DERECHOS RESERVADOS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FALCUTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
RECUPERACIÓN DE HEXANO DE LA CORRIENTE DE GASOLINA NATURAL
EN LA PLANTA DE FRACCIONAMIENTO BAJO GRANDE
Trabajo Especial de Grado presentado ante la
Universidad Rafael Urdaneta para optar al título de:
INGENIERO QUÍMICO
Autor: Br. MARIELEN MORILLO
Br. AIDA PERALTA
Tutor: Ing. María Emilia Da Costa
Maracaíbo, enero 2013
2
RECUPERACION DE HEXANO DE LA CORRIENTE DE GASOLINA
NATURAL EN LA PLANTA DE FRACCIONAMIENTO DE BAJO GRANDE
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
_____________________
_________________________
Morillo Dezeo, Marielen Fabiola
C.I. 20.662.362
Av. Pomona Las Pirámides, torre A
Piso 7, apt 706
Telf.: (0426) 1677038
[email protected]
Peralta García, Aída Mercedes
C.I.20.380.167
Calle 200 No. 48ñ-08
Barrió Milagro sur
Telf.: (0416) 4623417
[email protected]
____________________
Da Costa, María Emilia
Tutor académico
3
DEDICATORIA
Especialmente este trabajo de grado, está dedicado a unos de los profesores
más influyentes a lo largo de nuestra carrera, y que en este momento no se
encuentra presente, pero sigue ocupando un lugar sumamente importante en
nuestros corazones, a nuestro profesor el Ing. Humberto Martínez, gracias por
colaborar y estar allí, cuando lo necesitamos, con todo el cariño y respecto
que usted se merecía. Gracias por todo.
S
DERE
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Que Dios lo tenga en su Gloria.
Marielen y Aída.
4
AGRADECIMIENTO
En primer lugar a nuestros padres por todo su apoyo durante el desarrollo
profesional, el cual fue de gran ayuda para la culminación de nuestra carrera.
A la tutora académica Ingeniera María Emilia Da Costa al tutor industrial
Licenciado Vladimir Díaz y al profesor Waldo Urribarri, por su colaboración
durante el desarrollo de la presente investigación.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
A la Universidad Rafael Urdaneta por prestar sus servicios durante todos estos
DERE
años, y al Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería, de igual manera
a PDVSA Gas, por hacernos parte de su equipo de trabajo.
A la escuela de Ingeniería Química y su secretaria Beatriz, por sus fieles y
constantes servicios.
A nuestros compañeros y demás familiares, por el cariño y confianza
prestados durante el proceso de realización de éste trabajo especial de grado.
Amigos universitarios que gracias a ellos el tiempo en la universidad fue de
mucho agrado.
Y para finalizar, con un dulce recuerdo se agradece al profesor Humberto
Martínez que en vida nos asesoró en la realización de dicha investigación.
Que Dios los tenga en su gloria.
Marielen y Aída.
5
INDICE GENERAL
RESUMEN
ABSTRACT
pag.
INTRODUCCION .................................................................................................. 14
S
O
D
A
V
R
E
S
1.1. Planteamiento del problemaO
...........................................................................
16
S RE
H
C
E
R
E
D
CAPITULO I EL PROBLEMA ................................................................................ 16
1.2 Objetivos de la Investigación ........................................................................... 17
1.2.1. Objetivo general .......................................................................................... 17
1.2.2. Objetivos específicos................................................................................... 17
1.3. Justificación del problema .............................................................................. 18
1.4. Delimitación del problema .............................................................................. 19
1.4.1. Delimitación espacial ................................................................................... 19
1.4.2. Delimitación temporal .................................................................................. 19
1.4.3. Delimitación científica .................................................................................. 19
1.5. Alcance........................................................................................................... 19
CAPITULO II MARCO TEÓRICO .......................................................................... 20
2.1. Descripción de la empresa ............................................................................. 20
2.1.1. Generalidades del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería ...... 20
2.1.1.1. Misión ....................................................................................................... 21
2.1.1.2. Visión........................................................................................................ 21
2.1.1.3. Organigrama ............................................................................................ 22
6
2.1.2. Dirección Regional Maracaibo ..................................................................... 23
2.1.2.1. Misión ....................................................................................................... 23
2.1.2.2. Visión........................................................................................................ 23
2.1.2.3. Oficina de Industrialización y Petroquímica .............................................. 23
2.1.2.5. Estructura Organizativa ............................................................................ 24
2.1.2.4. Ubicación .................................................................................................. 25
2.2. Antecedentes ................................................................................................. 25
2.3. Bases teóricas ................................................................................................ 27
S
O
D
A
V
R
E
S
S RE
O
2.3.2. Diseño de procesos
.....................................................................................
31
H
C
E
R
E
D
2.3.1. Planta de Fraccionamiento Bajo Grande ..................................................... 27
2.3.3. Equipos principales utilizados en los procesos de fraccionamiento ............ 32
2.3.3.1 Torres de fraccionamiento ......................................................................... 32
2.3.3.2. Intercambiadores de calor ........................................................................ 35
2.3.3.3 Tambor de reflujo ...................................................................................... 40
2.3.4. Equipos auxiliares utilizados en los procesos de fraccionamiento .............. 42
2.3.4.1. Bombas .................................................................................................... 42
2.3.4.2. Hornos ...................................................................................................... 43
2.3.4.3. Tanques de almacenamiento ................................................................... 44
2.3.4.4. Sistema de compresión ............................................................................ 45
2.3.5. Simulación de Procesos .............................................................................. 46
2.3.5.1. Simulación HYSYS ................................................................................... 47
2.3.5.2. Modelos termodinámicos.......................................................................... 48
2.4. Sistema de Variables ..................................................................................... 53
7
CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO............................................................ 55
3.1. Tipo de investigación ...................................................................................... 55
3.2. Diseño de la investigación .............................................................................. 56
3.3. Técnicas de recolección de datos .................................................................. 57
3.3.1. Revisión bibliográfica................................................................................... 58
3.3.2. Entrevista no- estructurada ......................................................................... 58
3.3.3. Observación directa .................................................................................... 59
3.3.4. Observación indirecta .................................................................................. 60
S
O
D
A
V
R
E
S
S RE
O
3.5. Fases de la investigación
...............................................................................
65
H
C
E
R
E
D
3.4. Instrumento de recolección de datos .............................................................. 60
3.5.1. Fase I: Caracterización de la corriente de gasolina natural de la planta de
fraccionamiento de bajo grande ............................................................................ 65
3.5.2. Fase II: Levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento
.............................................................................................................................. 67
4.5.3.
Fase III: Bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano..... 68
3.5.4. Fase IV: Simulación del proceso de recuperación de hexano de la corriente
de gasolina natural ................................................................................................ 68
3.5.5. Fase V: Propuesta del proceso necesario para la recuperación de hexano
en la planta de fraccionamiento de bajo grande .................................................... 72
CAPITULO IV ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................ 73
4.1. Fase I: Caracterización de la corriente de gasolina natural de la planta de
fraccionamiento de bajo grande ............................................................................ 73
4.2. Fase II: Levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento 74
4.3. Fase III: Bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano. .......... 78
4.3.1. Bases de diseño .......................................................................................... 78
4.3.2. Criterios de diseño ...................................................................................... 81
4.4. Fase IV: Simulación del proceso de recuperación de hexano de la corriente de
gasolina natural ..................................................................................................... 82
8
4.4.1. Caso 1: Entrada al sistema de recuperación: Salida del intercambiador E301B ...................................................................................................................... 82
4.4.2. Caso 2: Entrada al sistema de recuperación: Salida del rehervidor E-304.. 87
4.4. Fase V: Propuesta del proceso necesario para la recuperación de hexano
en la planta de fraccionamiento de bajo grande .................................................... 92
CONCLUSIONES ..................................................... ¡Error! Marcador no definido.
RECOMENDACIONES ............................................ ¡Error! Marcador no definido.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 100
S
DERE
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
9
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Modelos termodinámicos simulador HYSYS…………………...…......50
Tabla 2.2. Paquete termodinámico recomendado….…………… …..................52
Tabla 3.1. Propiedades de la corriente de gasolina natural…...........................61
Tabla 3.2. Composición (%mol) de la corriente de gasolina natural
…………………………............................................................................................61
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Tabla 3.3. Equipos presentes en el sistema de refrigeración de la planta de
fraccionamiento Bajo Grande ……………………………………………………….62
DERE
Tabla 3.4. Equipos presentes en el sistema de aceite caliente de la planta de
fraccionamiento Bajo Grande …………………….…………………………………..63
Tabla 3.5. Equipos presentes en el área de fraccionamiento de la planta de Bajo
Grande ………………………………..………………………………………………….64
Tabla
4.1.
Caracterización
de
la
corriente
de
gasolina
natural
…………………….…..............................................................................................73
Tabla
4.2.
Propiedades
de
la
corriente
de
gasolina
natural
………………………………………………….………………………………………….74
Tabla
4.3.
Equipos
presente
en
el
sistema
de
refrigeración
………………………...….........................................................................................75
Tabla 4.4. Equipos presente en el sistema de calentamiento ………………......76
Tabla 4.5. Equipos presentes en el área de fraccionamiento….........................77
Tabla 4.6. Promedio composición molar en el fondo de la torre V
303…………………………......................................................................................79
Tabla 4.7. Promedio composición molar en el tanque S-503…………………......79
10
Tabla 4.8. Condiciones de algunos equipos presentes en planta
…………………….…………………………………………………….……………….80
Tabla 4.9. Normas aplicadas ………………………………..……….…….…………81
Tabla 4.10. Caída de presión típicas …………………….…...................................81
Tabla 4.11. Datos del simulador ………………………………………………….…..82
Tabla
4.12.
Balance
de
materiales
torre
despentanizadora
………………………...….........................................................................................83
Tabla 4.13. Balance de materiales torre deshexanizadora …………..……..........83
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Tabla 4.14. Resultados de la simulación caso 1…...............................................85
ERE
D
Tabla 4.15. Datos del simulador ………………………….......................................87
Tabla 4.16. Balance de materiales torre despentanizadora ……………….…….88
Tabla 4.17. Balance de materiales torre deshexanizadora ……………….….…..88
Tabla 4.18. Resultados de la simulación caso 2………………………………..….90
Tabla 4.19. Criterios básicos …………………….…...............................................92
Tabla 4.20.Requerimientos del proceso ……………………………………………96
