la carga. La relaci ón referida para permitir 0.7 kPa (5 mm Hg) de ca ída en la tuber ía interetapa e intercondensador es 6 = R 2 para la primera etapa y 5 = R 2 para la segunda etapa. Del nomograma R 3 = 2.85 para la primera etapa. Esto debe ser corregido “hacia atrás” para la carga de Aire Equivalente a 20 C (70 F) (multiplicada por F t vapor de agua F m vapor de agua). °

°

R3 corregido = 2.85 kg vapor de agua motriz (0.999) (0.81) kg de vapor de saturada R3 corregido

 





kg vapor de agua motriz (0.999) (0.81) kg de vapor de saturada 2.31 kg (lb) vapor de agua motriz kg (lb) de aire Equivalente a 20 C (70 F)

2.85

°

°

kg/h (lb/h) de vapor de agua motriz de la primera etapa = (2.31) (1728) = 3992 kg/h (8351 lb/h) de vapor de agua motriz requerido Esto comprimirá la carga de la primera etapa a (5.6 KPa) (6.0) = 33.6 kPa abs (240 mm Hg abs) Permitiendo 0.7 kPa (5 mm Hg) de ca ída en la segunda etapa, la presi ón de entrada es 32.9 kPa abs (235 mm Hg abs). La carga total a la segunda etapa cambiará porque la presi ón parcial relativa de los componentes condensables (en este caso vapor de agua solamente) ha cambiado. Debido a que el agua de enfriamiento es costosa en este lugar, se ha decidido usar el flujo de agua en serie a trav és del inter y post – condensador. A 17 C (30 F) de °

°



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aumento de temperatura a trav és del intercondensador es tentativamente decidido mantener el condensador de superficie a un m ínimo, mientras tambi én se reduce la carga a la segunda etapa a una cantidad pr áctica. Por lo tanto, el agua de enfriamiento a la segunda etapa es 24 + 17 = 41 C (105 F) y la temperatura de entrada a la segunda etapa del eyector es 41 + 4 = 45 C (112 F) (de la Tabla 2). °

°

°

Punto 1. Punto 2. Punto 4.

Presi ón del vapor de agua a 45 C (112 F) = 9.58 KPa (2.7494 pulg Hg) 32.9 kPa – 9.6 kPa = 23.3 kPa (165.2 mm Hg abs) kg/h (lb/h) de vapor de agua °

  9.6 23.3

Punto 8.

°

 

18750 29.797

°

187 kg  h 383 lb  h

kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20 C (70 F) de vapor de agua (Ft vapor de agua = 0.99) de la Figura 8 = °

°

187 231 kg  h 473 lb  h (0.999) (0.81) Punto 10.

kg/h (lb/h) de Aire Equivalente a 20 C (70 F) de carga total = 150 + 595 + 231 = 976 kg/h (1162 lb/h). °

R1

°

976 kPa 29.7 15.1 psia  pulg Hg 32.9 kPa

R2 = 5.0 Del nomograma, R3 = 4.5 R3 corregido = 4.5 (o.999) (0.81) = 3.64 Kg/h (lb/h) de vapor de agua motriz de la segunda etapa = (3.64) (976) = 3553 kg/h (7142 lb/h) Flujo de vapor de agua motriz a las dos etapas = 3992 + 3553 = 7545 kg/h (15493 lb/h) Añadiendo 10% de factor de seguridad: el vapor de agua motriz requerido = 8300 kg/h (17042 lb/h) Los requerimiento de agua de enfriamiento basada en flujo de serie a través del inter y post – condensador: Vapor de agua condensado en el inter – condensador es el vapor de agua motriz m ás parte del vapor de agua de la carga. Vapor de agua motriz de la primera etapa + 10% de factor de seguridad = 4391 Carga de vapor de agua a la primera etapa = 795



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Carga de vapor de agua a la segunda etapa = – 187 Total de vapor de agua condensado = 4999 kg/h (10524 lb/h) Para 17 C (30 F) de aumento de temperatura en el intercondensador: 31.0 x 4999 = 154969 kg/h = 2583 dm 3 /min (663 gpm) (de Tabla 3) °

°

Debido a que 4999 kg/h (10524 lb/h) es mayor que la cantidad de vapor condensado en el post – condensador (3553 + 10%) este mismo 2583 dm 3 /min (663 gpm) tendrá un aumento menor de 17 C (30 F) en el post – condensador. °

8

°

NOMENCLATURA Ca =

Capacidad de aire de dise ño del eyector, kg/h (lb/h)

Fi =

Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ver tabla al final

FM =

Relación de arrastre para un peso molecular promedio del gas diferente al de aire = 29

FM y Ft = Factores por los cuales el flujo de gas es dividido para obtener Aire Equivalente a 20 C (70 F) °

°

Fs =

Factor de conexión de presión del vapor de agua para presiones diferentes a 7000 kPa man. (100 psig).

