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Mdp 03 s-05 separadores líquido - líquido - vapor

  1. 1. PDVSA N° TITULO REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHAAPROB.FECHA SEPARACION FISICA E1994 MDP–03–S–05 TAMBORES SEPARADORES LIQUIDO – LIQUIDO – VAPOR TAMBORES SEPARADORES 64 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO ESPECIALISTAS PDVSA
  2. 2. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 1 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Indice 1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Consideraciones generales 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Decantación de las fases líquidas 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Niveles/tiempos de residencia 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Botas decantadoras 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Evaluación de la capacidad de separación líquido–líquido de acuerdo al separador a usar 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Consideraciones de diseño para algunos servicios específicos 20. . . . . . . . 4.7 Información complementaria en otros documentos técnicos de PDVSA 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 METODOLOGIA DE DISEÑO 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Procedimiento de diseño para tambores horizontales con bota decantadora, una sola entrada. 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Procedimiento de diseño para tambores horizontales con bota decantadora, dos entradas. (PENDIENTE) 33. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Procedimiento de diseño para tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico, una sola entrada 33. . . . . . 5.4 Procedimiento de diseño para tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico, dos entradas. 44. . . . . . . . . . . . . 5.5 Procedimiento de diseño para tambores horizontales con compartimientos separados . 44. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 NOMENCLATURA 54. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 APENDICE 58. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1. Identificación de niveles y dimensiones en un tambor separador vapor–líquido–líquido con bota decantadora (una sola entrada) 59 Figura 2. Identificación de niveles y dimensiones en un tambor separador vapor–líquido–líquido con dos fases líquidas en el cuerpo principal (una sola entrada) 61. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 3. Identificación de niveles y dimensiones en un tambor separador vapor–líquido–líquido con compartimientos separados 63. . . . . . . . .
  3. 3. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 2 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1 OBJETIVO Entregar suficiente información para el Diseño de Procesos completo de Tambores Separadores Vapor–Líquido–Líquido horizontales. El tema “Tambores separadores”, dentro del área de “Separación Física”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los siguientes documentos: PDVSA–MDP– Descripción de Documento 03–S–00 Tambores Separadores: Indice General 03–S–01 Tambores Separadores: Principios Básicos 03–S–03 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Vapor 03–S–04 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Líquido 03–S–05 Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Líquido–Vapor (Este documento) Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Tambores Separadores”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualización de la Práctica de Diseño “TAMBORES”, presentada en la versión de Junio de 1986 del MDP (Sección 5). 2 ALCANCE Se cubrirá el cálculo de proceso de tambores separadores vapor–líquido– líquido horizontales, principalmente para operaciones de Refinación y manejo de Gas en la IPPCN, incluyendo el diseño/especificación de boquillas de proceso e internos necesarios para una operación confiable del equipo con respecto a la instalación donde está presente. El uso de separadores verticales no se considera, debido a los grandes volúmenes requeridos de líquido para la separación líquido–líquido. Los líquidos aquí considerados se suponen esencialmente inmiscibles, aproximación bastante buena para las operaciones que normalmente maneja la IPPCN, como es la separación gases–hidrocarburos líquidos–agua. Esencialmente, se cubrirá el diseño de tres tipos principales de tambores separadores vapor–líquido–líquido: 1. Tambores horizontales con bota decantadora (Ver Figura 1.). 2. Tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Figura 2.). 3. Tambores horizontales con compartimientos separados (Ver Figura 3.).
  4. 4. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 3 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Los criterios de diseño que aplican a Separadores de Producción, serán posteriormente incluidos en el MDP de tambores. Mientras tanto, usar la guía de Ingeniería PDVSA 90616.1.027 “Separadores Líquido–Vapor”, la cual forma parte del volumen 15 del Manual de Ingeniería de Diseño (MID) de PDVSA. 3 REFERENCIAS Manual de Diseño de Proceso PDVSA–MDP–04–CF–01 Torres de Fraccionamiento PDVSA–MDP–02–FF–01 Flujo de Fluidos PDVSA–MDP–07–IC–01 Instrumentación PDVSA–MDP–02–K–01 Compresores PDVSA–MDP–06–RC–01 Craqueo Catalítico en Lecho Fluidizado PDVSA–MDP–03–S–01 Tambores Separadores: Principios Básicos PDVSA–MDP–08–SD–01 Sistemas de Disposición Manual de Ingeniería de Diseño PDVSA–MID–90616.1.027 Separadores Líquido–Vapor PDVSA–MID–10603.2.302 Deflector de Entrada y Salida de Vapor PDVSA–MID–10603.2.306 Separador de Malla Metálica y Soporte PDVSA–MID–10603.2.308 Plancha típica rompe–vórtice PDVSA–MID–10603.2.309 Rompe vórtice–tipo rejilla Otras Referencias 1. PDVSA, MANUAL DE DISEÑO DE PROCESOS, PRACTICAS DE DISEÑO, Vol 2, Sección 5: ”TAMBORES”, Junio 1986. 4 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 4.1 Consideraciones generales Tres tipos principales de separadores vapor–líquido–líquido serán estudiados en estos procedimientos de diseño: Tambores horizontales con bota decantadora (Ver Figura 1.) Se usan cuando la cantidad de fase líquida pesada a contener por el separador es bastante pequeña (muy poco tiempo de residencia y/o muy bajos flujos de fase líquida pesada).
  5. 5. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 4 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma En este tipo de separadores, el criterio primordial de diseño es que la fase líquida liviana esté libre de gotas de líquido pesado. Cuando se inicia el diseño de un separador vapor–líquido–líquido, son los primeros a tratar de diseñar, ya que ahorran costos al no poner en el cilindro principal el volumen del líquido pesado, ahorrando diámetro (y longitud también), en el cuerpo principal del recipiente, teniendo un costo extra por tener la bota decantadora, pero este costo es menor que si se tuviera la fase líquida pesada dentro del cuerpo principal del separador. En estos equipos, existe un control de nivel gas–líquido en el cuerpo principal, y un control de nivel de interfase líquido–líquido en la bota decantadora. (Debe recordarse que el control de nivel de interfase es más difícil y, a veces, menos confiable que el control de nivel gas–líquido. El volumen de operación y de emergencia para la fase líquida liviana está contenido en el cuerpo principal del separador. El volumen de operación (en estos casos, casi nunca se tiene volumen de emergencia), para el líquido pesado, lo contiene la bota decantadora. Tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Figura 2.) Cuando la cantidad de fase líquida pesada a retener es tal que no puede tenerse en una bota decantadora, ya que ésta sería más grande que lo que las buenas prácticas de construcción mecánica permitirían, la siguiente alternativa a escoger es un separador con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico. Esta alternativa es más costosa que la anterior, ya que el tener la fase líquida pesada también dentro del cuerpo, aumenta el diámetro del recipiente, haciéndolo más pesado y más costoso. En este tipo de separadores, el criterio primordial de diseño es que la fase líquida liviana esté libre de gotas de líquido pesado. En estos equipos, se tiene control de nivel gas–líquido y control de interfase líquido–líquido, dentro del mismo cuerpo cilíndrico, lo cual hace más complicada la operación del equipo y su relación con los procesos aguas abajo. Obviamente, el volumen de operación y de emergencia para la fase líquida liviana y el volumen de operación (en estos casos, casi nunca se tiene volumen de emergencia), para el líquido pesado está contenido en el cuerpo principal del separador. Tambores horizontales con compartimientos separados (Ver Figura 3.) En los casos cuando la fase líquida pesada es la más importante, es decir, la que controla el procesamiento aguas abajo, como serían los despojadores de aguas agrias o los de aminas, el tiempo de residencia de operación (y tiempo de respuesta
  6. 6. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 5 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma de operador a emergencias en la operación), y el flujo del líquido pesado son mucho mayores que los correspondientes de la fase líquida pesada. En este tipo de separadores, el criterio primordial de diseño es que la fase líquida pesada esté libre de gotas de líquido liviano. Estos equipos, también llamados separadores de balde (“bucket”), y de vertedero (“weir”), tienen fijo el nivel de líquido con respecto a la fase vapor/gas, debido al rebosadero de fase liviana hacia el compartimiento de fase líquida liviana (balde o “bucket” de líquido liviano), el cual fija dicha altura. En la zona del separador antes del balde de líquido liviano, es donde se produce la separación de las gotas de líquido liviano, de la fase pesada continua: aquí no se controla interfase líquido–líquido, ya que la posición de dicha interfase se fija (más o menos), por la diferencia de alturas entre el rebosadero de líquido liviano hacia el balde, y el vertedero de fase pesada hacia el compartimiento del tambor que contiene dicho líquido pesado. Es conveniente notar que las densidades de las fases líquidas involucradas, y el flujo de la fase pesada, afectan también la posición de dicha interfase y, si tales características varían, cambiará la posición de dicha interfase. Los requerimientos de volumen de operación y de emergencia para el líquido pesado, son satisfechos en el compartimiento de pesados que está limitado por el vertedero de pesados. Los requerimientos de volumen de operación y de emergencia para el líquido liviano, son satisfechos en el balde de líquido liviano del separador. De acuerdo a lo anterior, este es el diseño más costoso, ya que la longitud del separador es aumentada, con respecto a los otros tipos ya mencionados, por el balde y el compartimiento de líquido pesado limitado por el vertedero correspondiente. Debido a que no “importante”, la medición de interfase líquido–líquido, es más fácil de operar, ya que sólo tiene control de nivel vapor líquido en el balde de livianos, y sólo control de nivel vapor líquido en el compartimiento de pesados. Para todos los efectos de este documento, cuando se hable de separadores de compartimientos separados, se usará el término “balde”, como genérico del compartimiento del líquido liviano, y “vertedero”, como genérico del vertedero y el compartimiento de la fase líquida pesada. Consideraciones con respecto al área de flujo de vapor, arrastre en la superficie de líquido, diseño y uso de mallas, otros internos y cálculo de boquillas de proceso Con respecto al área de flujo de vapor, arrastre en la superficie de líquido, consideraciones para el diseño y uso de mallas, otros internos y cálculo de boquillas de proceso, se recomienda consultar el documento