Tabla 4.21. Composición y condiciones de las corrientes …………………….96
11
INDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Organigrama del Ministerio del Poder Popular el Petróleo y Minería
……………….…………………………………………………………………………….22
Figura 2.2. Estructura Organizativa de la Oficina de Industrialización y
Petroquímica …………………………………………………………………………….24
Figura 2.3.Planta de fraccionamiento Bajo Grande..……………………………...27
Figura 2.4. Diagrama de proceso de la planta de Fraccionamiento Bajo
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Grande..…………………………………………………………………………………..29
DERE
Figura 2.5. Diseño de procesos …………………………………………….……….31
Figura 4.1. Simulación HYSYS 3.2 caso 1.…………………………………………...84
Figura 4.2 Simulación HYSYS 3.2 caso 2 ……………………………………….......89
Figura 4.3. Diagrama de flujo de la Planta de Fraccionamiento Bajo Grande
modificado ……………………………………………………………………………….94
12
MORILLO DEZEO, MARIELEN FABIOLA; PERALTA GARCIA, AIDA MERCEDES.
RECUPERACION DE HEXANO DE LA CORRIENTE DE GASOLINA NATURAL,
DE LA PLANTA DE FRACCIONAMIENTO DE BAJO GRANDE. Trabajo especial
de grado para optar al título de Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta.
Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela.
2013. 106p.
RESUMEN
El objetivo del presente trabajo especial de grado fue realizar la propuesta para la
recuperación de hexano de la corriente de gasolina natural en la planta de
fraccionamiento Bajo Grande. Para esto se caracterizó la corriente, tomando una
muestra del tanque TK-S-503, se determino la cantidad de hexano presente donde
se hallo una composición molar de n-hexano 8.77%, y de i- hexano 15.05%. De
igual manera se realizó el levantamiento de las instalaciones de la planta, para
determinar la disponibilidad de los equipos, y su funcionamiento, los únicos
equipos que operan son K-301C, E-309/10, V-308, que pertenecen al área de
refrigeración y se encarga de acondicionar los productos que llegan de los buques.
Se establecieron las bases y criterios de diseño del proyecto y se procedió a
recolectar los datos para acondicionar el proceso, de esta manera se tomó en
cuenta las normativas establecidas por PDVSA, así como los requerimientos del
cliente. Se realizó la simulación del proceso, utilizando como programa ASPEN
HYSYS 3.2 a través del cual se determinó la presión y temperatura de los
productos que salen por el tope de la torre despentanizadora, así como de la torre
deshexanizadora; se realizaron dos simulaciones, esto por las exigencias del
proceso, y con distintos puntos de alimentación. Además se seleccionó el mejor
proceso para la recuperación de hexano, donde la alimentación de la torre
despentanizadora, proviene del rehervidor E-304, dando como resultado una
salida del producto (hexano) a una temperatura de 144.8°F y trabajando con una
torre a presión atmosférica. Con el siguiente proyecto, se lograra disminuir las
importaciones de hexano al país cubriendo la demanda de este producto en
PEQUIVEN, y adicional a esto dando un valor agregado a la corriente de gas.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Palabras claves: recuperación, hexano, simulación de proceso, torre de
fraccionamiento, ASPEN HYSYS 3.2.
[email protected],
[email protected]
13
DEZEO MORILLO, FABIOLA MARIELEN; GARCIA PERALTA, MERCEDES AIDA.
HEXANE RECOVERY CURRENT NATURAL GAS FRACTIONATION PLANT
BAJO GRANDE. Degree thesis to qualify for the degree in Chemical Engineering.
Universidad Rafael Urdaneta. Faculty of Engineering. School of Chemical
Engineering. Maracaibo, Venezuela. 2013. 106p.
ABSTRACT
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
The aim of this study was to conduct special degree the proposal for the recovery
of hexane current natural gas fractionation plant Bajo Grande. To this stream is
characterized by taking a sample from the tank TK-S-503, we determined the
amount of hexane present which hallo a molar composition of 8.77% n-hexane, ihexane and 15.05%. Just as was done to lift the plant facilities, to determine the
availability of equipment, and if it was in operation, the only teams that operate are
K-301C, E-309/10, V-308, which belong to the refrigeration area and put in charge
of the products arriving ships. The foundations were laid and the project design
criteria and proceeded to collect data to condition the process, so they take into
account the standards set by PDVSA, as well as customer requirements. We
performed the process simulation, using 3.2 Aspen HYSYS program through which
the determined pressure and temperature of the products leaving the top of the
tower depentanizer and deshexanizadora tower; two simulations were performed,
this for process requirements, and with different feed points. Furthermore select
the best process for the recovery of hexane, where the depentanizer tower feed
comes from reboiler E-304, resulting in a product outlet (hexane) at a temperature
of 144.8 ° F and working with a tower atmospheric pressure. With the next project,
an alternative view is achieved to reduce the purchase abroad of hexane, giving
added value to the gas stream, and meeting the demand for this product in
PEQUIVEN
DERE
Key words: recovery, hexane, process simulation, fractionation tower, ASPEN
HYSYS 3.2.
[email protected],
[email protected]
14
INTRODUCCION
Al transcurrir el tiempo, el uso de solventes orgánicos, ha adquirido una
mayor demanda, por lo que existen diversos compuestos utilizados para mejorar la
calidad de los productos, o como aditivos a ciertos procesos.
El solvente hexano es utilizado en diversas industria venezolanas, como lo
son las industrias aceiteras, industrias de químicos (plásticos, agente de limpieza)
y de igual manera
en textiles, muebles y la industria de calzado, por lo que
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Venezuela para obtener este producto, debe realizar compras al exterior, la cual
DERE
es cotizada a un alto precio, en las distintas empresas que se encuentran, en los
Estados Unidos, Alemania, y México.
Esta investigación surgió, a petición del Ministerio del Poder Popular de
Petróleo y Minería, por las necesidades que presenta Pequiven de obtener hexano
para sus procesos de polimerización.
El siguiente trabajo especial de grado, tiene como finalidad realizar una
propuesta para recuperar hexano de la corriente de gasolina natural en la planta
de fraccionamiento Bajo Grande
Para poder alcanzar este objetivo se plantearon los siguientes objetivos
específicos: Caracterizar la corriente de gasolina natural, realizar el levantamiento
de las instalaciones en la planta, asimismo establecer las bases y criterios de
diseño para la recuperación de hexano, simular el proceso para recuperar hexano
de la corriente de gasolina natural, y por ultimo proponer el proceso necesario
para la recuperación de hexano en la planta de fraccionamiento Bajo Grande.
15
El trabajo está estructurado en cuatro (4) capítulos. El primero contiene el
planteamiento del problema, la justificación, las delimitaciones de la investigación
y los objetivos generales y específicos establecidos para la realización de este
trabajo especial de grado.
En el segundo capítulo se presenta la descripción de las empresas,
posteriormente se encuentran los antecedentes que se tomó para la investigación,
y además comprende los fundamentos teóricos que fueron la base del presente
proyecto, comenzando por la descripción de la planta de fraccionamiento Bajo
Grande, la definición de los equipos para realizar fraccionamiento, la selección de
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
la ecuación termodinámica y la descripción de los documentos concernientes para
DERE
realizar la simulación de procesos. Por último este capítulo presenta un sistema de
variables especificando los indicadores de cada objetivo.
Posteriormente, en el tercer capítulo se describe el tipo y diseño de
investigación, las técnicas e instrumentos de recolección de datos y las fases de la
investigación en donde se muestran cada uno de los pasos a seguir para el
desarrollo de cada objetivo planteado.
En el cuarto y último capítulo se encuentra el análisis de resultados para
cada fase descrita. Finalmente, se presentan las conclusiones, recomendaciones y
referencias bibliográficas.
16
CAPITULO I
EL PROBLEMA
Corresponde este capítulo al primer paso del trabajo especial de grado, el
cual comprende los siguientes aspectos: planteamiento del problema, objetivos,
justificación, delimitación y alcance de la investigación.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
1.1. PlanteamientoR
CHOS
DE delEproblema
Con el paso del tiempo el uso de solventes orgánicos en el ámbito industrial
ha adquirido una mayor demanda, por lo que existen diversos tipos de
compuestos orgánicos usados como solventes, entre ellos el hexano, el cual es
utilizado en diversas áreas de producción del país, como lo es en la industria
química, la alimenticia, entre otras.
La mayoría del hexano utilizado en las industrias se mezcla con productos
químicos similares, para mejorar las propiedades químicas y físicas de los
disolventes. El mayor uso de los solventes que contienen hexano es utilizado en
las industrias petroquímicas, como medio de reacción en los procesos de
polimerización de etileno y propileno.
El hexano es un producto químico que en su mayoría, es importado al país,
con un alto costo de adquisición, que empresas como Pequiven, además de
empresas aceiteras, deben obtener este producto para que sus procesos se lleven
a cabo, originando problemas como: adquisición de divisas, retrasos en la entrega
del material, parada de plantas, entre otros.
17
En la corriente de Gasolina Natural de la planta de fraccionamiento Bajo
Grande, se determinó presencia de hexano, por lo que se estudó la posibilidad de
recuperar este hexano, con el fin de ser utilizado en el Complejo Petroquímico
“Ana María Campos” como solvente.
De acuerdo con lo anterior esta investigación tuvó como propósito realizar
una propuesta viable para la recuperación de hexano de la corriente de gasolina
natural.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
1.2 Objetivos de la Investigación
S
DERECHO
1.2.1. Objetivo general
Proponer modificaciones en la planta de fraccionamiento de bajo grande
que permitan la recuperación del hexano presente en la corriente de gasolina
natural.
1.2.2. Objetivos específicos
 Caracterizar la corriente de Gasolina Natural de la planta de fraccionamiento de
bajo grande.
 Realizar el levantamiento de las instalaciones en la planta de fraccionamiento.
 Establecer bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano.
 Simular el proceso de recuperación de hexano de la corriente de Gasolina
Natural.
 Proponer el proceso necesario para la recuperación de hexano en la planta de
fraccionamiento de bajo grande.
18
1.3. Justificación del problema
Con esta investigación se quiso aportar el proceso para la recuperación de
hexano de la corriente de Gasolina Natural en la planta de fraccionamiento de
Bajo Grande, evaluación necesaria para buscar alternativas de adquisición de
productos químicos, indispensables para la producción de bienes y servicios en
Venezuela.
Además, se pudo dar un valor agregado a las corrientes de gas, obteniendo
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
un producto que posee una gran importancia en distintos procesos, como
Pequiven, que necesitan de este para la polimerización de etileno y propileno y así
DERE
como las distintas empresas aceiteras que utilizan el hexano como medio de
extracción.
Metodológicamente la realización de esta investigación sirvió para crear
procedimientos para el diseño de un sistema de recuperación de hexano que
puede ser herramienta para estudios futuros. Igualmente se pudo alcanzar los
conocimientos suficientes sobre el diseño y cálculo del sistema de recuperación y
de esta manera se aporto a la comunidad académica y profesional las
conclusiones y resultados
proyecto.
obtenidos, donde se estableció la factibilidad del
19
1.4. Delimitación del problema
1.4.1. Delimitación espacial
La investigación se realizó en la Oficina de Industrialización y Petroquímica,
de la Dirección Regional de Maracaibo, del Ministerio del Poder Popular de
Petróleo y Minería, así como en la planta de fraccionamiento Bajo Grande, Edo.
Zulia.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
1.4.2. Delimitación temporal
DERE
El desarrollo del proyecto tuvo una duración de ocho meses, y comprendió
desde mayo hasta diciembre del 2012.
1.4.3. Delimitación científica
Se
utilizaron
los
conocimientos
adquiridos
durante
el
crecimiento
profesional en la Universidad Rafael Urdaneta, específicamente se aplicara los
conocimientos obtenido en las diferentes asignaturas como lo son, estadística,
operaciones unitarias, técnicas de simulación, y diseño de plantas.
1.5. Alcance
El estudio estuvo delimitado a la recuperación de hexano de la corriente de
gasolina natural en la planta de fraccionamiento Bajo Grande, aprovechando las
facilidades existentes.
20
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
En este capítulo se describen algunas generalidades del Ministerio del
Poder Popular de Petróleo y Minería, el proceso de fraccionamiento de la Planta
de fraccionamiento Bajo Grande y algunos conceptos necesarios para desarrollar
este proyecto.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
2.1. Descripción de la empresa
S
DERECHO
2.1.1. Generalidades del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería
El Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería es el órgano rector del
Ejecutivo Nacional en materia de hidrocarburos y energía en general, tiene la
misión de formular, administrar y controlar las políticas del Ejecutivo Nacional en la
área de energía e hidrocarburos y petroquímica para promover su explotación
armónica e integral con el ambiente y garantizar su necesaria contribución al
desarrollo sostenible de la República Bolivariana de Venezuela.
Es competencia del Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería:

