Diseño de un Separado Separadorr Vertical De acuerdo a la información presentada en la tabla 1 se desea realizar el diseño de un separador vertical sin dispositivos internos. Tabla Nº1 Información del proceso
Simbolo Pop
Top Vgas @cond std
PM
DATOS DE OPERACIÓN DATOS PRESIÓN (PSIG) TEMPERATURA (°F) GAS
87,00 177,00
VOLUMEN DEL GAS A COND STD(MMSCFD)
PESO MOLECULAR ( LIQUIDO
)
7,00 20,50
Vagua @cond PT
VOLUMEN DEL LIQUIDO A COND PT(BPD)
12.500,00
Voil @cond PT
VOLUMEN DEL OIL A COND PT(BPD)
4.100,00
SG agua
GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL AGUA
1,00
SG oil
GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL OIL
0,908
Lo primero es conocer todas las propiedades de cada fluido a las condiciones de presión y temperatura de operación:
Fase Gas
Gravedad especifica del gas (SG)
Peso molecular
Utilizando el peso molecular del gas reportado en la tabla 1 se tiene:
Ec. 1
Densidad del gas en condiciones de operación ( )
Presion de operación Psig
Temperatura de operación ºF
Sustituyendo los datos de
,
y
del proceso
Densidad del gas en condiciones estándar (
)
Ec. 3
Flujo másico del gas
Ec. 4
Volumen del gas a condiciones estándar (MMSCFD)
De la tabla 1 se tiene que la ecuación 4 nos queda:
A partir par tir del flujo másico se puede determinar el flujo volumétrico del gas condiciones de operación
Fase Líquida
a las
Ec.5
Volumen total del líquido ( )
Ec. 6
Se considera que el volumen total del líquido está dado por la sumatoria del volumen que ocupa el agua (
) y la fase oleosa (
Densidad de la mezcla líquida (
)
)
La densidad del agua se considera 62,428
a condiciones estándar
Introduciendo cada uno de los valores en la ecuación 7:
Ec.7
Flujo másico del líquido (
)
Ec. 8
Flujo volumétrico del líquido ( )
Tabla Nº2 Propiedades físicas del gas y liquido
GAS DENSIDAD DEL GAS @ PT lb/ft3
0,305
DENSIDAD DEL GAS @ cond std lb/ft3
0,054
Wg
FLUJO MÁSICO (Lb/h)
15.760,35
Qgas @cond PT
FLUJO VOLUMETRIVO DEL GAS (ft3/h)
51.649,95
@ PT
@ std
LÍQUIDO
VL total
VOLUMEN BPD
Wl
DENSIDAD DE LA MEZCLA lb/ft3 FLUJO MÁSICO TOTAL DEL LÍQUIDO FLUJO VOLUMÉTRICO TOTAL DEL LÍQUIDO FT3/H
Ql
16.600,00 61,01 236.925,21 3.883,42
Ec. 9
Dimensionamiento del tambor a través del cálculo de:
Velocidad critica del vapor
La velocidad crítica se puede predecir mediante las relaciones que se derivan de la ley de caída de Newton, la cual se expresa de forma siguiente:
Velocidad crítica
Constante de Souders y Brown
Ec. 10
Densidad del líquido en condiciones de operación Densidad del gas en condiciones de operación
La constante de Souders y Brown depende de las propiedades del fluido para este estudio se utilizara un valor de 0,15 ft/s, sustituyendo los valores en la ecuación 10
Área de flujo de vapor requerida disponible
Para determinar el área de flujo se debe conocer la velocidad disponible viene dada por la siguiente expresión:
Donde
Factor de seguridad=1,10
Factor basado en los internos
En el diseño se consideró que no hay dispositivos internos por lo cual F tiene un valor de 1,0
Por lo tanto la velocidad disponible
Se tiene que el área mínima ecuación:
se calcula por medio de la siguiente
Por consiguiente el diámetro mínimo del recipiente (
) será:
Relación L/D
Uno de los criterios que se sigue para dimensionar un separador es establecer las relaciones óptimas de la razón de longitud/diámetro. Es importante señalar que resulta más económico aumentar su longitud antes que el diámetro. Para ello, se establecerá un diámetro inicial y de acuerdo a este se procederá a determinar cada una de las secciones que formaran el separador.
Para un Diámetro propuesto de
6 ft, el área propuesta (Ap) sería:
Dimensionamiento de la longitud del recipiente En la figura 1 se muestra las diferentes longitudes en la cual se divide el recipiente.
A B Boquilla de
C
Entrada de la mezcla
J I
HHLL
L
E
HLL
F LLL LLLL
G H Boquilla de descarga
Dp=6 ft
Figura Nº 1 Dimensionamiento del separador vertical
El cálculo de cada una de las partes longitudinal del separador esta dado de acuerdo a lo siguiente. Longitud de
A
A= 0,15*Dp si no hay demister A=0
B
B= 6 in
C
C= 0,5*Dp valor mínimo de 36 in sin demister
J
si no hay demister B=0
J=Di considerando que no hay placa deflectora
Se establece establece un diámetro interno de Di= 10 in entonces
I
E
I=0,3*Dp
Dónde:
tiempo entre HLL y HHLL
El tiempo se fija en 1 min teniendo lo siguiente:
F
Dónde:
tiempo de residencia
El tiempo de residencia se fija en 5 min
.