  7. 7. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 6 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma PDVSA–MDP–03–S–03: Tambores Separadores, Procedimientos de Diseño: Separadores Líquido–Vapor. Dicho documento cubre exhaustivamente tales temas. Como guía, se presenta la siguiente tabla: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tema ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Sección en MDP–03–S–03 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Comentarios / Modificaciones ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Area de Flujo de vapor ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 4.1 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Si el líquido liviano es más del 5% en vol de la fase líquida total, usar su densidad para el cálculo de la velocidad crítica; en caso contrario, usar la densidad promedio de la fase líquida total Sólo se consideran tambores separadores horizontales ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Arrastre en la superficie de líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 4.4 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Sólo se consideran tambores separadores horizontales ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Boquillas de Proceso ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 4.5 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Boquillas elevadas o con exten– siones rectas, para el retiro del líquido liviano ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Consideraciones para el diseño y uso de mallas ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 4.6 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Sólo se consideran tambores separadores horizontales ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Otros internos ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 4.7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Codos de 90º, distribuidores en forma de “T”, rompe vórtices, recolectores de gas 4.2 Decantación de las fases líquidas 4.2.1 Velocidad de decantación y de flotación De acuerdo a la literatura, el proceso de decantación (o de flotación, según sea el caso), de gotas líquidas dispersas en una fase líquida continua, puede describirse por tres mecanismos diferentes, de acuerdo al rango de número de Reynolds de gota en el cual se esté operando: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Rango del No. de Reynolds ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Ley o mecanismo de decantación ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ < 2 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Stokes ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ w 2, v 500 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Intermedia ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ > 500 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Newton Sin embargo, para efectos de diseño, se ha impuesto un límite superior a la velocidad de decantación (flotación) que se pueda usar para diseñar un equipo que tenga alguna forma de decantación (flotación) líquido–líquido: dicha velocidad máxima es de 4.2 mm/s o 10 pulg/min (4.2 x 10–3 m/s o 1.39 x 10–2 pie/s): esta restricción tomaría en cuenta la compensación de variables no involucradas en el cálculo, como la velocidad de coalescencia y el grado de turbulencia, en el diseño de la sección de decantación del separador. Puede probarse que, de acuerdo a
  8. 8. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 7 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma este límite superior, todos los casos prácticos de decantación pueden describirse apropiadamente, para diseño, usando la ley de Stokes [Ec. (1)]: V Ȁ t + F1 g D2 p ǒρP – ρL Ǔ 18 m Ec. (1) donde: ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ En unidades SI ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ En unidades inglesas ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ Vt’ ÁÁ ÁÁ ÁÁ = ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Velocidad terminal de decantación (flotación). ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ m/s ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ pie/s ÁÁÁÁ ÁÁÁÁDp ÁÁ ÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁDiámetro de la gota. ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁm ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁpie ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ F1 ÁÁ ÁÁÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Factor cuyo valor depende de las unidades usadas. ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 1000 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 1 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁg ÁÁ ÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAceleración de la gravedad. ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ9.807 m/s2 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ32.174 pie/s2 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁρP ÁÁ ÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁDensidad de la fase pesada. ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁkg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁlb/pie3 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁρL ÁÁ ÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁDensidad de la fase liviana. ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁkg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁlb/pie3 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁm’ ÁÁ ÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁViscosidad de la fase continua. ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁmPa.s ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁlb/pie/s Llevando la ecuación de la ley de Stokes a una forma más amigable, se tiene (Ecs. (2), (3)): Vt + F12 x d2 x ǒρP – ρL Ǔ ń m Ec. (2) Re + F15 x d Vt òc m Ec. (3) donde: ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ En unidades SI ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ En unidades inglesas ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ Vt ÁÁ ÁÁÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Velocidad terminal de decantación (flotación). ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ m/s ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ pie/s ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ d ÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Diámetro de la gota. ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ mm ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ pulg ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ Re ÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Número de Reynolds de gota. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Adimensional ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ρc ÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Densidad de la fase continua. ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ kg/m3 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ lb/pie3 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ρP ÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Densidad de la fase pesada. ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ kg/m3 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ lb/pie3 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁρL ÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Densidad de la fase liviana. ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ kg/m3 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ lb/pie3 ÁÁÁÁÁÁÁÁm ÁÁÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁViscosidad de la fase continua. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁmPa.s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁcP ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ F12 ÁÁ ÁÁÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Factor cuyo valor depende de las unidades usadas. ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.545 x 10–3 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 18.4663 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ F15 ÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Factor cuyo valor depende de las unidades usadas. ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 1 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 123.871
  9. 9. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 8 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Para efectos de este manual, la ley de Stokes será empleada siempre para el cálculo de las velocidades de flotación y decantación de gotas de fases líquidas. 4.2.2 Tamaño de gota de líquido a separar Normalmente, la separación líquido líquido considera, para efectos de diseño, un tamaño de gota de líquido de 127 µm o 127 mm (0.005 pulg). Sin embargo, como la mayoría de las operaciones de separación líquido–líquido en la IPPCN, tienen que ver con separación hidrocarburos–agua a medida que la densidad de los hidrocarburos se acerca a la del agua, más difícil es la separación y se necesita separar gotas más pequeñas. Tomando en cuenta lo anterior y, para efectos de guía en la escogencia del tamaño de gota de líquido a emplear en el diseño, usar la siguiente tabla: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁTamaño de gotas para separación líquido–líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Fase Líquida Liviana ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Fase Líquida Pesada ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tamaño de la Gota, (ambas fases) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁmm ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁpulg ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁHidrocarburos ° API < 35 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁAgua o soda cáustica ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.127 ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.005 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁHidrocarburos ° API > 35 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁAgua o soda cáustica ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.089 ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.0035 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAgua ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁFurfural ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.089 ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.0035 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁMetil–Etil–Cetona ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAgua ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.089 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.0035 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁSec–butil–alcohol ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁAgua ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.089 ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.0035 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁMetil–isobutil–Cetona ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁAgua ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.089 ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.0035 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁOtros casos ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.127 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.005 4.3 Niveles/tiempos de residencia A continuación se presentarán definiciones y comentarios sobre niveles de líquido, tiempos de residencia y temas relacionados, con el objetivo de justificar criterios y procedimientos de diseño que se mostrarán posteriormente. 4.3.1 Identificación de los niveles en un recipiente De acuerdo a lo normalmente empleado en la IPPCN para hablar de niveles en un recipiente líquido–vapor, tenemos la siguiente tabla (Ver Figs. 1. y 2.)
  10. 10. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 9 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Siglas típicas en español ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Descripción típica ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Siglas típicas en inglés ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ NAAL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Nivel alto–alto de líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ HHLL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ NAL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Nivel alto de líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ HLL ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁNNL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁNivel normal de líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁNLL ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁNBL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁNivel bajo de líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁLLL ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁNBBL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁNivel bajo–bajo de líquido ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁLLLL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁNAI ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁNivel alto de interfase ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁHIL ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁNBI ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁNivel bajo de interfase ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁLIL Para efectos de consistencia en la discusión en el MDP de tambores, se usarán las siglas típicas en español para identificar los diferentes niveles. 4.3.2 Volumen de operación de la fase liviana Es el volumen de líquido liviano existente entre NAL y NBL. Este volumen, también conocido como volumen retenido de líquido liviano, y en inglés como “light liquid surge volume” o “light liquid holdup”, se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso, para asegurar un control adecuado, continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales, y para proveer suficiente volumen de líquido liviano para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación. 4.3.3 Tiempo de residencia de operación de la fase liviana Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido liviano puede llenar el volumen de operación de la fase liviana en el recipiente bajo estudio. La mayoría de las veces, cuando se quiere especificar el volumen de operación de la fase liviana, lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAL y NBL. También es conocido en inglés como “light liquid surge time”. 4.3.4 Volumen de operación de la fase pesada Es el volumen de líquido pesado existente entre NAI y NBI. Este volumen, también conocido como volumen retenido de líquido pesado, y en inglés como “heavy liquid surge volume” o “heavy liquid holdup”, se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso, para asegurar un control adecuado, continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales, y para proveer suficiente volumen de líquido pesado para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación.