La regulación, formulación y seguimiento de políticas, la planificación,
realización y fiscalización de las actividades del Ejecutivo Nacional en materia de
hidrocarburos y energía en general.
21

El desarrollo, aprovechamiento y control de los recursos naturales no
renovables y de otros recursos energéticos, así como de las industrias eléctricas y
petroleras.

El estudio de mercado y análisis y fijación de precios de los productos de
petróleo y del servicio de la electricidad.

La prevención de la contaminación del medio ambiente derivada de las
actividades energéticas y de hidrocarburos, en coordinación con el Ministerio de
Ambiente y de los Recursos Naturales.

S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Las demás que le atribuyan las leyes y otros actos normativos. (Gaceta
Oficial de la República Bolivariana de Venezuela, Nº 38.111 de fecha jueves 20 de
DERE
enero de 2005, Artículo 19).
2.1.1.1. Misión
Regular, formular, administrar, evaluar y controlar las políticas del Ejecutivo
Nacional, en las áreas de hidrocarburos, energía en general, petroquímica,
carboquímica, similares y conexas, para promover su explotación racional,
armónica e integral y garantizar su necesaria contribución al desarrollo económico,
social y endógeno sostenible y sustentable de la República Bolivariana de
Venezuela.
2.1.1.2. Visión
Ser el órgano de la Administración Pública Central líder rector de las áreas
de hidrocarburos, energía en general, petroquímica, carboquímica, similares y
conexas, en razón a su competencia institucional y acción adecuada y oportuna
fundamentada sólidamente en la excelencia y motivación al logro de sus
trabajadores.
22
2.1.1.3. Organigrama
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Figura 2.1. Organigrama del Ministerio del Poder Popular el Petróleo y Minería
(MPPPM, 2006)
23
2.1.2. Dirección Regional Maracaibo
2.1.2.1. Misión
Vigilar y garantizar el cumplimiento en el marco legal en materia de
hidrocarburos líquidos y gaseosos en la Regional Occidental, a través del control y
seguimiento de las actividades de procesamiento de gas natural, de la refinación
de crudo para la obtención de productos derivados y de las plantas petroquímicas,
así como también las actividades de transformación de derivados de los procesos
S
O
D
A
V
R
E
S
E de la Nación.
SelR
eficiente del recurso energético
para
bienestar
O
H
C
E
R
E
D
de refinación y petroquímica, con la intención de asegurar la transformación
2.1.2.2. Visión
Alcanzar la excelencia en la aplicación del marco legal vigente en materia
de hidrocarburos gaseosos, líquidos y productos petroquímicos permitiendo el
control de las actividades de materia efectiva, con la finalidad de generar recursos
confiables y auditables, que conlleven al máximo aprovechamiento de la
interrelación hombre - método - tecnología, garantizando la optimización de los
procesos involucrados en la refinación de crudo. Procesamiento de gas,
petroquímica e industrialización.
2.1.2.3. Oficina de Industrialización y Petroquímica
El ámbito de la oficina de industrialización y petroquímica está conformado
por:

Procesamiento de Gas: Procesos de Extracción y Fraccionamiento del gas
natural.
24

Petroquímica.

Refinación de crudo.