FT =

Relación de arrastre para una temperatura de entrada diferente a 20 C (70 F). °

°

M =

Peso molecular

Pm =

Presión del fluido motriz, kPa man. (Psig)

P1=

Presión de entrada, kPa abs (mm Hg o pulg Hg abs)

P2 =

Presión de descarga, kPa abs (Psia)

R1 =

Relación de expansi ón = Pm/P1

R2 =

Relación de presi ón = P2 /P1

Te =

Tiempo para evacuar el sistema desde la presi ón atmosférica a la presión de diseño del eyector, min.

V=

Volumen del sistema, espacio de vapor, m 3 (pie3)

W=

Flujo másico, kg/h (lb/h)

Factores Cuyo Valor Depende de las Unidades Usadas

F15=

En unidades métricas

En unidades inglesas

37

2.3

F16 =

(Tabla 3)

2208 kj / kg

950 BTU /Lb

F17 =

(Tabla 3)

4.186 kj / kg C

1 BTU/Lb F

°

°



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TABLA 1. PRESION DE VAPOR DE AGUA PRESION DE VAPOR DE AGUA SATURADO EN KPa DE 0 A 100 C (*)

Temp. C (**)

°

°

°

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

0.0

.6103

.6562

.7052

.7573

.8128

.8719

.9347

1.002

1.072

1.148

10.0

1.228

1.313

1.403

1.498

1.599

1.706

1.819

1.939

2.065

2.199

20.0

2.340

2.489

2.646

2.812

2.987

3.171

3.365

3.570

3.785

4.011

30.0

4.249

4.499

4.762

2.812

5.327

5.631

5.950

6.285

6.635

7.002

40.0

7.387

7.790

8.212

5.037

9.115

9.597

10.10

10.63

11.18

11.75

50.0

12.35

12.98

13.63

8.653

15.02

15.76

16.53

17.33

18.17

19.04

60.0

19.94

20.88

21.86

14.31

23.93

25.03

26.17

27.36

28.59

29.86

70.0

31.19

32.56

33.98

35.46

36.99

38.57

40.21

41.91

43.67

45.49

80.0

47.38

49.33

51.35

53.43

55.59

57.82

60.12

62.50

64.96

67.50

90.0

70.12

72.82

75.61

78.49

81.46

84.52

87.68

90.94

94.29

97.75

100.0

101.3

105.0

108.8

112.6

116.7

120.8

125.0

129.4

133.9

138.5


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TABLA 2. DETERMINACION DE LA PRESION Y TEMPERATURA DE ENTRADA PARA SER USADAS EN LOS CALCULOS DE CAPACIDAD Equipos Inmediata Temperatura de Presión Total de Presión Parcial Presión Parcial mente Aguas Entrada Entrada de Condensa- de No – condenArriba de la bles sables Entrada del Eyector. Proceso

De proceso

Presión de Proceso menos caída de Presión en Tubería

de

3 C (5 F) por encima de la temperatura de entrada del agua de enfriamiento

Presión de Proceso menos Pérdidas

Condensador de Superficie (para vapor de agua)

4.2 C (7.5 F) por debajo de saturación del vapor de agua a la presión de entrada del condensador

Presión de Proceso menos pérdidas en tuberías

Condensador de Superficie (proceso)

4 C (7 F) mayor, por encima de la temperatura de entrada del agua de enfriamiento (a menos que se disponga de datos más precisos acerca del comportamiento del condensador

Condensadores contacto Directo

°

°

°

°

°

°

Datos del Maxwell Data Book Tabla 1 (usualmente los condensables se supone que estan saturados a la temperatura de entrada del eyector si provienen de un condensador)

Presión Total menos Presión Parcial de los condensables.



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TABLA 3. CALCULOS DE REQUERIMIENTOS DE CARGA DE COMPONENTES Y SERVICIOS Punto 1

2 3 4

Cálculos de Carga de Componentes Determine la presi ón de vapor de agua de la Tabla 1. Este valor aplica solamente para la condici ón de vapor saturado, ejemplo comúnmente después de un condensador. Si la corriente no est á saturada, como las cabeceras de columnas de destilaci ón sin precondensador, el Punto 1 puede ser recalculado del Punto 4. Determine la presi ón de vapor de hidrocarburos condensables a la temperatura de entrada. Reste los Puntos 1 y 2 de la presi ón total de entrada para obtener la presión parcial de los no condensables kg/h (lb/h) de vapor de agua = Punto 1 x Punto 2 18 x kgh (lbh) de aire m ás otros no condensables M promedio de aire más otros no condensables kg/h (lb/h) vapor de hidrocarburos condensables = x

5

6

Punto 2 x A Punto 3 M promedio de aire más otros no condensables kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20 C (70 F) de la carga del componente aire = °

°

kgh (lbh ) de carga de aire Ftaire 7

8

kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20 C (70 F) de los otros componentes no condensables = kg/h (lb/h) de otros no condensables Ft gas x FmM promedio de otros no condensables = Kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20 C (70 F) de vapor de agua °