  11. 11. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 10 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 4.3.5 Tiempo de residencia de operación de la fase pesada Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido pesado puede llenar el volumen de operación de la fase pesada en el recipiente bajo estudio. La mayoría de las veces, cuando se quiere especificar el volumen de operación de la fase pesada, lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAI y NBI. También es conocido en inglés como “heavy liquid surge time”. 4.3.6 Tiempo de respuesta o de intervención del operador Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores), en responder cuando suena una alarma de nivel en el panel y resolver la perturbación operativa que originó la alarma, antes que otros sistemas automatizados (Interruptores o “switches” de nivel), originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de la planta completa. Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba, sería muy engorroso que la bomba se quedara “seca”, es decir, que no tuviera líquido que bombear, ya que eso podría dañar al equipo; y si, a su vez, la bomba alimenta a un horno, se podría generar una emergencia mayor en la planta por rotura de un tubo del horno, ya que éste, a su vez, ha quedado “seco”. Por esa razón, el tambor alimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAL y NBL, y con interruptores y/o alarmas de NAAL y NBBL: al sonar la alarma de NBL, los operadores investigarían y resolverían, en menos del llamado “tiempo de respuesta del operador”, el problema que originó la reducción de nivel; en el caso que no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado, el interruptor de NBBL activaría una parada segura de la bomba y, seguramente, una parada segura del horno y de toda la planta. Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la IPPCN, es dífícil establecer un criterio uniforme acerca de cuál es el “tiempo promedio de respuesta del operador”; sin embargo, se usará, como criterio general, que el tiempo de respuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo de retención de líquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL), será de cinco minutos. 4.3.7 Volumen de emergencia Es el volumen adicional que corresponde al líquido que debe satisfacer el llamado “tiempo de respuesta o de intervención del operador”: de acuerdo a lo expresado en 4.3.6, cuando se tengan interruptores y/o alarmas de NAAL o NBBL, se tendrán cinco minutos adicionales de tiempo de residencia de líquido por interruptor/alarma, lo que indica que, cuando se tiene NAAL y NBBL, se añaden 10 minutos de tiempo de residencia, a lo cual corresponde un volumen de líquido de emergencia de 10 minutos del máximo flujo de líquido.
  12. 12. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 11 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 4.3.8 Nivel bajo–bajo de líquido liviano (o bajo, cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel bajo–bajo de líquido liviano, si se tiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo de líquido liviano, (o nivel bajo, si no se tiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo), hasta el Nivel alto de interfase (cuando se tengan dos fases líquidas en el tambor), o hasta el fondo del recipiente (cuando existe una bota decantadora), es 230 mm mínimo (9 pulg). Sin embargo, este valor puede cambiar debido a requerimientos de tiempo de residencia del líquido liviano, para lograr decantación exitosa del líquido pesado, como se verá posteriormente en los procedimientos de diseño. Para el caso del balde de líquido liviano, de separadores con compartimientos separados, medido desde el fondo del balde, este valor se conoce como hBBALDE–NBL. Para el caso del compartimiento de líquido pesado, de separadores con compartimientos separados, medido desde el fondo del tambor, este valor se conoce como hVNBBL. 4.3.9 Nivel bajo de interfase La distancia mínima desde el nivel bajo de interfase, hasta el fondo del recipiente, ya esté en una bota decantadora, o en un tambor con líquido pesado en el cuerpo cilíndrico, es 230 mm mínimo (9 pulg). 4.3.10 Criterios para fijar el volumen de operación/tiempo de residencia La tabla siguiente, presenta criterios para fijar el volumen de operación o tiempo de residencia de líquido, para ciertos servicios específicos: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Descripción (para una fase líquida) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Tiempo de Residencia de Operación, min ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tambores de Alimentación a Unidades ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Alimentación desde otra unidad (diferente cuarto de control) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 20 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Alimentación desde otra unidad (mismo cuarto de control) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 15 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Alimentación desde tanquería lejos del area de operación ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 15–20
  13. 13. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 12 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁOtros Tambores ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Alimentación a una columna (diferente cuarto de control) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Alimentación a una columna (mismo cuarto de control) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 5 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, directo, sin bomba ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 2 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, directo, con bomba ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 5 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación, con bomba, que pasa a través de un sistema de intercambio calórico ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 3–5 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁUnica carga a un horno de fuego directo ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ10 4.3.11 Tiempos de residencia de las fases líquidas pesada y liviana, calidad de separación de las fases y efectos sobre el diseño del separador La mayoría de las aplicaciones de la IPPCN para tambores separadores vapor líquido líquido, incluyen, como fase líquida pesada, una relativamente pequeña cantidad de agua, y como fase líquida liviana, una relativamente grande cantidad de hidrocarburos líquidos. Además, casi siempre el procesamiento aguas abajo de los hidrocarburos líquidos es de capital importancia, por lo que se le fijan relativamente altos tiempos de residencia de operación en el separador, con el objetivo de garantizar una operación confiable y “ayudar” a que la separación líquido–líquido sea óptima. Mientras tanto, casi siempre el procesamiento posterior del agua separada, es de menor cuantía y no afecta partes críticas del proceso, por lo cual, regularmente, se le asignan tiempos de residencia de operación relativamente bajos. En el caso que este último criterio no aplique, como es el caso de alimentación a despojadores de aguas agrias, los tiempos de residencia del agua aumentan dramáticamente. 4.3.12 Longitud efectiva de operación (Leff) Es la longitud de tambor requerida para que se suceda la separación vapor/gas–líquido–líquido, y se puedan tener los volúmenes requeridos de líquido, tanto de operación como de emergencia. Esta es la longitud que normalmente se obtiene por puros cálculos de proceso. En el caso de tambores horizontales de una sola boquilla de alimentación, corresponde a la distancia entre la boquilla de entrada y la de salida de gas, la cual
  14. 14. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 13 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma es la distancia horizontal que viaja una gota de líquido desde la boquilla de entrada, hasta que se decanta totalmente y se une al líquido retenido en el recipiente, sin ser arrastrada por la fase vapor que sale por la boquilla de salida de gas. Sin embargo, para obtener la longitud tangente–tangente del tambor horizontal, es necesario sumar los tamaños de las boquillas antes mencionadas, las tolerancias de construcción necesarias para soldar dichas boquillas, soldar los cabezales o extremos del tambor y cualquier otra cosa que obligue a aumentar la longitud del tambor. A criterio del diseñador de procesos, éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente, y esperar que la especialidad mecánica complete el diseño del tambor, para luego verificar si se cumple la separación. 4.3.13 Diferencia mínima de nivel entre NAAL y NBBL Se fija como diferencia mínima de nivel entre NAAL y NBBL, 360 mm o 14 pulg, lo cual supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar en este rango. Si esto no fuera posible, como sería el caso de instrumentos de nivel con desplazadores externos, deberá ajustarse este valor mínimo apropiadamente. 4.3.14 Diferencia mínima de nivel entre NAI y NBI Se fija como diferencia mínima de nivel entre NAI y NBI, 360 mm o 14 pulg, lo cual supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar en este rango. Si esto no fuera posible, como sería el caso de instrumentos de nivel con desplazadores externos, deberá ajustarse este valor mínimo apropiadamente. 4.3.15 Interfase en separadores con compartimientos separados Como ya fue mencionado en 4.1, el nivel de interfase viene fijado por las propiedades de las fases líquidas, el flujo de la fase líquida pesada, y la diferencia de alturas entre el rebosadero del balde de fase líquida liviana, y el vertedero del líquido pesado Las alturas de dichas placas de rebose del líquido liviano y del líquido pesado, se ajustan para mantener, por lo menos, una capa de líquido liviano de 230 mm (9 pulg) de profundidad, en el compartimiento de decantación. La diferencia de dichas alturas es (Ec. (4)): hOB–hWB + ǒhOW Ǔ ƪ1– ρQ ρW ƫ) F11 ƪQW Lc ƫ Ec. (4)
  15. 15. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 14 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma donde: ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ En unidades SI ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ En unidades inglesasÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ hOB ÁÁÁÁ ÁÁ ÁÁ = ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Distancia vertical del fondo del tambor al tope del rebosadero del balde de líquido liviano ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ m ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ pulg ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁ hWB ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Distancia vertical del fondo del tambor al tope del vertedero de líquido pesado ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ mm ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ pulg ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ hOW ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Distancia vertical desde la interfase líquido liviano/líquido pesado hasta el tope del rebosadero del balde de líquido liviano (230 mm (9 pulg) mínimo) ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ mm ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ pulg ÁÁÁÁ ÁÁÁÁQW ÁÁ ÁÁ=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁFlujo de líquido pesado ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁm3/s ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁpie3/s ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ LC ÁÁ ÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Longitud de la cuerda en el tope del vertedero de líquido pesado ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ mm ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ pie ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ rO ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Densidad (a condiciones de operación), de la corriente más pesada de líquido liviano alimentada al tambor. Si la densidad del líquido liviano es desconocida, use 900 kg/m3 (56 lb/pie3) ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ lb/pie3 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ rW ÁÁ ÁÁ =ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Densidad líquido pesado a condiciones de operación ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ lb/pie3 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ F11 ÁÁ ÁÁÁÁ = ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Factor que depende de las unidades usadas ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 67025.7 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 5.384 La ecuación (4), la cual se basa en el flujo de un vertedero rectangular, toma en cuenta la presencia de las dos fases líquidas en el compartimiento de decantación y de un cabezal de líquido pesado por encima del tope del vertedero de líquido pesado. 4.4 Botas decantadoras Cuando existe una cantidad relativamente pequeña de la fase líquida pesada (por ejemplo, agua), ésta, a veces, se retira a través de una bota localizada en el fondo del tambor. La bota permite una reducción en el tamaño del tambor eliminando la capa de la fase pesada en el fondo del mismo. Para satisfacer las consideraciones mecánicas y económicas, los diámetros de las botas no deberían exceder los siguientes valores:
  16. 16. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 15 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Dtamb ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Dbota (máx.) ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ mm ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ pulg ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ v1000 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ v40 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.5 x Dtamb ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ >1000, <1500ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ >40, <60 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 500 mm (20 pulg.) ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ w1500 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ w60 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 1/3 x Dtamb Los criterios para el diseño de botas son los siguientes: 1. Las botas se dimensionan para que la velocidad de la fase líquida pesada sea menor que la velocidad de ascenso de las gotas de la fase líquida liviana. La velocidad de ascenso o de flotación de las gotas se estima usando la ecuación (2). El criterio de velocidad de la fase líquida pesada a usar en este documento, será del 85% de la velocidad de flotación de la fase líquida liviana. 2. La distancia entre el NBI y el NAI se basa en el volumen de operación requerido para control (usualmente dos minutos), o en las dimensiones del instrumento de nivel (las distancias entre las tomas de instrumento es, por lo menos, de 360 mm (14 pulg)). Para los instrumentos de nivel con desplazador externo, la distancia mínima entre la toma superior y la pared del tambor debería ser de 510 mm (20 pulg). 4.5 Evaluación de la capacidad de separación líquido–líquido de acuerdo al separador a usar 4.5.1 Filosofía de diseño y tipo de separador a usar De acuerdo a lo mencionado en 4.3.11, los esfuerzos de diseño se enfocan, principalmente, en la separación de las gotas de agua del hidrocarburo líquido, ya que este último deberá estar “libre” de agua (del agua que pueda separarse por pura gravedad), para procesamiento posterior: éste es el concepto base que se usa en los procedimientos de diseño que posteriormente se presentarán para separadores con dos fases líquidas en el cuerpo cilíndrico y para separadores con bota de decantación. Sin embargo, hay casos donde el esfuerzo de diseño está enfocado principalmente en la separación de las gotas de la fase líquida liviana de la fase líquida pesada: en estos casos, existe una cantidad relativamente grande de fase líquida pesada y una cantidad relativamente pequeña de líquido liviano: éste es el concepto base que se usa en los procedimientos de diseño que posteriormente se presentarán para separadores con compartimientos para retirar la fase liviana y la fase pesada.