Empresas industrializadas.
2.1.2.5. Estructura Organizativa
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
INDUSTRIALIZACIÓ
ÓN YY PETROQUÍ
ÍMICA
INDUSTRIALIZACI
PETROQU
INDUSTRIALIZACIÓN
PETROQUÍMICA
Ing.
Ing. Marianella
Marianella Rojas
Rojas
DERE
REFINERIA
BAJO GRANDE
PROCESAMIENTO
DE GAS
INDUSTRIALIZACIÓN
PETROQUÍMICA
COMPLEJO PETROQUÍMICO
PLANTA 2 Y
LLENADEROS DE
PRODUCTOS
NEGROS
• Ing. Roberto
Camacaro
• Profesional I
“ ANA MARÍA CAMPOS”
EXTRACCIÓN
FRACCIONAMIENTO
• Lic. Vladimir Díaz
Profesional I
• Lic. Vladimir Díaz
Profesional I
• Ing. Marianella Rojas
• T.S.U. Hebert López
• Técnico I
• Lic. Vladimir Díaz
Profesional I
• T.S.U. Hebert López
• Técnico I
• T.S.U. Douglas
Barios
Técnico I
PROYECTO CCO
• Lic. Vladimir Díaz
Profesional I
• T.S.U. Hebert López
• Técnico I
EMPRESAS
INDUSTRIALIZADORAS
TRANSPORTISTAS DE
PRODUCTOS DISTINTOS A LOS
COMBUSTIBLES Y/O
INDUSTRIALIZADOS
Profesional I
• T.S.U. Hebert López
• Técnico I
EMPRESAS MIXTAS
PEQUIVEN
• Ing. Roberto Camacaro
• Profesional I
• Lic. Vladimir Díaz
Profesional I
• Ing. Roberto
Camacaro
• Profesional I
• T.S.U. Douglas
Barios
Técnico I
COMPLEJO
INDUSTRIAL
“ANA MARIA CAMPOS”
CAMPOS”
(CIAMCA)
• Ing. Roberto Camacaro
• Profesional I
• Lic. Vladimir Díaz
Profesional I
Figura 2.2. Estructura Organizativa de la Oficina de Industrialización y
Petroquímica. (MPPPM, 2006)
25
2.1.2.4. Ubicación
La Dirección Regional Maracaibo se encuentra ubicada en la calle 77
Prolongación 5 de julio, esquina con calle 71 Antiguo Edificio CIED; Maracaibo,
Estado Zulia, Venezuela.
2.2. Antecedentes
Blanco (2011) realizó el trabajo de investigación de pregrado titulado
S
O
D
A
V
R
E
S
planta de fraccionamiento Bajo
Grande
en E
condiciones del CCO” en la Universidad
SR
O
H
C
E
R
E
D
Rafael Urdaneta.
“Evaluación de la capacidad máxima de la torre despropanizadora (v-301) de la
El objetivo general de esta investigación fue: Evaluación de la capacidad
máxima de fraccionamiento de la torre Despropanizadora (V-302) de la Planta de
Fraccionamiento Bajo Grande en condiciones del CCO. En este trabajo se
desarrolló una simulación del proceso estudiado a las condiciones originales de
diseño
utilizando
el
programa
HYSYS.
Para
la
selección
del
modelo
termodinámico de la simulación se tomaron en cuenta modelos matemáticos y
correlaciones empíricas que pueden ser aplicadas a las condiciones del proceso,
entre las cuales se encuentran: Peng-Robinson (PR) y Soave-Redlich-Kwong
(SRK), esto con la finalidad de determinar qué modelo se ajusta más al
comportamiento de los sistemas.
Este trabajo fue utilizado como apoyo en todo lo referente al paquete de
simulación HYSYS, tomando como referencia los criterios de selección del modelo
termodinámico recomendado para el tipo de procesos que involucran gases e
hidrocarburos.
26
González (2008) realizó el trabajo especial de grado presentado ante la
Universidad Rafael Urdaneta, para optar al título de Ingeniero Químico titulado:
“Diseño de un sistema de recuperación de hexano y nitrógeno en la planta de
polipropilenos de Venezuela; Propilven S.A.”
El objetivo general de esta investigación fue: Diseño de un sistema de
recuperación de hexano y nitrógeno en la planta de Polipropileno de Venezuela;
Propilven S.A.. En este trabajo se desarrolló la ingeniería conceptual del sistema
de recuperación, tomando como bases y criterios de diseño algunos manuales,
S
O
D
A
V
R
E
S
E y diseño y ubicación del diseño
características del fluido, condiciones
SdeRoperación
O
H
C
E
R
E
D
dentro de la planta. Los criterios utilizados en la realización de este trabajo
normas y consideraciones especiales, entre las cuales se puede mencionar:
estuvieron basados en las normas PDVSA, centrándose en los documentos que
abarcan las condiciones de diseño de algunos equipos como lo son; bombas,
separador gas-liquido, condensador y adsorbedor. Esto con la finalidad de tener la
documentación necesaria para sustentar el trabajo especial de grado realizado.
Este trabajo fue utilizado como apoyo en todo lo referente al manejo de las
normas PDVSA, tomando como referencia algunos de los criterios de selección de
equipos utilizados en procesos, que son indispensables en este, entre los que se
encuentran, bombas, condensador y separador gas-liquido.
27
2.3. Bases teóricas
2.3.1. Planta de Fraccionamiento Bajo Grande
La Planta de Fraccionamiento Bajo Grande está conformada por las áreas
300, 500 y 600.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Figura 2.3. Planta de fraccionamiento Bajo Grande. (Memoria Descriptiva PFBG;
2001).
El área 300 es la encargada principalmente del almacenaje de LGN de
alimentación
y
del
fraccionamiento
del
mismo,
a
través
de
la
torre
despropanizadora (V-301), desbutanizadora (V-303) y desisobutanizadora (V-307)
y equipos asociados, como se observa en la Figura 2.3., mientras que el área 500
28
está conformada por los tanques de almacenamiento (S-501, S-502, S-503 y S504) y las esferas del almacenamiento (V-324 y V-325) utilizadas solo para el
almacenamiento de propano (C3), para luego ser llevado al llenadero; en el área
600 se realizan las actividades de carga y descarga de los productos refrigerados
(C3, I-C4 y –C4), así como también de C5 a través de buques, para exportación y
cabotaje.
El área 300, visualizada en la Figura 2.4. y encargada del fraccionamiento
de los líquidos del Gas Natural provenientes de las plantas de extracción Lamar
Líquidos, Lama proceso y LGN I de El tablazo, son alimentados a la torre
S
O
D
A
V
R
E
S
S REmás pesados por el fondo (C
O
H
el tope de la torre,
retirándose
los
productos
C
E
R
E
D
despropanizadora V-301, en donde se realiza la separación del propano (C3) por
4+).
El propano producto es condensado en los enfriadores C-301 (utilizan aire
como fluido de enfriamiento), parte del condensado retorna a la torre V-301 para
mantener el proceso de fraccionamiento, y el resto de la corriente es enviada
hacia el proceso de secado; en las cuales se realiza la adsorción de la humedad
presente en el propano por medio de tamiz molecular (Zeolitas de tipo alumino
silicato), contenido en el interior de las mismas. Una vez que el propano producto
es secado, pasa a través de los chiller E-305 y E-306 los cuales bajan su
temperatura hasta 0 °F aproximadamente, para luego ser almacenado en el
tanque refrigerado S-501 a una temperatura de hasta –53 °F.
Parte de la corriente de C4+ proveniente del fondo de la V-301 es calentada
en el rehervidor E-302, y alimentada nuevamente a la torre V-301, de forma de
mantener el proceso de fraccionamiento; la corriente remanente de C4+ y la
corriente proveniente de LGN II de El Tablazo se le unen para luego ser
alimentadas a la torre desbutanizadora V-303, en donde son fraccionadas como
Mezcla de Butanos (Tope) y Gasolina natural C5+.
29
DERECH
S
O
D
A
V
R
OS RESE
Figura 2.4. Diagrama de proceso de la planta de Fraccionamiento Bajo Grande. (Memoria Descriptiva PFBG, 2001)
30
La corriente de C5+ provenientes del fondo de la torre V-303, es calentada
en el rehervidor E-304 (intercambiador que utiliza como medio de calentamiento
aceite), y alimentada nuevamente a la torre, para mantener el proceso de
fraccionamiento, el resto de la corriente de gasolina luego de intercambiar calor
con la entrada de producto del Lago en el E-301, pasa a través de filtros F-100
A/B/C/D (en caso de ser necesario), que utilizan Atapulgitus Clay como medio
filtrante (Arcillas del tipo alumino silicato), y permiten retirar sólidos disueltos
ayudando a mantener el color del producto; posteriormente es almacenada en el
tanque S-503 de techo flotante, el cual trabaja a presión y temperatura
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
atmosférica.
DERE
La mezcla de Butanos es alimentada a la torre Desisobutanizadora V-317,
donde se realiza la separación de la mezcla en Iso y Normal Butano, por tope y
fondo respectivamente, la corriente de Iso butano es condensada en enfriadores
C-305 (que utilizan aire como fluido de enfriamiento), donde parte de la misma es
nuevamente alimentada a la torre para mantener el proceso de fraccionamiento, el
resto es bombeada por medio de las P-307 A/B hacia los chiller de refrigeración E316 (Enfriador primario) y E-317 (Enfriador secundario), para luego ser
almacenada en el tanque refrigerado S-505, a una temperatura de -15 °F.
La corriente de Normal Butano que sale por el fondo de la torre V-317 es
calentada en los rehervidores E-312 A/B (Intercambiador que utiliza aceite como
medio de calentamiento), para ser alimentada nuevamente a la torre, de forma de
mantener el proceso de fraccionamiento, el resto del producto es enfriado en los
chiller de refrigeración E-308 (Enfriador primario) y E-318 (Enfriador secundario)
para luego ser almacenado en el tanque refrigerado S-502 a una temperatura de
25 °F. (Memoria Descriptiva PFBG, 2010)
31
2.3.2. Diseño de procesos
Dentro de la estrategia general de ingeniería de procesos, diseño de
procesos puede considerarse constituido por tres etapas: Síntesis de procesos,
Simulación de procesos y Optimización, como se observa en la Figura 2.5.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Figura 2.5. Diseño de procesos. (Martínez et al., 2000).
La síntesis de procesos es la etapa en la cual se crea la estructura básica
del diagrama de flujo, se seleccionan los equipos a ser utilizados, con sus
correspondientes interconexiones, y se establecen los valores iniciales de las
condiciones de operación. Por su parte, la simulación de procesos es la etapa en
la cual se requiere solucionar balances de materia y energía para un proceso en
estado estacionario, calcular dimensiones y costos de los equipos y efectuar una
evaluación económica preliminar del proceso. El punto final es la optimización que
32
puede ser paramétrica, modificando parámetros tales como presión o temperatura;
o estructural, cuando se hacen modificaciones al diagrama de flujo involucrando a
los equipos y/o sus interconexiones.
El resultado de estas tres etapas es el diagrama de flujo de proceso en una
forma no definitiva puesto que dentro de este proceso de diseño se continúa con
lo que se conoce como ingeniería de detalle. (Martínez et al., 2000).
2.3.3. Equipos principales utilizados en los procesos de fraccionamiento
S
ADO
V
R
E
S
E
R
S
2.3.3.1 Torres de fraccionamiento
DERECHO
PDVSA (1996) dice que el fraccionamiento es el método de separación más
usado de las operaciones unitarias a nivel industrial. El proceso consiste en una
transferencia de masa por el intercambio de calor desde el fondo de la torre, con
un mayor enriquecimiento de los elementos más volátiles que conforman el vapor
en el tope.
Las operaciones de destilación empleadas en la industria química en
general, tienen por objeto aislar compuestos individuales bastante puros, partiendo
de mezclas de líquidos volátiles, formada fundamentalmente por componentes
bien definidos. En estos casos la destilación simple intermitente es suficiente para
una separación eficaz, tal como la deshidratación de disolventes orgánicos. A
menos que las volatilidades de dos ó más componentes de una mezcla líquida
sean casi idénticas, o que dos ó más componentes se asocien para formar una
mezcla de punto de ebullición constante.
Uno de los accesorios más importantes al considerar un diseño de una torre
de fraccionamiento son los dispositivos de contacto, que cumplen con la función
de lograr el equilibrio de las fases líquido y vapor en la torre. El propósito de los
33
dispositivos de contacto es el de lograr el equilibrio entre las fases líquido y vapor.
Estos dispositivos en una torre están diseñados para mezclar el vapor ascendente
y el líquido que desciende. El flujo puede tender al equilibrio por la transferencia
de calor y/o de materia de los componentes. De esta manera, los dispositivos de
contacto tienen el mismo efecto que una serie de etapas de vaporizaciones en
equilibrio. Existen dos grandes grupos de dispositivos de contacto: platos y
empaques.
a)
Tipo de platos
-
Platos tipo casquete de burbujeo
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Este plato se caracteriza por ser plano y perforado, con tubos pequeños en
cada perforación, sobre estos tubos están colocados los casquetes (tazas
invertidas). El arreglo se asemeja a pequeñas chimeneas colocadas en todo el
plato. El líquido y la espuma son atrapados sobre el plato alcanzando por lo
menos una altura igual a la del casquete. Esto le da la habilidad única de operar a
bajas velocidades de vapor y líquido.
-
Platos perforados
Este plato es plano y perforado. El vapor asciende por los orificios
ocasionando un efecto equivalente a un sistema de multiorificios. La velocidad del
vapor evita que el líquido fluya a través de los orificios (goteo). A velocidades
bajas el líquido gotea, no hace contacto con todos los orificios del plato y por lo
tanto se reduce considerablemente la eficiencia. Esto le da a estos platos una
flexibilidad operacional relativamente pobre.
-
Platos perforados sin bajante
Son platos perforados sin bajante que (flujo dual o plato fluctuante) poseen
alta capacidad, moderada eficiencia y baja flexibilidad, sin embargo estos platos
34
deben ser apropiadamente diseñados para las cargas a las cuales van a ser
operados, de lo contrario no funcionarán satisfactoriamente.
-
Platos tipo válvula
Estos platos pueden ser circulares o rectangulares, con o sin una
estructura. El disco de la válvula sube a medida que aumenta el flujo de vapor. La
máxima elevación del disco está controlada por la estructura o por el largo de los
sujetadores ubicados en la parte inferior de la válvula (“piernas”). A medida que el
flujo de vapor disminuye la apertura del disco disminuye, lo que evita el goteo del
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
líquido a través de los orificios.
DERE
b)
Tipo de empaques
-
Empaques desordenados o rellenos
Son unidades o piezas discretas de empaques con una forma geométrica
específica, los cuales son vaciados o rellenados aleatoriamente dentro de la
columna. Son los de uso más común en la práctica comercial. La selección del
material de empaque se basa principalmente en la resistencia a la corrosión.
Existen 3 tipos de materiales: metal, cerámica y plástico.
Los empaques de acero al carbono deberían ser considerados como la
primera alternativa para la mayoría de las aplicaciones cuando la corrosión no
representa
un
problema.
Los
empaques
de
acero
inoxidable
cuestan
aproximadamente de 3 a 5 veces más que los de acero al carbono; las aleaciones
son inclusive más costosas. El uso de empaques de cerámica se ha visto reducido
desde el advenimiento de los empaques plásticos. Actualmente, los empaques
cerámicos se especifican solo cuando se requiere una gran resistencia al ataque
químico y altas temperaturas. El polipropileno es barato y es el más usado cuando
las temperaturas de operación no exceden los 120 °C.
35
-
Empaque estructurado o sistemáticamente arreglado
Está constituido por capas onduladas de malla tejida u hojas corrugadas.
Este empaque es apilado ordenadamente en secciones dentro de la columna. En
general, los empaques estructurados muestran ventajas en capacidad y eficiencia
comparadas con empaques desordenados, cuando son operados a cargas
líquidas menores. Los empaques estructurados tienen una considerablemente
menor caída de presión por etapa teórica que los desordenados. Los empaques
estructurados cuestan de 3 a 10 veces más por unidad de volumen que los
empaques desordenados. Sin embargo, su mayor capacidad y eficiencia permiten
S
O
D
A
V
R
E
S
S REcon un diseño de torre con empaque
un análisis costo–beneficio
y compararlo
O
H
C
E
R
E
D
desordenado. (PDVSA; 1997).
el uso de columnas de menor altura y diámetro, por lo que será necesario realizar
2.3.3.2. Intercambiadores de calor
Se conoce con el nombre de intercambiador de calor a cualquier dispositivo
en el que se verifica un intercambio de calor entre dos fluidos separados por una
pared metálica, esta pared representa la superficie de transferencia de calor y
puede tener cualquier geometría.
En la industria química entre otras, se utilizan intercambiadores de calor de
diferentes tipos, por lo tanto elegir el equipo de transferencia de calor más
adecuado es una gran labor. Para esto, se debe tener una idea del tipo de trabajo
de intercambio que hace falta, los fluidos en cuestión y las condiciones de
operación imperantes en el proceso. Las condiciones de operación más
importantes son los flujos, las temperaturas, presiones de operación y las
limitaciones de caída de presión en el sistema. Con esto se puede estimar el área
36
de transferencia de calor; una vez calculada el área necesaria, se puede estimar el
costo aproximado de las distintas alternativas posibles.
Los intercambiadores son diseñados para satisfacer requerimientos
específicos, existiendo en el mercado una gran diversidad de tipos que difieren en
tamaño y forma. Estos tipos son clasificados de acuerdo a diferentes criterios,
tales como procesos y mecanismos de transferencia de calor, grado de
compacticidad de la superficie, patrón de flujo, número de fluidos, geometría y tipo
de construcción. Este último criterio engloba un amplio rango de intercambiadores
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
usados en la industria petrolera, los cuales se describen a continuación. Existen
DERE
otros tipos de intercambiadores de calor a los cuales no se hace referencia, pero
éstos no se utilizan con frecuencia en la industria petrolera. (Tlatemoan Revista
académica de investigación N°6, 2011)

