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[Diaz]

Saludos cordiales,

Tengo un pequeño problema con el diseño de separadores bifásicos y creo que se porque pero quiero consultar con la gente que sabe. A continuación describo el problema.

Una de las plantas de la empresa para la cual estoy realizando un proyecto tiene el siguiente problema, cuando se activa el sistema de alivio de presion de X equipo este libera NH3, CO2, H2O a la atmosfera en diferentes concentraciones y fases (Carbamato de amonio), este sistema de alivio se encuenta alineado a un veteo. El carbamato se solidifica a temperatura ambiente ocacionando que el venteo se obstruya ocacionalmente. Para ello Ingenieria de procesos emite un informe para el cual se solicita a ingenieria de instalaciones (al el cual pertenezco) realizar el diseño de un separador.

Los flujo que maneja este sistema de alivio de presion son los siguientes:
W=196282 Kg/h @ P=510 psig y T=120Celcius
Concentraciones de 19.5%CO2, 61%NH3 y 19.5H2O

Para simular el separador utilice el programa Hysys colocando los datos antes mencionados y obteniendo los siguientes resultados:

Diametro del separador 2.59m
Altura del separador 14.35m

Obviamente esto es completamente inviable, pero se debe a que el flujo de gas es demasiado grande 4.323e5 lb/h y para reducir el valocidad del gas por debajo de la critica es necesario un recipiente muy grande, para que se produzca el asentamiento del liquido por gravedad.

El Fluid pck que utilice en el hysys es el Braun K10.

La tasa de flujo de gas es mas de 20 veces mayor que la de liquido, de aqui que yo puedo concluir que no hace falta diseñar un separador gas-liquido, sino mas bien un equipo que mas compacto que pueda eliminar la niebla en el gas.

Si alguien me puede recomendar algo, alguna normativa que pueda aplicar el problema.

Muchas gracias.

Diaz.

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[Art Montemayor]

Diaz:

Las pautas y consejos que te puedo ofrecer son las siguientes:

• Hablas de un separador "bifásico", y supongo que así también lo sometiste al programa de HySys – como un separador de dos fases, y no de 3 fases. ¿Correcto? Si eso es lo que has hecho y, como dices, también tienes carbamato de amoniaco (un sólido) pues entonces tu lógica no es correcta.
• Un separador bifásico se diseña empleando la ecuación de Brown-Souders, que puedes encontrar en muchos otros hilos dentro nuestros foros. Simplemente emplea el método de "Search" y encontraras varios hilos donde hablamos/escribimos sobre esta ecuación y su empleo en el diseño de un separador. Pero toma en cuenta que esta relación solo se aplica a un separador BIFASICO – para fluidos compuestos solamente de líquidos y gases.
• Si es que realmente tienes sólidos (carbamato) dentro el gas que estas aliviando, pues entonces tienes un grave problema. Esto quiere decir que los sólidos están pasando a través de tus válvulas de seguridad y, por lo tanto, no le van a permitir a las mismas válvulas asentarse de nuevo cuando pare el alivio. Además, ocurre otro peligro: tu tubería de alivio se va taponear y, por lo tanto, clausurar el efecto de alivio. Esto introduce graves resultados y no se puede permitir.
• Para el diseño de un separador bifásico con la ecuación de Brown y Souders, solo se necesita saber la densidad de las dos fases – la del gas y la del líquido. Pero tú no identificas ningún líquido (salvo que el amoniaco existe como líquido – cosa que dudo).
• A mi parecer, Ingeniería de procesos te esta pasando una papa ardiente que no tiene solución – por lo menos en forma convencional (como un separador bifásico) – si realmente esperas encontrar sólidos en los gases de alivio.
• Si es forzosamente necesario considerar que los gases de alivio van a contener sólidos, pues entonces tienes que tomar otros pasos de diseño – y estos pasos, lamentablemente, van a ser costosos, difíciles, y se va necesitar bastante ingeniería de diseño. Este tipo de problema no es fácil de resolver - físicamente o económicamente.

Por favor acláranos con todo detalle e información de cómo esperas encontrarte con carbamatos si nos dices lo siguiente:

"Los flujos que maneja este sistema de alivio de presión son los siguientes:

W = 196,282 Kg/h @ P = 510 psig y T = 120 Celsius
Concentraciones de 19.5% CO2, 61% NH3 y 19.5 H2O"

¿De donde, y como, aparece el carbamato?

Esperamos tu respuesta.

[Diaz]

Saludos Amigo Art, muchas gracias por responder.

Por todas esas razones que me explico es la que ahora ando de pies para arriba. Muchas gracias de nuevo por su aporte.

Le explico lo que ingeniería de procesos me paso hacerca de sus consultas:

- El cabamato de amonio que se libera por la valvula de alivio no se encuentra totalmente en estado solido, mas bien como una pasta densa ya que se encuentra mezclada con una pequeña parte de agua, para ser bombeado hacia el siguiente paso en el proceso de formación de Urea.