  17. 17. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 16 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 4.5.2 Análisis de la decantación de la fase líquida pesada, cuando es el criterio determinante de diseño En un tambor separador horizontal, al estudiar la decantación de las gotas de fase líquida pesada (fase discontinua), en la fase líquida liviana (fase continua), se observa que la gota viaja en una dirección inclinada hacia abajo, con una velocidad que está compuesta por un componente vertical hacia abajo, que corresponde a la velocidad de decantación, y un componente horizontal, en el sentido del flujo de la corriente líquida liviana, que corresponde a la velocidad de flujo de dicha fase, la cual se calcula por la división del flujo volumétrico entre el área transversal que ocupa dicha fase. No importa los niveles que en un momento el tambor tenga, la separación de la fase pesada de la fase liviana debe garantizarse: por lo tanto el diseño del separador debe ser tal que, si se está a máximo nivel ó a minimo nivel (ó cualquier valor intermedio), la decantación de las gotas de fase líquida pesada (fase discontinua), en la fase líquida liviana (fase continua) debe sucederse exitosamente. La separación de la fase pesada de la fase liviana se sucederá cuando el tiempo de residencia de la gota a separar, sea mayor que el tiempo requerido para decantar en la fase continua. En términos de distancias en el separador, esto se traduce en que la distancia horizontal que la gota recorre, cuando ha decantado totalmente (es decir, cuando ha tocado el fondo del recipiente para el caso de tambores con bota decantadora; o cuando llega a la interfase, para el caso de dos fases líquidas en el cuerpo), es menor que la distancia horizontal entre la entrada de la alimentación y la boquilla elevada de salida del líquido liviano (para tambores con dos fases líquidas en el cuerpo cilíndrico), o el extremo horizontal más alejado de la bota (para tambores con bota decantadora), también conocida tal distancia como longitud efectiva de separación (Leff ). 4.5.3 Análisis de la flotación de la fase líquida liviana, cuando es el criterio determinante de diseño En un tambor separador horizontal, al estudiar la flotación de las gotas de fase líquida liviana (fase discontinua), en la fase líquida pesada (fase continua), se observa que la gota viaja en una dirección inclinada hacia abajo, con una velocidad que está compuesta por un componente vertical hacia arriba, que corresponde a la velocidad de flotación, y un componente horizontal, en el sentido del flujo de la corriente líquida pesada, que corresponde a la velocidad de flujo de dicha fase, la cual se calcula por la división del flujo volumétrico entre el área transversal que ocupa dicha fase. No importa los niveles que en un momento el tambor tenga, la separación de la fase liviana de la fase pesada debe garantizarse: por lo tanto el diseño del separador debe ser tal que, la flotación de las gotas de fase líquida liviana (fase discontinua), en la fase líquida pesada (fase continua) debe sucederse exitosamente.
  18. 18. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 17 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma La separación de la fase liviana de la fase pesada se sucederá cuando el tiempo de residencia de la gota a separar, sea mayor que el tiempo requerido para flotar en la fase continua. En términos de distancias en el separador, esto se traduce en que la distancia horizontal que la gota recorre, cuando se ha separado totalmente (es decir, cuando ha subido hasta la interfase líq. pesado/líq. liviano), es menor que la distancia horizontal entre la entrada de la alimentación y el rebosadero del balde del líquido liviano. 4.5.4 Evaluación de la capacidad de decantación en tambores con bota decantadora (Ver Figura 1.) En este caso, no existe fase líquida pesada en el cuerpo principal del equipo, sólo en la bota decantadora. El punto de partida es un separador trifásico, con un diámetro y una longitud calculados para separación vapor líquido solamente, donde el volumen total de líquido está compuesto de dos volúmenes aditivos: 1. Volumen de operación más volumen de emergencia para la fase líquida liviana, es decir, el volumen entre NAAL y NBBL. 2. Volumen de líquido liviano necesario para la separación de la fase pesada, es decir el volumen entre NBBL y el fondo del recipiente. Con el separador diseñado como se dijo anteriormente, debe verificarse si se decanta la fase pesada, independientemente de donde esté el nivel operativo, NAAL o NBBL. Si las gotas de la fase líquida pesada llegan a la bota decantadora antes de llegar al extremo horizontal más alejado de la bota, entonces dicha fase pesada se separará e irá a la bota de decantación. El separador se revisa para saber si decanta la fase pesada de la siguiente manera: 1. Del diseño ya obtenido, se calculan las áreas transversales de flujo de líquido liviano, tanto para NAAL como para NBBL, y se calculan las correspondientes velocidades de flujo de líquido liviano dentro del recipiente ( VfL ). 2. Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada ( VtP ), usando la ecuación (2) del aparte 4.2.1 3. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer ( XH ), mediante la siguiente ecuación (Ec. (5)): XH + VfL x h ń VtP Ec. (5) 4. donde h es el nivel al cual se está evaluando la operación, es decir NAAL o NBBL (medido desde el fondo del recipiente). 5. Si XH (evaluado tanto para NAAL, como para NBBL), es menor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación
  19. 19. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 18 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma y el extremo horizontal más alejado de la bota, habrá separación de la fase pesada, y el diseño del tambor es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. 6. Si XH ( evaluado tanto para NAAL, como para NBBL ), es mayor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y el extremo horizontal más alejado de la bota, no habrá separación completa de la fase pesada, y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. Por lo tanto habrá que aumentar las dimensiones del mismo y, al hacer cálculos, se mantendrán constantes las áreas transversales de flujo de vapor y del líquido liviano (desde el NAAL hasta el NBBL), lo cual también aumentaría el tiempo de residencia de las diferentes fases. 4.5.5 Evaluación de la capacidad de decantación en tambores con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Figura 2.) Dado un separador trifásico, el cual tiene un diámetro y una longitud calculados para separación vapor líquido solamente, el volumen total de líquido está compuesto de dos volúmenes aditivos: 1. Volumen de operación más volumen de emergencia para la fase líquida liviana, es decir, el volumen entre NAAL y NBBL. 2. Volumen de líquido liviano necesario para la separación de la fase pesada, es decir el volumen entre NBBL y NAI. Con el separador diseñado para tener los volúmenes de líquido antes mencionados, y los correspondientes a NAI/NBI, debe verificarse si se decanta la fase pesada, independientemente de donde esté el nivel operativo, NAAL o NBBL. Si las gotas de la fase líquida pesada llegan a la interfase líquido pesado / líquido liviano antes de llegar a la boquilla elevada de salida del líquido liviano, entonces dicha fase pesada se separará. El separador se revisa para saber si decanta la fase pesada de la siguiente manera: 1. Del diseño ya obtenido, se calculan las áreas transversales de flujo de líquido liviano,para NAAL/NAI, NAAL/NBI, NBBL/NAI y NBBL/NBI, y se calculan las correspondientes velocidades de flujo de líquido liviano dentro del recipiente ( VfL ). 2. Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada ( VtP ), usando la ecuación (2) del aparte 4.2.1. 3. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer ( XH ), mediante la ecuación (5), del aparte 4.5.4: XH + VfL x h ń VtP Ec. (5)
  20. 20. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 19 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma donde h es la distancia vertical hacia abajo que recorren las gotas de líquido pesado, es decir desde NAAL hasta NAI, NAAL hasta NBI, NBBL hasta NBI y NBBL hasta NAI. 4. Si XH (en cualquiera de los casos antes mencionados), es menor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y la boquilla de salida del líquido liviano, habrá separación de la fase pesada, y el diseño del tambor es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. 5. Si XH (en cualquiera de los casos mencionados), es mayor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y la boquilla de salida del líquido liviano, no habrá separación completa de la fase pesada, y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. Por lo tanto habrá que aumentar las dimensiones del mismo y, al hacer cálculos, se mantendrán constantes las áreas transversales de flujo de vapor y del líquido liviano (desde el NAAL hasta el NBBL), lo cual también aumentaría el tiempo de residencia de las diferentes fases. 4.5.6 Evaluación de la capacidad de decantación en tambores con compartimientos separados (Ver Figura 3.) Este tipo de separadores son diseñados en forma algo diferente de los dos tipos cubiertos anteriormente, ya que el criterio controlante es la remoción de gotas de líquido liviano de la fase líquida pesada. Aquí el volumen total de líquido presente en la llamada zona o compartimiento de decantación, está compuesto de dos volúmenes aditivos: 1. Volumen de líquido pesado necesario para la separación de la fase liviana, es decir el volumen entre el fondo del recipiente y la interfase líquido líquido. 2. Volumen de la fase líquida liviana, producto del espesor de la capa de líquido liviano (valor fijado con anterioridad, de manera “arbitraria”), por la longitud efectiva de operación (Leff ), la cual, para este tipo de separadores, se mide horizontalmente desde la boquilla de entrada de alimentación, hasta el rebosadero del balde de líquido liviano. Con un diámetro fijo para el tambor, calcular cuál debe ser Leff para poder separar las gotas del líquido liviano de la fase continua pesada. Si las gotas de la fase líquida liviana llegan (flotando), a la interfase líquido liviano–líquido pesado antes de llegar, horizontalmente, a la pared del “balde” o compartimiento del líquido liviano, entonces dicha fase liviana se separará. El separador se calcula para saber si separa la fase liviana de la siguiente manera: 1. Del diámetro ya obtenido, se calculan el área transversal de flujo de líquido pesado, y se calcula la correspondiente velocidad de flujo de líquido pesado dentro del recipiente ( VfP ). 2. Se calcula la velocidad de flotación de la fase líquida liviana ( VtL ), usando la ecuación (2) del aparte 4.2.1.