Intercambiadores del tipo tubo y carcasa
Este es el tipo de intercambiador que se utiliza comúnmente en las
refinerías. No es caro, es fácil de limpiar y relativamente fácil de construir en
diferentes tamaños y puede ser diseñado para presiones desde moderadas a
altas, sin que varíe sustancialmente el costo. Fácil de mantener y reparar (aquellas
partes sujetas a fallas frecuentes, tubos y empacaduras, son fáciles de
reemplazar). Adicionalmente, la disponibilidad de buenos procedimientos de
diseño, de experticia y de facilidades de fabricación, asegura el diseño y
construcción exitosa de este tipo de intercambiadores, convirtiéndoles en la
primera opción a seleccionarse para un proceso de transferencia de calor. El
intercambiador de tubo y carcasa consiste de un haz de tubos paralelos
encerrados en un estuche cilíndrico llamado carcasa.
37

Intercambiadores de doble tubo
Los intercambiadores comerciales de doble tubo consisten de uno o más
tubos, encerrados dentro de otro tubo en forma de U u “horquilla” que hace el
papel de carcasa. Son unidades de costos relativamente bajos, resistentes y se
pueden desmantelar fácilmente para limpieza, removiendo la tapa colocada en el
extremo en U del tubo externo, desmontando ambos cierres frontales y retirando el
elemento de transferencia de calor. Estos intercambiadores se encuentran
disponibles como unidades de fabricación estándar. Las secciones de doble tubo
permiten un flujo en contracorriente y corriente verdadero, lo cual puede ser
S
ADO
V
R
E
S
E
R
pequeñas o rangos de E
CHOSgrandes.
DER temperaturas
particularmente ventajoso cuando se requieren temperaturas de aproximación
Además, las unidades de doble tubo encajan muy bien en aquellas
aplicaciones que involucran presiones altas y/o flujos bajos, debido a que estas
unidades son de diámetros relativamente pequeños. Esto permite el uso de bridas
pequeñas y paredes delgadas, si se las compara con los equipos de carcasa y
tubo convencionales. Los intercambiadores de doble tubo simple se encuentran
disponibles en el mercado en diferentes tamaños.