- Disculpe cometi un error, no debi utilizar concentracion, sino composición. Con respecto a las composiciones en porcentaje del fluido que suministré son datos de ingeniería de procesos estudiados en el laboratorio, es decir, el carbamato aliviado presenta esa composición en porcentaje, por supuesto, no tiene nada que ver con la estructura molecular del carbamato como tal, sino en función de las materias primas (Amoniaco, CO2 y Agua). Los flujos masicos son de la mezcla (Vapores de Amoniaco, CO2, H2O y la solucion de Carbamato de amonio), la presion es a la que acciona la valvula de Alivio, y T la temperatura a la que se descarga el fluido, para la simulacíon utilice un separador donde su presion de descarga de liquido y gas es atmosférica.

Comento varias de las soluciones que he estado manejando para solucionar el problema, Usted de acuardo a su altisima experiencia, me dirá si son las mas indicadas:


- Suponiendo que se pudiese utilizar un separador liquido-gas convencional. Pensé en implementar inyección de vapor sobrecalentado de agua al momento de que se de el alivio y en varias etapas del recorrido de la tuberia que se va a diseñar, para lograr disolver el carbamato y que exista una solucion liquida de que se puda separar convencionalmente.

- Los volumenes de gas son muy altos dando como resultado un recipiente muy grande, haciendo inviable economicamente el uso de este tipo de sistema convencional de separación por gravedad.

- Debido a esto he estado investigando y recopilando información sobre separadores del tipo ciclon. Pero no tengo muy claro algunas cosas, ya que no he podido dar con ecuaciones que me permitan diseñar este tipo de separadores, al parecer hay que hacerlo simulando, y eso es lo que no deseo, ya que el departamento que esta en cargado de hacer este tipo de simulaciones esta full de trabajo y este trabajo es urgente para la planta.

- Decidí utilizarlo ya que debido a que no utiliza la gravedad como modo de trabajo sino la fuerza centrifuga generada por el fluido al entrar tangencialmente a un recipiente, el fluido mas denso de se pega hacia las paredes y mientras mas rapido es mejor porque las particulas del fluido mas denso se separaran con mayor eficiencia.

- Conclui que se puede hacer una mezcla de criterios, es decir, implementar la inyección de vapor al momento del alivio para que exista una mezcla mas líquida, y la utilizacion del separador de ciclón.

Le dejo estos comentarios para que puedan ser estudiados por Usted, y esperando el mejor consejo de todos.

Muchas gracias por su recomendación.

[Art Montemayor]

Diaz:

Bueno, aun no nos has dicho la composición del flujo que se alivia a través de la válvula de seguridad. Según entiendo, este flujo contiene agua, carbamato (en forma de “pasta”), y gases de amoniaco, CO2, y vapor de agua. Pero no sabemos los porcentajes (de peso o de moles) de cada uno.

Nos dices que “Los volúmenes de gas son muy altos” – pero si va existir pasta de carbamato, no va ser factible emplear un efecto de ciclón para lograr una separación de la fase de pasta debido a que esta se va pegar a las paredes y su drenaje no se puede asegurar debido a su alta viscosidad.

Nos dices también que has calculado un separador que resulta ser demasiado grande, pero no hemos visto dicho calculo, con que no puedo comentar sobre estos resultados.

No es practico el plan de poder sincronizar el empleo de vapor conjuntamente con el disparo de la válvula de alivio para diluirla pasta de carbamato (permitiendo su fluidez). Opino que no es creíble que puedas garantizar la sincronización de ambos flujos, la fluidez del producto resultante, y la eliminación de taponeos – inclusive en el separador, ya sea de tipo ciclón o convencional. En mi opinión, son demasiado los variables y los riesgos.

El vapor no va contribuir a la fluidez del flujo resultante; lo que se necesita es crear una solución de agua con el carbamato – pero este proceso requiere tiempo para mezclar y disolver la masa del sólido. Todo esto requiere tiempo, equipo, y energía – cosas que complican el asunto y aumentan el diseño y la inversión para una solución de este tipo. La única forma de asegurar que un sistema de alivio de presión (una válvula de seguridad) funcione correctamente y pueda logar un sello normal el 100% del tiempo es que solo se le alimente con un fluido libre totalmente de sólidos. No es factible tratar de operar un sistema de alivio que tiene que cerrar contra un flujo de sólidos. La(s) válvula(s) simplemente no va(n) a poder asentarse y formar un cierre hermético. El resultado va ser un sistema que – una vez que opere – va aliviar el sistema y, al mismo tiempo, va causar un paro total del proceso debido a que la válvula de alivio no cierra 100%. Aquí estoy suponiendo que no te van a permitir que causes un para de planta cada vez que hay un alivio de presión. Si te lo permiten, entonces no hay problema – pero también entonces no necesitas un sistema para recuperar el desperdicio que causa el paro. Simplemente lo captas en un tanque o recipiente.

Vuelvo a recalcar que este problema es dificilísimo debido a los solidó que te están forzando a manejar. El problema se convierte a uno sencillo el momento que te entregan un fluido libre de sólidos y compuesto simplemente de líquidos y gases. ¿Como es que ha estado trabajando esta unidad todo este tiempo manejando sólidos mixtos con gas y liquido? ¿Porque no se ha solucionado el problema desde el principio de operaciones? A mi parecer, hay otros factores que están forzando este tipo de solución, porque normalmente uno diseña este tipo de sistema para no tener que aliviar un flujo de sólidos.

?No hay forma de conseguir que el fluo sea solo de gases y liquido?