  21. 21. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 20 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 3. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido liviano tienen que recorrer( XH ), mediante la ecuación (6): XH + VfP x ǒhOB–hOW Ǔ ń VtL Ec. (6) donde hOB–hOW es la distancia vertical que las gotas de líquido liviano tienen que recorrer, hacia arriba, para poder separarse de la fase pesada (medido desde el fondo del recipiente). 4. Si XH es menor que dos y medio veces el diámetro del tambor, el diámetro del tambor es satisfactorio y la longitud efectiva de operación será 115% de XH. 5. Si XH es mayor que dos y medio veces el diámetro del tambor, el diseño del tambor no es satisfactorio para la separación de la fase liviana. Por lo tanto, habrá que aumentar las dimensiones del mismo, hasta que se logre cumplir con lo dicho en el párrafo anterior. 4.6 Consideraciones de diseño para algunos servicios específicos 4.6.1 Tambores de destilado o de cabecera de columnas de destilación Estos equipos reciben agua producto de la condensación del vapor de agua usado para despojar en la columna, más los hidrocarburos destilados. El agua recogida normalmente no es de mayor importancia (puede enviarse a despojamiento de aguas agrias), mientras que el destilado, el cual debe estar relativamente “seco”, es, en parte, reflujado a la columna para control de temperatura, y el resto enviado a almacenamiento y/o procesamiento posterior. Esto indica que la fase líquida liviana es la controlante en el diseño (aparte de los gases/vapores no condensables). Con respecto al tipo de separador a emplear, se recomienda primero tratar con tambores que incluyen bota decantadora (Ver Fig. 1.): en el caso que la bota decantadora sea muy grande, probar con tambores que incluyan las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Fig. 2.). Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida liviana (destilados), seguir las recomendaciones presentadas en la Tabla 1 del documento MDP–03–S–03, referido a tambores de destilado. Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida pesada (aguas agrias), seguir las recomendaciones presentadas en 4.3.10, para ”Otros Tambores”.
  22. 22. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 21 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 4.6.2 Tambores separadores de alimentación para despojadores de aguas agrias Estos equipos recogen aguas agrias de muchas fuentes y, normalmente, no se conoce exactamente la cantidad de aceite que arrastran consigo. Como es para alimentar una columna de despojamiento de aguas agrias, se quiere la menor cantidad de aceite posible en el agua a despojar, para evitar problemas operativos y de seguridad en la instalación. Esto indica que la fase líquida pesada es la controlante en el diseño. El aceite normalmente recogido se envía a un tanque de desechos para reprocesamiento o al Separador API. Como no se conocen los datos del aceite arrastrado, seguir las siguientes recomendaciones: ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁInformación ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁLíquido liviano ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Densidad ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 700 kg/m3 ( 43.6 lb/pie3 ) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Viscosidad ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.7 mPas ( 0.7 cP ) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Tensión SuperficialÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 30 N/m ( 30 dyn/cm ) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Flujo másico ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.1% en peso del flujo de aguas agrias o aminas Con respecto al tipo de separador a emplear, usar tambores de compartimientos separados (Ver Fig. 3.). El área de flujo del vapor por arriba del balde del aceite se debería dimensionar para 100%, de la velocidad crítica a un caudal de flujo normal de gas. La altura mínima del espacio de vapor es el mayor valor entre 300 mm (12 pulg) o el 20% del diámetro del tambor Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida pesada (aguas agrias), usar 15 min, para poder alimentar el despojador bajo control de flujo. Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida liviana (aceite), seguir las recomendaciones presentadas en 4.3.10, para “Otros Tambores”. Muchas veces, como el gas que se separa en el tambor es bastante poca, no se tiene mallas separadora de gotas. 4.6.3 Tambores separadores de alimentación para regeneradores de aminas Normalmente, no se conoce exactamente la cantidad de aceite que arrastran consigo las aminas. Como es para alimentar una columna regenadora de aminas, se quiere la menor cantidad de aceite posible en la amina a despojar, para evitar problemas operativos y de seguridad en la instalación. Esto indica que la fase líquida pesada es la controlante en el diseño. El aceite normalmente recogido se envía a un tanque de desechos para reprocesamiento o al Separador API. Como no se conocen los datos del aceite arrastrado, seguir las siguientes recomendaciones:
  23. 23. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 22 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁInformación ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁLíquido liviano ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁDensidad ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ700 kg/m3 ( 43.6 lb/pie3 ) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Viscosidad ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.7 mPas ( 0.7 cP ) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Tensión SuperficialÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 30 N/m ( 30 dyn/cm ) ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Flujo másico ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.1% en peso del flujo de aguas agrias o aminas Con respecto al tipo de separador a emplear, usar tambores de compartimientos separados (Ver Fig. 3.). El área de flujo del vapor por arriba del balde del aceite se debería dimensionar para 100%, de la velocidad crítica a un caudal de flujo normal de gas. La altura mínima del espacio de vapor es el mayor valor entre 300 mm (12 pulg) o el 20% del diámetro del tambor Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida pesada (aminas), usar 5 min. Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida liviana (aceite), seguir las recomendaciones presentadas en 4.3.10, para “Otros Tambores”. 4.7 Información complementaria en otros documentos técnicos de PDVSA Aún cuando el objetivo de los documentos que forman parte del MDP de tambores, es proveer la información necesaria para hacer diseño de procesos de tales equipos, normalmente esto no es suficiente para completar una especificación de procesos con miras al diseño mecánico y/o compra del equipo en cuestión. Es por eso que a continuación se presentará una lista de documentos técnicos de PDVSA, la cual ayudará a obtener información adicional para la completación de dicha especificación. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁInformación Adicional ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁFuente PDVSA ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Presión y Temperatura de Diseño (Criterios a aplicar) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 2), MID–D–211–PRT ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Boquillas de conexión de Instrumentos a recipientes (Tamaños normalizados) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ MID–HF–201 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Detalle de Mallas Separadoras de Gotas ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ MID–10603.2.306ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁDetalle de Rompe–vórtices ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁMID–10603.2.308, MID–10603.2.309ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁDetalle de deflector a la entrada ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁMID–10603.2.302 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁSelección de Materiales ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ(Pendiente), MID–D–211–PRT ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAislamiento térmico ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁMID–L–212
  24. 24. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 23 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 5 METODOLOGIA DE DISEÑO 5.1 Procedimiento de diseño para tambores horizontales con bota decantadora , una sola entrada Ver Figura 1. para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño, identificación de alturas y niveles. (Ver nomenclatura en Sección 6). Paso 1.– Información mínima requerida. Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Información ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ Vapor/gas ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Líquido liviano ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ Líquido pesado ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ General ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁDensidad ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Viscosidad ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tensión Superficial ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Flujo (másico o volumétrico) ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁPresión de Operación ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁTemperatura de Operación ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁMaterial pegajoso? ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁArrastre de Sólidos? ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁX Paso 2.– Definición de los criterios de diseño. Consultar detalladamente la información contenida en este documento y las secciones 4.2, 4.4, 4.5, 4.6 y 4.7 del PDVSA–MDP–03–S–03, para identificar los criterios de diseño para el servicio en cuestión, (configuración del tambor, tiempos de residencia, relación F24 L/D, velocidad permisible de vapor). Debido a que se va a dimensionar con bota decantadora , no se considera retención de líquido pesado dentro del cuerpo cilíndrico principal del recipiente. Paso 3.– Obtenga la distancia mínima permisible entre NBBL y el fondo del tambor. Para la definición de los niveles, consultar 4.3.1. Se supone que el tambor tendrá un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo. Si no es el caso, estaríamos hablando de hNBL. Esta distancia, hNBBL, se obtiene con la información del aparte 4.3.8. Paso 4.– Calcule la Velocidad permisible del flujo de vapor. Usar la Ec. (11) en el MDP–03–S–03, aparte 4.2, tomando en cuenta que, si el líquido liviano es más del 5% vol del total de las fases líquidas, usar su densidad como densidad de líquido; en caso contrario, usar el promedio volumétrico de las densidades líquidas como densidad de líquido.