Intercambiadores de superficie extendida
Este tipo de superficie se emplea cuando, debido a las propiedades de
transferencia de calor de un fluido, existe una resistencia alta para el flujo de calor,
mientras que las propiedades del otro fluido permiten una resistencia baja. El
fluido con la resistencia alta al flujo de calor se pone en contacto con la superficie
de las aletas.
38

Intercambiadores de placas
Desde 1930 los intercambiadores de placa han sido usados en la industria
química y de alimentos. Actualmente su uso se ha extendido considerablemente
hacia la industria petrolera, especialmente cuando se requiere un sistema de
intercambio de calor compacto.
En estas unidades, la superficie de transferencia de calor es construida de
planchas de metal en lugar de tubos. Estas planchas pueden ser de superficie lisa,
corrugada o canalizada. Dependiendo del tipo de superficie de la plancha y de la
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
configuración de la unidad, se conocen cuatro (4) tipos de intercambiadores de
DERE
placa: (1) intercambiadores de placas en espiral, (2) intercambiadores de placas
con empacadura, (3) intercambiadores de placas con aletas y (4) intercambiadores
de láminas repujadas.

Intercambiadores de tipo espiral
Los intercambiadores de tubos en forma de espirales consisten de un grupo
de serpentines concéntricos enrollados en forma de espiral, los cuales están
conectados a placas o cabezales de tubos. Entre sus características se pueden
mencionar las siguientes: son económicos, de fácil instalación y limpieza; se
utilizan para flujo en contracorriente, no tienen problemas de expansión diferencial,
son compactos y pueden ser usados para el intercambio de calor de dos o más
fluidos. Estas unidades se utilizan normalmente en las aplicaciones criogénicas,
donde la presión de proceso es 4500 kPa man. (650 psig) o mayor; siendo
particularmente útiles en el manejo de fluidos viscosos y aplicables como
condensadores o rehervidores. (PDVSA; 1997)
39

Enfriadores de aire
Los enfriadores de aire consisten de uno o más ventiladores de flujo axial,
velocidades relativamente bajas y diámetros grandes, que inducen al aire a fluir a
través de un banco de tubos, generalmente con aletas. La configuración básica de
una unidad es un banco de tubos aleteados montado sobre una estructura de
acero con una cámara de pleno y un anillo vénturi, un motor y otros accesorios
como persianas, guarda ventilador, alambrado e interruptores de vibración.
En general, los enfriadores de aire resultan especialmente atractivos en
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
aquéllas localidades donde el agua escasea o requieren un tratamiento costoso
DERE
como una torre de enfriamiento, donde la expansión de los sistemas de agua de
enfriamiento sea necesaria, o donde la naturaleza del medio enfriante cause
taponamientos frecuentes o problemas de corrosión. Estas unidades requieren
una inversión inicial más alta que los enfriadores de agua pero los costos de
operación y mantenimiento son menores.
Estos equipos se utilizan con frecuencia en combinación con enfriadores de
agua, cuando se requiere remover una gran cantidad de calor. En este caso los
enfriadores de aire remueven primero la mayor parte del calor y el enfriamiento
final se consigue con los de agua.
Los enfriadores de aire ocupan un área relativamente grande. Por lo tanto,
estas unidades se instalan normalmente encima de los tendidos de líneas y de los
equipos de proceso, tales como tambores e intercambiadores.
Cuando se
considere la instalación de enfriadores de aire, se debería tomar en cuenta el
efecto que puedan tener las pérdidas de calor de los equipos circundantes, en la
temperatura de entrada del aire.
40
La selección entre enfriadores de aire o intercambiadores convencionales
de tubos y carcasa, depende del balance económico, el cual debe considerar en la
inversión inicial, los costos de las facilidades requeridas dentro y fuera del área,
para la instalación de los equipos y los costos de operación de los mismos.
2.3.3.3 Tambor de reflujo
El término separador es aplicado a una gran variedad de equipos usados
para separar mezclas de dos o más fases. Estas mezclas pueden estar formadas
por: una fase vapor y una líquida; una fase vapor y una sólida; dos fases líquidas
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
inmiscibles (aceite/agua); una fase vapor y dos líquidas o alguna otra combinación
DERE
de las anteriores.
Las torres de destilación de gran escala usan un sistema de reflujo para
obtener una separación de producto más compleja. El reflujo es esa porción del
producto líquido superior condensado de una torre que se cicla de regreso a lo alto
de la torre donde fluye hacia abajo para proporcionar refrigeración y condensación
de los vapores ascendentes.
El tambor de reflujo, o acumulador, sirve como un punto de distribución para
el reflujo y destilado. Los líquidos condensados salen del tambor de reflujo bajo
control de nivel. El control de nivel en el tambor es crítico para asegurar que la
cantidad adecuada de reflujo regresará a la torre de destilación. La indicación de
nivel de líquido inadecuada puede causar calor problemas de operación y
degradación del producto.
La necesidad de un tambor separador aparece para cumplir una etapa
dentro de un proceso de refinación de petróleo, o de producción, etc. Para facilitar
el uso de este procedimiento, se han identificado ciertos servicios normalmente
requeridos en plantas de refinerías, que representan la mayoría de operaciones de
41
separación vapor–líquido. Algunos de los servicios prestados son: tambores de
vapor para servicios de calderas, de separación de agua, de descarga, entre otros.
Los separadores pueden clasificarse, según su forma en: separadores
cilíndricos, separadores esféricos y separadores de dos barriles. También los
separadores cilíndricos pueden clasificarse según su orientación en: separadores
verticales y separadores horizontales. Otra clasificación sería de acuerdo a la
manera de inducir físicamente la separación: separadores por gravedad (típico
separador vertical gas–líquido), separadores por impacto (separadores de filtro) y
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
separadores por fuerza centrífuga (separadores centrífugos).
DERE

Separador vertical
En estos equipos, la fase pesada decanta en dirección opuesta al flujo
vertical de la fase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la fase
liviana excede levemente la velocidad de decantación de la fase pesada, no se
producirá la separación de fases, a menos que esta fase pesada coalesca en una
gota más grande.

Separador horizontal
En estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la dirección
horizontal de flujo de la fase liviana, permitiendo que la fase liviana continua pueda
viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantación de la fase pesada
discontinua (hasta un cierto límite).
42
2.3.4. Equipos auxiliares utilizados en los procesos de fraccionamiento
2.3.4.1. Bombas
La gran mayoría de las bombas que se usan actualmente en las refinerías,
plantas químicas y de servicios son centrífugas. El cambio de las bombas de
desplazamiento positivo principalmente reciprocantes comenzó en la década de
los 30 y se completó a mediados de los 50.
La selección del estilo de construcción y las características de diseño
S
O
D
A
V
R
E
S
usado en las aplicaciones de
plantas
S REde proceso entra en las siguientes
O
H
C
E
R
E
D
categorías: centrífuga,
axial, tipo turbina regenerativa, reciprocante, dosificadora,
usualmente se realiza en la ingeniería de detalles. El tipo de bomba comúnmente
diafragma y rotativa.
Las bombas dinámicas (centrífugas y axiales) operan desarrollando una
velocidad de líquido alta y convirtiendo la velocidad en presión en un pasaje de
difusión de flujo. Tienden a tener una eficiencia menor que las bombas de
desplazamiento positivo, pero operan a una velocidad relativamente alta para
permitir un caudal de flujo alto en relación con el tamaño físico de la bomba. Las
bombas
dinámicas
tienden
a
tener
requerimientos
mucho
menores
de
mantenimiento que las bombas de desplazamiento positivo.
Las bombas de desplazamiento positivo operan forzando a un volumen fijo
de líquido a ir desde la zona de presión de entrada de la bomba hacia la zona de
descarga. Esto se lleva a cabo intermitentemente en el caso de las bombas
reciprocantes y continuamente, en el caso de las bombas rotativas de tornillo y
engranaje. Las bombas de desplazamiento positivo operan a una velocidad
rotativa menor que las bombas dinámicas y tienden a ser físicamente más grandes
que las bombas dinámicas de igual capacidad (PDVSA, 1997).
43
2.3.4.2. Hornos
El calentamiento de un fluido de procesos en un horno está acompañado
por la combinación de la radiación y convección. El patrón usual de flujo del fluido
en el proceso es en contracorriente con el de los gases de combustión, es decir, el
fluido en el proceso pasa primero a través de la sección de convección y luego a
través de la sección de radiación del horno, mientras que los gases de combustión
van en dirección opuesta. Este arreglo permite obtener una mayor eficiencia (la
temperatura del gas en la chimenea es más baja) que la que se obtendría si el
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
flujo fuera en paralelo.
DERE
En la sección de radiación, el calor es transferido al fluido de proceso
principalmente por radiación de la alta temperatura de los gases que resultan de la
combustión en la cámara. Otra parte del calor es también transferida por
convección. Los gases de combustión a medida que transfieren calor se enfrían, y
por lo tanto, la transferencia de calor por radiación progresivamente requiere de
más área en los tubos, lo cual llega a ser poco atractivo desde el punto de vista
económico. Por esta razón, la transición a la sección de convección es hecha
mientras el gas de combustión aún está relativamente caliente.
En la sección de convección, el calor es transferido principalmente por
convección, aunque una pequeña cantidad de calor se transfiere por radiación.
Después que todo el calor, que económicamente puede ser recuperado, ha sido
transferido al fluido de proceso, el gas de combustión deja el horno y pasa a través
de una chimenea a la atmósfera. Los hornos están divididos en dos categorías
principales: hornos de procesos y hornos de pirolisis (PDVSA, 1995).
44
2.3.4.3. Tanques de almacenamiento
Los tanques de almacenamiento se usan como depósitos para contener
una
reserva
suficiente
de
algún
producto
para
su
uso
posterior
y/o
comercialización. Los tanques de almacenamiento, se clasifican en: cilíndricos
horizontales y cilíndricos verticales de fondo plano.
Los tanques cilíndricos horizontales, generalmente son de volúmenes
relativamente bajos, debido a que presentan problemas por fallas de corte y
flexión.
S
O
D
A
V
R
E
S
S RdeEfondo plano nos permiten almacenar
O
H
Los tanquesR
cilíndricos
verticales
C
E
E
D
grandes cantidades volumétricas con un costo bajo. Con la limitante que solo se
pueden usar a presión atmosférica o presiones internas relativamente pequeñas.
Estos tipos de tanques se clasifican en:

Techo fijo
Se emplean para contener productos no volátiles o de bajo contenido de
ligeros (no inflamables) como son: agua, diesel, asfalto, petróleo crudo, entre
otros. Debido a que al disminuir la columna del fluido, se va generando una
cámara de aire que facilita la evaporación del fluido, lo que es altamente peligroso.