G
Dónde:
tiempo entre LL-L Y LLLL
El tiempo se fija en 1 min
H
= 0,750 0,750 ft se asume asume este valor ya que es
el valor mínimo aceptable y recomendado
En la siguiente tabla (3) se muestra cada una de las longitudes obtenidas
Tabla Nº 3 Longitudes obtenidas para el separador sin dispositivos internos
Longitudes
L (ft)
A
0
B
0
C
3,0
J
0,833
I
1,8
E
2,289
F
11,446
G
2,289
H
0,750
Ahora se calcula la relación L/D
El criterio es que la razón
22,407
debe estar dentro del siguiente rango
De modo que el valor calculado se encuentra dentro de lo establecido, por lo tanto el diámetro propuesto se ajusta a justa a este diseño.
Dimensionamiento de las boquillas de entrada y salida
Para el dimensionamiento de la boquilla de entrada se calcula
primeramente la densidad de la mezcla tratada de líquido y vapor a partir de sus respectivos flujos másicos y volumétricos a las condiciones de operación de P y T:
Con ella se calcula la velocidad de la mezcla a la entrada:
Ciertamente, la velocidad debe ser menor a 28,12 ft/s, por lo tanto se toma el valor de 28 ft/s. Luego, se determina el área de la boquilla:
Y el diámetro interno de la boquilla será de:
El diámetro comercial más cercano es: diámetro nominal 10 in, cédula 40
Para el dimensionamiento de la boquilla de salida del gas se sigue un
procedimiento similar al anterior: Primero se calcula la velocidad del vapor a la salida:
Ciertamente, la velocidad debe ser menor a 108,64 ft/s, por lo tanto se toma el valor de 100 ft/s. Luego, se determina el área de la boquilla:
Y el diámetro interno de la boquilla será de:
El diámetro comercial más cercano cercan o es: diámetro nominal 5 in, cédula 40
Para el dimensionamiento de la boquilla de salida del líquido se sigue un
procedimiento similar al anterior: Primero se determina la velocidad del líquido a la salida:
Ciertamente, la velocidad debe ser menor a 3 ft/s, por lo tanto se toma el valor de 2,9 ft/s. Luego, se determina el área de la boquilla:
Y el diámetro interno de la boquilla será de:
El diámetro comercial más cercano cercan o es: diámetro nominal 8 in, cédula 20. En la tabla 4 se reportan los resultados obtenidos para el dimensionamiento de las boquillas
Tabla Nº4. Resultados del dimensionamiento de las boquillas
DIMENSIONAMIENTO DE LAS BOQUILLAS DENSIDAD DE LA MEZCLA lb/ft3 VELOCIDAD DE LA MEZCLA ft/s BOQUILLA DE ÁREA INTERNA INTERNA ft2 ENTRADA DIÁMETRO INTERNO ft
BOQUILLA DE SALIDA DEL GAS
BOQUILLA DE SALIDA DEL LÍQUIDO
4,55 28 0,55 0,84
DIÁMETRO NOMINAL (in), CÉDULA VELOCIDAD DEL GAS ft/s ÁREA GAS GAS ft2
10, 40 100 0,14
DIÁMETRO GAS ft DIÁMETRO NOMINAL (in), CÉDULA
0,43 5, 40
VELOCIDAD DEL LÍQUIDO ft/s ÁREA LÍQUIDO LÍQUIDO ft2 DIÁMETRO LÍQUIDO ft
3 0,36 0,69
DIÁMETRO NOMINAL (in), CÉDULA
8, 20
En la tabla 5 se reportan los parámetros de diseño para el recipiente.
Tabla Nº 5. Resultados obtenidos del dimensionamiento del recipiente
Parámetro
Valor
Velocidad crítica (ft/s)
2,12
Velocidad disponible (ft/s)
2,33
Área mínima (ft 2)
6,16
Diámetro mínimo (ft)
2,80
Diámetro propuesto (ft)
6,00
Área propuesta (ft 2)
28,27
Longitud del recipiente tangente-tangente (ft)
22,407
Diámetro de la boquilla de entrada (ft) Diámetro de la boquilla de salida salida del gas gas (ft) Diámetro de la boquilla de salida del líquido (ft) Altura entre el nivel alto-alto- y nivel alto (ft) HHLL-HLL Altura entre el nivel alto- y nivel bajo (ft) HLL-LLL Altura entre el nivel bajo- y nivel bajo-bajo (ft) LLL-LLLL
0,84 (10 in, cédula 40) 0,43 (5in, cédula 40) 0,69 (8 in, cédula 20)
2,289 11,45 2,289
Referencias
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4090002/html/pages/ cap4/c4_9.htm
Gomez, P. (sf). Diseño y cálculo de compresores. Universidad Nacional de Piura, Perú. Disponible en: http://www.unp.edu.pe/facultades/minas/petroleo/alumn/pyg/CURSO%20DISE%C 3%91O%20Y%20CALCULO%20DE%20COMPRESORES.pdf