  25. 25. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 24 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Paso 5.– Calcule el área vertical requerida (Av), para el flujo de vapor por encima de NAAL. El área vertical para el flujo de vapor Av, por encima del NAAL, requerida para satisfacer los criterios de velocidad permisible, se calcula con la Ec. (12) del MDP–03–S–03, aparte 4.2. Paso 6.– Dimensionamiento del tambor separador horizontal. El estimado del tamaño óptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para tambores horizontales. Primero, se supone un tamaño de tambor, luego se verifica si el tambor es adecuado para el servicio. Este procedimiento se debería repetir hasta que se optimice el tamaño del tambor, ya que el objetivo es diseñar el tambor más pequeño adecuado para el servicio. a. Calcular los volúmenes de líquido liviano de operación y de emergencia. a.1. El volumen de operación de líquido liviano, entre el NAL y el NBL, se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida liviana por el tiempo de retención (Ec (7)): Vr1 + QL1 x tr1 Ec. (7) Donde QL1 es el flujo volumétrico de líquido liviano, y tr1 es el tiempo de residencia de operación del líquido liviano. a.2. El volumen de líquido liviano por tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja), entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL), se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida liviana por el tiempo de respuesta supuesto, el cual es 5 min (300 s), desde NAL hasta NAAL, y 5 min más (300 s), desde NBL hasta NBBL (Ec (8)): Vr2 + QL1 x (600s) Ec. (8) En el caso que no se tengan Interruptores y/o alarmas de NBBL y NAAL, este volumen adicional es nulo. Aún cuando se ha supuesto en este documento que el tiempo de respuesta del operador es de 5 minutos, puede sucederse que, por experiencias típicas de la instalación para la cual se está haciendo este diseño, los valores de tiempos de respuesta cambien: esto dependerá de cada caso en particular y, si no hay otra indicación se usará 5 minutos entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL). Primer Tanteo
  26. 26. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 25 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma b. Asumir un valor inicial de la relación F24 Leff/D, donde Leff es la longitud efectiva de operación, es decir, la requerida para que el proceso de separación vapor–líquido se cumpla, la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ P < 250 psig ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 1.5 < F24Leff/D < 3.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 250 < P< 500 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 3.0 < F24Leff/D <4.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ P > 500 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 4.0 < F24Leff/D < 6.0 c. Asumir un diámetro y a partir de la relación F24 Leff/D calcular la longitud (Leff). d. El área vertical entre el NBL y el NAL ( ANBL–NAL ), se obtiene dividiendo el volumen de operación de líquido liviano (Vr1), entre la longitud (Leff) (Ec (9)). ANBL–NAL + Vr1ńLeff Ec. (9) e. Calcule el área fraccional (A1*) de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y el NBBL (Afon–NBBL), a la altura del NBBL (hNBBL). e.1. El término “área fraccional” se usará genéricamente como la razón de una área transversal sobre el área transversal total del tambor horizontal e.2. Para calcular el área fraccional de la sección transversal (A1*), se utiliza la Tabla 5 del MDP–03–S–03, en donde con el valor de R1*= hNBBL/D se lee el valor correspondiente a A1*. e.3. (Nota: La Tabla 5 del MDP–03–S–03 se usará para todos los cálculos subsiguientes del diámetro de tambor y del área de la sección transversal). e.4. El término “altura fraccional” se usará genéricamente como la razón de una altura sobre el diámetro del tambor horizontal. f. Calcule el área vertical entre el NBBL y el fondo del tambor (Afon–NBBL) Esta área se calcula multiplicando el área fraccional de la sección transversal A1* por el área del tambor (Ecs (10), (11)): ATAMB + pń4 x ǒDńF24 Ǔ2 Ec. (10) Afon–NBBL + A1 * x ATAMB Ec. (11)
  27. 27. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 26 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma g. Obtenga el área transversal entre el fondo y el NAL ( Afon–NAL ), mediante la Ec (12): Afon–NAL + Afon–NBBL ) ANAL–NBL ) Vr2 ń Leff ń 2 Ec. (12) h. Calcule el área vertical entre el NBBL y el NAAL (ANBBL–NAAL), y la altura de la sección transversal correspondiente( hNBBL–NAAL ): h.1. El área vertical entre el NBBL y el NAAL se obtiene mediante la Ec (13). ANBBL–NAAL + ANBL–NAL ) Vr2ńLeff Ec. (13) h.2. El área vertical entre el fondo y el NAAL se obtiene mediante la Ec (14). Afon–NAAL + ANBBL–NAAL ) Afon–NBBL Ec. (14) h.3. Obtenga el área fraccional de la sección transversal (A5*), mediante la Ec (15): A5 * + Afon–NAAL ń ATAMB Ec. (15) h.4. Utilizando la Tabla 5 del MDP–03–S–03, con el valor de A5*, se lee el valor correspondiente a R5*. h.5. Obtenga la altura entre el fondo del tambor y el NAL (hfon–NAAL) (Ec (16)): Afon–NAAL + R5 * x D Ec. (16) h.6. Obtenga la altura entre el NAAL y el NBBL (hNBBL – NAAL) (Ec (17)): hNBBL–NAAL + hfon–NAAL– hNBBL Ec. (17) i. Calcule el área vertical disponible para el flujo de vapor El área de sección transversal vertical disponible para este flujo, AVD, es (Ec (19)): AVD + ATAMB–Afon–NAAL Ec. (19) j. Comparar el valor obtenido del área requerida (Av) con el área disponible para el flujo de vapor (AVD ). Si Av es igual a AVD, el diámetro asumido en el paso 6b es correcto. Si AVD es significativamente mayor que Av, el tamaño de tambor que se
  28. 28. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 27 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma supuso es demasiado grande para el servicio, y si AVD es significativamente menor que Av, el tamaño de tambor que se supuso es demasiado pequeño. Siguientes Tanteos De acuerdo a lo expresado en el aparte j, se debe repetir el procedimiento desde 6b con un valor de diámetro mayor o menor según sea el caso, hasta encontrar el valor para el diámetro óptimo; cuando se obtenga tal diámetro, redondear al diámetro comercial, por arriba, más cercano. Al lograr esto, se obtendrá un valor mínimo de longitud de operación o longitud efectiva del tambor (Leff). Esta longitud horizontal o longitud efectiva del tambor (Leff), se mide desde la boquilla de entrada de alimentación, hasta el extremo horizontal más alejado de la bota de decantación Como producto de este paso, se tendrá un diseño del tambor separador, el cual deberá verificarse para saber si es apropiado para la separación líquido–líquido: esto se hará en el paso siguiente. Paso 7.– Evaluación de la capacidad de separación líquido–líquido y estimación final de las dimensiones del recipiente. Seguir las instrucciones presentadas en el aparte 4.5.4, para evaluar si, con las dimensiones actuales, el tambor es capaz de separar la fase pesada de la liviana. En el caso que el tambor logre la separación, las dimensiones actuales, serán las dimensiones finales del equipo, y se procederá a continuar con otros cálculos asociados. En el caso que el tambor no logre la separación, es necesario ir aumentando las dimensiones del tambor hasta que se logre la separación de la fase pesada. Este tanteo tendrá fijo los valores de las áreas transversales de flujo de vapor y de flujo de la fase líquida liviana (área entre NAAL y NBBL). Esto se traduce en un aumento del área transversal por debajo de NBBL, lo cual significa que habrá un mayor tiempo de residencia para la separación del líquido pesado del líquido liviano y, cuando se obtenga el tamaño apropiado de tambor, tal tiempo de residencia será superior al tiempo necesario para decantar las gotas de la fase líquida pesada. El tanteo será como sigue: 1. Se aumenta el diámetro (D). Usando la relación F24 x Leff / D, obtener la longitud efectiva de separación ( Leff ). 2. Se calcula el área transversal del tambor (ATAMB). 3. Se calcula el área transversal desde el NAAL hasta el fondo (Afon–NAAL) (Ec.(20)): Afon–NAAL + ATAMB – AV Ec. (20)
  29. 29. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 28 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma donde AV es el área transversal de flujo de vapor 4. Se calcula el área entre el fondo y el NBBL (Afon–NBBL) (Ec.(21)): Afon–NBBL + Afon–NAAL – ANBBL–NAAL Ec. (21) 5. Se calculan las áreas fraccionales A6*, A7* (Ecs.(22), (23)): A6 * + Afon–NBBL ń ATAMB Ec. (22) A7 * + Afon–NAAL ń ATAMB Ec. (23) 6. De la Tabla 5 del MDP–03–S–03, con los valores de A6*y A7*, se leen los valores correspondientes a R6* y R7*. 7. Se calcula el nivel bajo–bajo de líquido ( hNBBL ), y el nivel alto–alto de líquido( hfon–NAAL ) (Ecs.(24), (25)): hNBBL + R6 * x D Ec. (24) hfon–NAAL + R7 * x D Ec. (25) 8. Nótese que el valor fijo de hNBBL en 230 mm (9”), cambia aquí por necesidades de la decantación. 9. Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada ( VtP ), usando la ecuación (2) del aparte 4.2.1. 10. Se calcula la velocidad de flujo de la fase líquida liviana ( VfL ), mediante las siguientes ecuaciones (Ecs. (26), (27)): VfL + QL1 ń ǒAfon–NAAL Ǔ (para NAAL) Ec. (26) VfL + QL1 ń ǒAfon–NBBL Ǔ (para NBBL) Ec. (27) 11. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer( XH ), mediante la ecuación (5) del aparte 4.5.4: XH + VfL x h ń VtP Ec. (5) 12. donde h es el nivel al cual se está evaluando la operación, es decir hfon–NAAL o hNBBL (medido desde el fondo del recipiente), y VtP es la velocidad de decantación de la fase líquida pesada.