Techo flotante
Se emplea para almacenar productos con alto contenido de volátiles como
son: alcohol, gasolinas y combustibles en general. Este tipo de techo fue
desarrollado para reducir o anular la cámara de aire, o espacio libre entre el
espejo del líquido y el techo, además de proporcionar un medio aislante para la
superficie del líquido, reducir la velocidad de transferencia de calor al producto
almacenado durante los periodos en que la temperatura ambiental es alta,
45
evitando así la formación de gases (su evaporación), y consecuentemente, la
contaminación del ambiente y, al mismo tiempo se reducen los riesgos al
almacenar productos inflamables.

Sin techo
Se usan para almacenar productos en los cuales no es importante que éste
se contamine o que se evapore a la atmósfera como el caso del agua cruda,
residual, contra incendios, entre otros. (Megyesy E., 1989)
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
2.3.4.4. Sistema de compresión
La ingeniería juega un papel muy importante en el diseño de servicios de
compresión, sobre todo cuando se utilizan nuevas unidades compresoras; de ello
depende el éxito en la operabilidad, ejecución y confiabilidad de las mismas, de
manera de garantizar una operación rentable y económica.
Los costos de inversión de los equipos de proceso y equipos auxiliares son
elevados y representan una porción significativa del costo total de la planta. Los
costos de instalación y servicios auxiliares son por lo general más elevados que
los mismos precios del equipo. Los principales tipos de compresores se dividen en
dos grandes grupos: dinámicos y de desplazamiento positivo.
Los compresores dinámicos son máquinas rotatorias de flujo continuo en la
cual el cabezal de velocidad del gas es convertido en presión. Los compresores
dinámicos se clasifican de acuerdo al flujo que manejan en centrífugos (flujo
radial), axial (flujo axial) y flujo mezclado.
Los compresores de desplazamiento positivo son unidades de flujo
intermitente, donde sucesivos volúmenes de gas son confinados en un espacio y
46
elevado a alta
presión. Se dividen en dos grandes grupos: reciprocantes y
rotatorios. Los primeros son máquinas en las cuales la compresión y el elemento
desplazado es un pistón con un cilindro. Los compresores rotatorios son máquinas
en la cual la compresión y el desplazamiento son afectados por la acción positiva
de los elementos que rotan.
2.3.5. Simulación de Procesos
La simulación de procesos puede ser definida como una técnica para
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
evaluar en forma rápida un proceso con base en una representación del mismo,
DERE
mediante modelos matemáticos. La solución de estos se lleva a cabo por medio
de programas de computadora y permite tener un mejor conocimiento del
comportamiento de dicho proceso.
En los últimos años, la Simulación de procesos en estado estacionario ha
llegado a ser una herramienta de apoyo para el diseño de procesos químicos y
además su uso se está extendiendo en las instituciones de formación de
ingenieros químicos. La Simulación de procesos está jugando un papel muy
importante en la industria química, como una herramienta adecuada y oportuna
para el diseño, caracterización, optimización y monitoreo del funcionamiento de
procesos industriales.
La Simulación de procesos químicos es una herramienta moderna que se
ha hecho indispensable para la solución adecuada de los problemas de proceso.
Permite efectuar el análisis de plantas químicas en operación y llevar a cabo las
siguientes tareas, las cuales son comunes en las diversas ramas de la industria
química:
47

Detección de cuellos de botella en la producción.

Predicción de los efectos de cambios en las condiciones de operación y
capacidad de la planta.

Optimización de las variables de operación.

Optimización del proceso cuando cambian las características de los insumos
y/o las condiciones económicas del mercado.

Análisis de nuevos procesos para nuevos productos.

Evaluación de alternativas de proceso para reducir el consumo de energía.

Transformación de un proceso para desarrollar otras materias primas.

Análisis de la factibilidad y viabilidad de nuevos procesos.

Optimización del proceso para minimizar la producción de desechos y
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
contaminantes.
2.3.5.1. Simulación HYSYS
Existe una gran variedad de simuladores de procesos comerciales, alguno
de las cuales son poderosas herramientas de cálculo en procesos industriales, con
enormes bases de datos y un fuerte respaldo de bibliotecas para cálculos de
equipos y bibliotecas de modelos para cálculos termodinámicos, que le dan al
simulador la ventaja de una gran versatilidad.
Uno de los simuladores de
procesos de propósitos generales es Aspen HYSYS. (Martínez et al., 2000).
Aspen HYSYS es una herramienta de simulación de procesos muy
poderosa, ha sido específicamente creada teniendo en cuenta lo siguiente:
arquitectura de programa, diseño de interfase, capacidades ingenieriles y
operación interactiva. Este software permite simulaciones tanto en estado
estacionario como en estado transitorio. Los variados componentes que
48
comprende Aspen HYSYS proveen un enfoque extremadamente poderoso del
modelado en estado estacionario. Sus operaciones o propiedades permiten
modelar una amplia gama de procesos con confianza. En los últimos años, este
programa ha sido ampliamente usado en la industria para: investigación,
desarrollo, simulación y diseño. Aspen HYSYS sirve como plataforma ingenieril
para modelar procesos como: Procesamiento de gases, instalaciones criogénicas,
procesos químicos y de refinación, entre otros. (González C. y González M.,
2010).
Un aspecto muy importante en los simuladores de procesos, es la
S
O
D
A
V
R
E
S
proceso, estas propiedades
son
fundamentales
S RE para efectuar los balances de
O
H
C
E
R
E
D
disponibilidad de propiedades termodinámicas y de transporte de las corrientes del
materia y energía al grado de que si tenemos buenos datos o buenas
correlaciones para las propiedades, entonces los resultados de la simulación
serán altamente confiables. (Martínez et al. 2000).
2.3.5.2. Modelos termodinámicos
El diseño y simulación de procesos químicos necesitan de datos de
propiedades físicas, termodinámicas y de transporte y estos se calculan a partir de
modelos de propiedades con base teórica o empírica. La representación precisa
de las propiedades es fundamental para la simulación de procesos. El usuario
debe seleccionar un modelo para representar las propiedades, el uso de un
modelo inadecuado puede cambiar radicalmente los resultados de la simulación y
perder validez. Los errores en la simulación por una mala selección del modelo de
propiedades físicas no se pueden detectar o prevenir fácilmente, los resultados
parecen correctos, pero no lo son.
49
El comportamiento de una solución depende de la naturaleza de cada uno
de sus componentes, de las cantidades presentes y de las condiciones de presión
y temperatura. A su vez el comportamiento de cada compuesto está relacionado a
las fuerzas intermoleculares que actúan en el nivel molecular y a su interacción
con los otros compuestos.
Cada modelo termodinámico ha sido desarrollado para ciertos intervalos
específicos de condiciones, y para ciertos tipos de sustancias, no pueden
reproducir el comportamiento de todos los compuestos y en todas las condiciones.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
La selección del modelo termodinámico apropiado a una aplicación
especifica, es una decisión crucial para el éxito de la simulación. Los criterios a
tomar en cuenta para una selección adecuada se basan en los siguientes
aspectos:

Naturaleza de los componentes (polaridad), idealidad o no idealidad de la
mezcla.

Intervalo de composición, temperatura y presión.
Tipo de aplicación (equilibrio vapor-líquido, equilibrio líquido-líquido, una