°

°

°



Punto 4 F t (vapor de agua motriz) x F m de vapor de agua



Punto 4 F t (vapor de agua x 0.81



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9

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kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20 C (70 F) de vapores de hidrocarburos condensables = °

 10

Indice volumen °

Punto 5 F t gas x F m M promedio de vapores de hidrocarburos condensados kg/h (lb/h) de aire equivalente a 20 C (70 F) de carga total de la entrada del eyector = = Punto 6 + Punto 7 + Punto 8 + Punto 9 °

°

CALCULOS PARA REQUERIMIENTOS DE VAPOR DE AGUA MOTRIZ Y AGUA DE ENFRIAMIENTO 11 12

13

14

Obtenga Fs (factor de conexi ón de presi ón del vapor de agua) de la Figura 8. Obtenga la relaci ón kg (lb) de vapor de agua motriz de la kg (lb) de fluido arrastrado Figura 9 ó 10 Obtenga el factor de conexi ón de contra presi ón de la Figura 12. (Esto es para eyectores de una sola etapa solamente. Si se est á calculando los requerimientos de vapor de agua para eyector de dos etapas con una contrapresi ón superior a 7 kPa man. (1 psig), use el método descrito en la Figura 13). kg/h (lb/h) de Vapor de Agua Motriz = Punto 10 x Punto 11 x Punto 12 x Punto 13.

CALCULOS DE REQUERIMIENTO DE CARGA DE COMPONENTES Y SERVICIOS 15

Requerimientos de Agua de Enfriamiento (para condensaci ón de vapor de agua solamente)

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F 16 F 17 (T 2 – T 1)

= 31 kg de agua/kg de vapor de agua, para 17 C de T en el agua de enfriamiento (0.063 x lb/h de vapor de agua para 30 F de T en el agua de enfriamiento). F16 = 2208 kJ/kg (950 BTU/lb) es el calor de vaporizaci ón del vapor de agua y F 17 = 4.186 kJ/kg C (1 BTU/Lb F) es el calor específico del agua. Permiten mayor requerimiento de agua de enfriamiento para vapor de agua sobrecalentado. °

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Nota:

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Los requerimientos de agua de enfriamiento pueden ser reducidos dependiendo del aumento total de temperatura del agua permitido: 

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Para sistemas de eyectores de condensadores de vapor de agua de turbinas – condensado en la descarga de la turbina es usado como medio enfriante para el inter y post – condensador. Para sistemas de eyectores de columnas de destilaci ón al vacío – uso del agua de enfriamiento en serie a trav és del inter y luego al post – condensador puede ser usado.


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Fig 1. VARIACIONES DE PRESION Y VELOCIDAD DENTRO DE UN EYECTOR DE VAPOR DE AGUA MANEJANDO GAS (FLUJO CRITICO)


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Fig 2. COMPARACION DE LAS CARACTERISTICAS DE OPERACION DE UN EYECTOR DE VACIO Y UN COMPRESOR TERMICO


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Fig 3. CURVA TIPICA DE COMPORTAMIENTO DE UN EYECTOR MOSTRANDO EL EFECTO DE CAMBIOS EN EL PESO MOLECULAR (BASADO EN GAS SECO SOLAMENTE)


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Fig 4. CURVA TIPICA DEL COMPORTAMIENTO DE UN EYECTOR MOSTRANDO EL EFECTO DE CAMBIOS EN LA TEMPERATURA DE ENTRADA DEL GAS (BASADO EN GAS SECO SOLAMENTE)


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Fig 5. RANGO DE EFICIENCIAS ALCANZABLES PARA EYECTORES DE VAPOR DE AGUA MANEJANDO AIRE


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Fig 6. EFECTOS DE INCREMENTOS EN LA PRESION DEL VAPOR DE AGUA SOBRE LA CURVA CARACTERISTICAS DE EYECTORES TIPICOS DE DOS ETAPAS

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Fig 7. VALORES MAXIMOS DE ENTRADA DE AIRE PARA SISTEMAS COMERCIALMENTE HERMETICOS

E R I A E D A D A R T N E A M I X A M


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Fig 8. FACTORES DE CORRECCION

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Fig 9. REQUERIMIENTOS DE VAPOR DE AGUA MOTRIZ PARA EYECTORES


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Fig 10. REQUERIMIENTOS DE VAPOR DE AGUA MOTRIZ PARA UN EYECTOR DE LA 2da ETAPA CON CONDENSADOR

25% (AIRE + GAS NO CONDENSABLE)


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EYECTORES

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Fig 11. REQUERIMIENTOS DE AGUA DE ENFRIAMIENTO PARA UN EYECTOR DE LA SEGUNDA ETAPA CON UN INTERCONDENSADOR BAROMETRICO s b a , a P K

g H g l u P


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Fig 12. EFECTO DE LA PRESION DE DESCARGA ACTUAL EN UN EYECTOR DE ETAPA SENCILLA

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Manual de diseño de proceso PDVSA (eyectores).pdf

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