  30. 30. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 29 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 13. Si XH ( evaluado tanto para NAAL, como para NBBL ), es menor que Leff, habrá separación de la fase pesada, y el diseño del tambor es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. 14. Si XH ( evaluado tanto para NAAL, como para NBBL ), es mayor que Leff, no habrá separación completa de la fase pesada, y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada: regresar al inicio del tanteo. Paso 8.– Calcule la bota decantadora. a. De acuerdo a lo indicado en la sección 4.2, calcule la velocidad de flotación de la fase dispersa liviana en la fase continua pesada, (VtL), usando la Ec (2). Si el valor calculado excede 4.2 mm/s (10 pulg/min), fijar dicha velocidad de flotación en 4.2 mm/s (10 pulg/min). b. Cálculo del diámetro de la bota (DB). b.1. El área transversal de la bota AB, es (Ec (28)): AB + QL2 ń ǒ0.85 x VfL Ǔ Ec. (28) Donde QL2 es el flujo volumétrico de líquido pesado. b.2. El diámetro mínimo de la bota es (Ec (29)): DB + ǒ4 x AB ń p Ǔ1ń2 x F24 Ec. (29) b.3. Usando la tabla de diámetros de bota, que aparece en la sección 4.4, comparar el diámetro de bota obtenido con los valores de dicha tabla: si el valor obtenido excede el máximo allí indicado, significa que el volumen de líquido pesado es muy grande para ser manejado por una bota, y que se debe cambiar el tipo de separador, por uno que tenga volumen de líquido pesado dentro del cuerpo del tambor. Si el diámetro de la bota es menor que el máximo indicado en la Tabla 1, continuar con los cálculos de este tipo de separador. c. Cálculo de la longitud de la bota (LB): c.1. La altura del fondo hasta el NBI ( hNBI ), es 230 mm (9”), de acuerdo a lo indicado en el aparte 4.3.9. c.2. La altura entre NAI y NBI ( hNBI–NAI ), es (Ec (30)): hNBl–NAl + QL2 x tr3 x 60 ń AB Ec. (30) Donde QL2 es el flujo volumétrico de líquido pesado, y tr3 es el tiempo de residencia de operación del líquido pesado.
  31. 31. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 30 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Si hNBI–NAI es menor que 360 mm (14”), entonces (Ec (31)): hNBl–NAl + 360mm (14”) Ec. (31) c.3 La longitud de la bota (LB), es (Ec (32)): LB + hNBl ) hNBl–NAl Ec. (32) Paso 9.– Calcule otras áreas y distancias verticales dentro del tambor. El área vertical entre el NBBL y NBL(ANBBL–NBL), corresponde al volumen de líquido de cinco minutos (300 s), de tiempo de residencia del líquido, dividido por Leff (Ec (33)): ANBBL–NBL + QL x (300) ń Leff Ec. (33) El área vertical entre el NAAL y NAL(ANAAL–NAL), es igual a ANBBL–NBL (Ec (34)): ANAAL–NAL + ANBBL–NBL Ec. (34) El área vertical entre el fondo y NBL(Afon–NBL), se obtiene por (Ec (35)): Afon–NBL + Afon–NBBL ) ANBBL–NBL Ec. (35) El área vertical entre el fondo y NAL(Afon–NAL), se obtiene por (Ec (36)): Afon–NAL + Afon–NAAL– ANAAL–NAL Ec. (36) La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBL es (Ec (37)): Afon–NBL + R3 * x D Ec. (37) Donde R3* se calcula a partir de la Tabla 5 del MDP–03–S–03, con el valor de A3*= Afon–NBL / ATAMB. La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAL es (Ec (38)): hfon–NAL + R4 * x D Ec. (38) Donde R4* se calcula a partir de la Tabla 5 del MDP–03–S–03, con el valor de A4*= Afon–NAL / ATAMB. Paso 10.– Verifique que el tambor cumple con las limitaciones de distancias mínimas. a. Verifique que hNBBL – NAAL sea mayor o igual a 360 mm (14”):
  32. 32. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 31 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma a.1. Obtenga la altura entre el NAAL y el NBBL (hNBBL – NAAL) (Ec (62)): hNBBL–NAAL + hfon–NAAL – hfon–NBBL Ec. (62) a.2. Si hNBBL – NAAL es menor que 360 mm (14”), entonces (Ec (63)): hNBBL–NAAL + 360 mm (14”) Ec. (63) a.3. Modificar (hfon–NAAL), manteniendo todas las demás alturas incrementales que ya se habían calculado (Ec (111)): hfon–NAAL + hNBBL–NAAL – hfon–NBBL Ec. (111) a.4. Aumentar el diámetro en una cantidad igual a hNBBL – NAAL. Alterar la longitud efectiva de separación acorde a la relación F24 x Leff / D. b. Verifique que la altura de la zona de flujo de vapor sea mayor que el mayor de 300 mm (12”) y el 20% del diámetro del tambor. En caso que sea así, no alterar los cálculo realizados hasta ahora. En caso que no sea así, proceda a: b.1. Aumentar la altura de la zona de vapor hasta cumplir con la limitación antes mencionada b.2. Aumentar el diámetro en la misma cantidad que aumentó la altura de la zona de flujo de vapor b.3. No modificar las alturas que ya se habían calculado. Paso 11.– Dimensionamiento de la boquilla de entrada. a. Estimación del diámetro de la boquilla (dp) Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada, y la aplicación exige tener flujo bifásico anular, de acuerdo a lo expresado en el aparte 4.5 del MDP–03–S–03, seguir lo indicado en PDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar con MDP versión 1986, sección 14D), para obtener un diámetro que produzca flujo anular a la entrada del recipiente. En la especificación de proceso del recipiente, se deberá exigir que la tubería de entrada a este tambor tenga el diámetro aquí obtenido, en una distancia de al menos cinco diámetros de boquilla medidos desde la brida de la boquilla de entrada. Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada, y la aplicación no exige tener flujo bifásico anular, de acuerdo a lo expresado en el aparte 4.5 del MDP–03–S–03, usar la tabla mostrada en dicho aparte para estimar el diámetro de la boquilla de entrada. b. Calcule la velocidad real de la mezcla a la entrada Vs (en el caso que aún no se conozca) (Ec (39))
  33. 33. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 32 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Vs + F20 x 4 x QM p d 2 p Ec. (39) c. Chequee el criterio de máxima velocidad en la boquilla, de acuerdo a lo presentado en el aparte 4.4.2 del MDP–03–S–03. En caso que la boquilla seleccionada requiera de un distribuidor en “T” con ranuras, diseñe el distribuidor de acuerdo a lo presentado en el aparte 4.7.2 del MDP–03–S–03. Paso 12.– Dimensionamiento de las boquillas de salida del gas y de líquidos pesado y liviano. Usar las recomendaciones de la tabla presentada en el aparte 4.5 del MDP–03–S–03 Paso 13.– Cálculo de la longitud tangente a tangente del tambor. Conociendo el tamaño de la(s) boquilla(s) de entrada y de salida de gas, se tiene que la longitud tangente a tangente del tambor (L) es la suma, en unidades consistentes, de Leff y todos los tamaños nominales de las boquillas de entrada y de salida de gas, más tolerancias mecánicas de construcción. Paso 14.– Diseño de la malla separadora de gotas. a. Cálculo del área de la malla. Seguir las recomendaciones presentadas en los apartes 4.6.2 y 4.6.3 del MDP–03–S–03. Conociendo el criterio a emplear, calcular la velocidad permisible de gas, VV,,como un porcentaje de la velocidad crítica. Luego, obtener el área requerida de malla con la Ec (40): AMalla + QV ń VV Ec. (40) b. Seleccione el espesor y densidad de la malla, según los criterios de diseño ya seleccionados. c. Cálculo del ancho de la malla cuadrada (aMalla) (Ec (41)): aMalla + F25 ǒAMalla Ǔ 1ń2 Ec. (41) d. Cálculo de la distancia mínima permisible ho entre el tope de la malla y la boquilla de salida del gas: usar la Ec.(5a), en el aparte 4.6.4 del MDP–03–S–03. e. Calcule la distancia vertical disponible entre el fondo de la malla y NAAL (hMalla–NAAL) (Ec (42)): hMalla–NAAL + D–ǒhfon–NAAL Ǔ–ho–eMalla Ec. (42)
  34. 34. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 33 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Nota: el hMalla–NAAL mínimo requerido en de 300 mm (12 pulg), para prevenir un salpiqueo excesivo en la malla. f. Verifique si el espacio de vapor es adecuado para montar una malla: Calcule la distancia de la cuerda disponible para instalar la Malla, usando la Tabla 5 del MDP–03–S–03, o directamente por medio de la siguiente ecuación (Ec (43)): h + D x sen ƪcos–1 ǒ1– 2 D Ǔx ǒD–hMalla–NAAL – hfon–NAAL Ǔƫ Ec. (43) Paso 15.– Especificación de rompe–vórtices. Siguiendo las recomendaciones del aparte 4.7.3 del MDP–03–S–03, escoger el tipo de rompe–vórtice y anexar el estándar PDVSA aplicable. 5.2 Procedimiento de diseño para tambores horizontales con bota decantadora, dos entradas (PENDIENTE) 5.3 Procedimiento de diseño para tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico, una sola entrada Ver Figura 2. para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño, identificación de alturas y niveles. (Ver nomenclatura en Sección 6) Paso 1.– Información mínima requerida. Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Información ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Vapor/gas ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Líquido liviano ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Líquido pesado ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ General ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Densidad ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Viscosidad ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tensión Superficial ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Flujo (másico o volumétrico) ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ X ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁPresión de Operación ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁTemperatura de Operación ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁMaterial pegajoso? ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁX ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁArrastre de Sólidos? ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁX Paso 2.– Definición de los criterios de diseño. Consultar detalladamente la información contenida en este documento y las secciones 4.2, 4.4, 4.5, 4.6 y 4.7 del PDVSA–MDP–03–S–03, para identificar los criterios de diseño para el servicio en cuestión, (configuración del tambor, tiempos de residencia, relación F24 L/D, velocidad permisible de vapor).
  35. 35. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 34 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Antes de probar con este arreglo, se recomienda primero evaluar la posibilidad de usar un arreglo de tambor con bota decantadora, el cual es el más económico, ya que el diámetro principal es menor que este arreglo. Paso 3.– Obtenga la distancia mínima permisible entre NBI y el fondo del tambor. Para la definición de los niveles, consultar 4.3.1. Esta distancia, hNBI, se obtiene con la información del aparte 4.3.9. Paso 4.– Obtenga la distancia mínima permisible entre NBBL y NAI. Para la definición de los niveles, consultar 4.3.1. Se supone que el tambor tendrá un interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo. Si no es el caso, estaríamos hablando de hNBL–NAI. Esta distancia, hNBBL–NAI, se obtiene con la información del aparte 4.3.9. Paso 5.– Calcule la velocidad permisible del flujo de vapor. Usar la Ec. (11) en el MDP–03–S–03, aparte 4.2, tomando en cuenta que, si el líquido liviano es más del 5% vol del total de las fases líquidas, usar su densidad como densidad de líquido; en caso contrario, usar el promedio volumétrico de las densidades líquidas como densidad de líquido. Paso 6.– Calcule el área vertical requerida (Av), para el flujo de vapor por encima de NAAL. El área vertical para el flujo de vapor Av, por encima del NAAL, requerida para satisfacer los criterios de velocidad permisible, se calcula con la Ec. (12) del MDP–03–S–03, aparte 4.2. Paso 7.– Dimensionamiento del tambor separador horizontal. El estimado del tamaño óptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para tambores horizontales. Primero, se supone un tamaño de tambor, luego se verifica si el tambor es adecuado para el servicio. Este procedimiento se debería repetir hasta que se optimice el tamaño del tambor, ya que el objetivo es diseñar el tambor más pequeño adecuado para el servicio. a. Calcular los volúmenes de retención de líquido liviano y líquido pesado de operación y de emergencia. a.1. El volumen de retención de operación de líquido liviano, entre el NAL y el NBL, se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida liviana por el tiempo de residencia correspondiente (Ec (44)): Vr1 + QL1 x tr1 Ec. (44)
  36. 36. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 35 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Donde QL1 es el flujo volumétrico de líquido liviano, y tr1 es el tiempo de residencia de operación del líquido liviano. a.2. El volumen de retención de líquido liviano por tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja), entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL), se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida liviana por el tiempo de respuesta supuesto, el cual es 5 min (300 s), desde NAL hasta NAAL, y 5 min más (300 s), desde NBL hasta NBBL (Ec (45)): Vr2 + QL1 x (600s) Ec. (45) En el caso que no se tengan interruptores y/o alarmas de NBBL y NAAL, este volumen adicional es nulo. Aún cuando se ha supuesto en este documento que el tiempo de respuesta del operador es de 5 minutos, puede sucederse que, por experiencias típicas de la instalación para la cual se está haciendo este diseño, los valores de tiempos de respuesta cambien: esto dependerá de cada caso en particular y, si no hay otra indicación se usará 5 minutos entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL). a.3. El volumen de retención de operación de líquido pesado, entre el NAI y el NBI, se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida pesada por el tiempo de residencia correspondiente (Ec (46)): Vr3 + QL2 x tr3 Ec. (46) Donde QL2 es el flujo volumétrico de líquido pesado, y tr3 es el tiempo de residencia de operación del líquido pesado. Primer Tanteo b. Asumir un valor inicial de la relación F24 Leff/D, donde Leff es la longitud efectiva de operación, es decir, la requerida para que el proceso de separación vapor–líquido se cumpla, la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ P < 250 psig ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 1.5 < F24Leff/D < 3.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 250 < P< 500 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 3.0 < F24Leff/D <4.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ P > 500 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ4.0 < F24Leff/D < 6.0 c. Asumir un diámetro y a partir de la relación F24 Leff/D calcular la longitud (Leff). d. El área vertical entre el NBL y el NAL se obtiene dividiendo el volumen de retención de operación del líquido liviano (Vr1) entre la longitud (Leff) (Ec (47)).
  37. 37. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SEPARACION FISICA SEPARADORES LIQUIDO–LIQUIDO–VAPOR PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO AGO.950 PDVSA MDP–03–S–05 Página 36 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ANBL–NAL + Vr1 ń Leff Ec. (47) e. El área vertical entre el NBI y el NAI se obtiene dividiendo el volumen de retención de operación del líquido pesado (Vr3) entre la longitud (Leff) (Ec (48)): ANBl–NAl + Vr3ńLeff Ec. (48) f. Calcule el área fraccional (A8*) de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y el NBI(Afon–NBI), a la altura del NBI (hNBI), utilizando la Tabla 5 del MDP–03–S–03, en donde con el valor de R8*= hNBI/D se lee el valor correspondiente a A8*. g. Calcule el área vertical entre el NBI y el fondo del tambor (Afon–NBI) Esta área se calcula multiplicando el área fraccional de la sección transversal A8* por el área del tambor (Ecs (49), (50)): ATAMB + pń4 x ǒDńF24 Ǔ2 Ec. (49) Afon–NBl + A8 * x ATAMB Ec. (50) h. Calcular el área vertical entre el fondo del tambor y el NAI (Afon–NAI), la altura entre el fondo y el NAI ( hfon – NAI ), y la altura entre el NAI y el NBI ( hNBI–NAI ) h.1. Se calcula el área vertical entre el fondo del tambor y el NAI (Afon–NAI) (Ec (51)): Afon–NAl + ANBl–NAl ) Afon–NBl Ec. (51) h.2. La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAI es (Ec (52)): hfon–NAl + R9 * x D Ec. (52) Donde R9* se calcula a partir de la Tabla 5 con el valor de A9*= Afon–NAI / ATAMB. i. Calcule el área fraccional (A1*) de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y el NBBL(Afon–NBBL), a la altura del NBBL (hNBBL). i.1. La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBBL es (Ec (55)): hfon–NBBL + hfon–NAl ) hNBBL–NAl Ec. (55)

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