fase).
50
Tabla 2.1. Modelos termodinámicos simulador HYSYS.
Modelos de ecuaciones de estado
Ley de gas ideal
Lee-Kesler (LK)
Lee-Kesler-Plocker
Peng-Robinson (PR)
Peng-Robinson Stryjek Vera (PRSV)
Redlich Kwong (RK)
Redlich Kwong Soave (RKS)
API Soave Redlich Kwong (API-SRK)
RKS o PR con regla de mezclado
Huron Vidal 2 Modificada (MHV2)
RKS o PR con reglas de mezcladores
Wong-Sandler (WS)
RKS o PR con la función alfa de BostonMathias (BM)
RKS Predictor (PRKS)
Sánchez-Lacombe para polímeros
Hayden-O`Connell.
Benedict-Webb-Rubin (BWR)-LeeStarling- Schwartzentruber-Renon
Modelos de coeficiente de actividad
Electrolitos NRTL
Flory-Huggins
NRTL
Uniquac
Unifac
Van Laar
Wilson
Margules
Pitzer
S
O
D
A
V
Modelos
especiales
R
E
S
CHOS RE
DERE
Brain K-10
Chao-Seader
Grayson-Streed
Kent-Eisenberg
Aminas
Tablas de vapor
(Martínez et al, 2000)
En general, las propiedades se calculan con ecuaciones de estado,
modelos de coeficiente de actividad y modelos especiales. En la Tabla 2.1 se
muestran algunos modelos de propiedades en cada una de esas categorías que
pueden encontrarse en un simulador.
Las ecuaciones de estado se aplican a fluidos normales (gases raros,
nitrógeno, oxigeno, monóxido de carbono, hidrocarburos), CO2, H2S, H2 y a
sustancias de baja polaridad aun a presiones altas, trabajan muy bien con
componentes supercríticos. El uso de modelos de coeficientes de actividad en la
fase líquida permite representar el comportamiento no ideal de mezclas (especies
fuertemente polares, polímeros, electrolitos, componentes que forman enlaces de
hidrogeno) a presiones bajas. Estos modelos solamente se aplican a la fase
líquida, por ello, es necesario utilizar una ecuación de estado para representar la
51
fase vapor. En la industria del procesamiento de gas natural los métodos
termodinámicos más empleados son las ecuaciones de Soave-Redlich-Kwong
(SRK) y Peng Robinson (PR), por ser relativamente sencillas y aplicables en un
amplio rango de presión y temperatura. (Van Wylen y Sonntag, 1997).
Tabla 2.2. Paquete termodinámico recomendado.
Tipo de Proceso
Paquete Termodinámico recomendado
Deshidratación de TEG
PR
S
O
D
A
Sour
PR
V
R
E
S
CHOS RE
Acuoso ácido
RE
E
D
Procesamiento de gas criogénico
PR, PRSV
Separación de aire
PR, PRSV
Torres atmosféricas de crudo
PR y sus variantes, Grayson Streed (GS)
Torres a vacío
PR y sus variantes, GS, Braun K10, Esso
Torres de etileno
Lee Kesler Plocker
Sistemas con alto contenido deH2
PR, Zudkevitch-Joffee (ZJ), GS
Reservorios
PR y sus variantes
Sistemas de vapour
ASME Steam, Chao Seader, GS
Inhibición de hidratos
PR
Productos químicos
Modelos de actividad, PRSV
Alquilación de HF
PRSV, NRTL
(ASPENTech, 2010)
52
Tabla 2.2. Continuación.
Tipo de Proceso
Paquete Termodinámico recomendado
Hidrocarburos-agua (alta solubilidad
del agua en HC)
Separaciones de hidrocarburos
Kabadi Danner
Aromáticos
Wilson, NRTL, UNIQUAC
PR, SRK
Hidrocarburos sustituidos (cloruro de
PR, SRK
vinilo, acrilonitrilo)
Producción de éter (MTBE, ETBE,
Wilson, NRTL, UNIQUAC
ter-amil metil eter TAME)
Plantas de etilbenceno / estireno
PR, SRK o Wilson, NRTL, UNIQUAC (según
la tecnología de producción)
Producción de ácido tereftálico
Wilson, NRTL, UNIQUAC
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
(ASPENTech, 2010)
53
2.4. Sistema de Variables
Objetivo general: Proponer modificaciones en la planta de fraccionamiento de bajo
grande que permitan la recuperación del hexano presente en la corriente de gasolina
natural.
Objetivo
especifico
Variable
Subvariable
Indicadores
Características
Composición molar de la
de la corriente
corriente de gasolina natural,
Caracterizar la
corriente de
gasolina natural
de la planta de
Fraccionamiento
E de la
El hexano
DER
de Bajo Grande
Realizar el
levantamiento de
las instalaciones
en la planta de
fraccionamiento.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
de gasolina
corriente de
gasolina natural
de la planta de
Fraccionamiento
natural
gravedad específica, RVP.
Levantamiento
Equipos existentes en las
de las
instalaciones. Disponibilidad.
instalaciones.
Condiciones de operación de
algunos equipos.
de Bajo Grande
Flujo volumétrico gasolina
natural. Promedio composición
molar. Porcentaje de
Establecer bases
y criterios para la
recuperación del
hexano
recuperación en cada torre.
Bases y criterios
Condiciones del sistema de
de diseño
refrigeración y medio de
calentamiento. Criterios de
diseño. Normas aplicadas.
Caída de presión en las torres
de fraccionamiento. Relación
de reflujo. Caída de presión
típicas de intercambiadores de
calor.
54
Objetivo general: Proponer modificaciones en la planta de fraccionamiento de bajo
grande que permitan la recuperación del hexano presente en la corriente de gasolina
natural.
Objetivo
especifico
Simular el proceso
de recuperación
de hexano de la
corriente de
Gasolina Natural.
Proponer el
proceso necesario
para la
recuperación de
hexano en la
planta de
fraccionamiento
de bajo grande.
Variable
El hexano de la
corriente de
gasolina natural
de la planta de
Fraccionamiento
de Bajo Grande
Subvariable
Indicadores
Simulación del
sistema de
recuperación
Condiciones de entrada del
sistema. Balance de
materiales en cada equipo.
Simulación del sistema.
Equipos requeridos para
realizar la recuperación de
hexano. Diagrama de proceso.
Condiciones de salida de
productos. Requerimientos del
proceso.
S
DERE
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Propuesta del
proceso de
recuperación
55
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
En este capítulo se presenta la metodología que permitió desarrollar el
presente trabajo especial de grado. Se muestran aspectos como el tipo de
investigación, las técnicas y procedimientos que fueron utilizados para llevar a
cabo dicha investigación.
S
DERE
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
3.1. Tipo de investigación
Al momento de clasificar una investigación, se debe tomar en consideración
el problema planteado y los objetivos a alcanzar. En este sentido, existen
diferentes clasificaciones en atención a criterios establecidos por los autores
investigadores del tema, tales como exploratoria, descriptiva, comparativa,
explicativa y evaluativas. Existen otros tipos de estudios, y estos son proyectos
factibles, proyectos especiales, e innovación tecnológica. (Finol y Camacho,
2006).
Para Rodríguez y Pineda (2003), citado por Finol y Camacho (2006, p.59) indica:
Los proyectos factibles constituyen propuestas para transformar una
realidad al cubrir una necesidad o solucionar un problema, aportando el
diseño o creación de un modelo; mas aun no solo modelos, pueden ser
programas, estrategias entre otros. Parten de una fase diagnostica o de
análisis situaciones para ir a una fase de prognosis.
Esta investigación se considera un proyecto factible, debido a que dio
solución a una necesidad de obtener hexano de la corriente de gasolina natural
de la planta de fraccionamiento de bajo grande, donde esto satisface
56
la necesidad que posee el Ministerio del Poder Popular del Petróleo y Minería, de
darle un valor agregado a la corriente de gas, por lo que minimizaran las
importaciones al país de este producto.
3.2. Diseño de la investigación
Para Arias (2006), “el diseño de investigación es la estrategia general que
adopta el investigador para responder al problema planteado. En atención al
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
diseño la investigación se clasifica en: documental, de campo y experimental”.
DERE
(p.26)
El diseño de la investigación deberá describirse sistemáticamente,
detallando el porqué de ello, y como se trabajaran las variables en estudio
En función del tipo de datos a ser recogidos para llevar a cabo una
investigación es posible que se forjen dentro de un grupo de modalidades
generales de estudios que se justifiquen por los avances del conocimiento y la
investigación, o por las especificidades de los diseños; en los que se tienen la
investigación de campo, investigación documental. (Norma FEDUPEL, 2006).
Según Arias (2006, p. 31) la investigación de campo expresa lo siguiente:
La investigación de campo es aquella que consiste en la recolección de
datos directamente de los sujetos investigados o de la realidad donde
ocurren los hechos, sin manipular o controlar variable alguna, es decir,
el investigado obtiene la información pero no altera las condiciones
existentes.
Para Arias (1999), “la investigación documental es aquella que tiene como
propósito
la revisión de fuentes documentales recolectando, evaluando,
verificando y sintetizando evidencias de lo que se investiga; con el fin de
57
establecer conclusiones relacionadas con los objetivos de la investigación”. (p.
40).
Esta investigación es documental por que se soporto en publicaciones de
revistas, manuales de diseño, manuales de operación de la planta, libros y
publicaciones en internet referente al tema, así como trabajos de grado, todo esto
para obtener la información, sobre criterios y operación de equipos, el cual
permitirá el desarrollo del diseño para el sistema de recuperación de hexano.
Es de campo porque se realizo en el sitio donde se encuentra el objeto de
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
estudio, y de esta manera se pudo recolectar la serie de datos, lo cual permitirá
DERE
visualizar las verdaderas condiciones en las que se encuentra la planta, de esta
manera se obtuvieron los datos primarios, los cuales son esenciales para el
cumplimiento de los objetivos planteados.
3.3. Técnicas de recolección de datos
Se refiere al uso de gran diversidad de técnicas y herramientas que pueden
ser utilizadas por el analista e investigador, para desarrollar los sistemas de
información, los cuales pueden ser la entrevista, la encuesta, el cuestionario, la
observación y la revisión bibliográfica.
Todos estos instrumentos se aplicaron en un momento en particular, con la
finalidad de buscar información que sería útil a una investigación común.
58
3.3.1. Revisión bibliográfica
Según Arias (2006) es una etapa ineludible en todo proceso investigativo, a
través de la cual obtendremos las fuentes y los datos necesarios para abordar el
problema planteado.
Se hicieron revisiones de material bibliográfico referente con el proyecto
que se desarrollo, utilizando como apoyo manuales, normativas de la empresa,
entre otros, con la finalidad de tener una base teórica más amplia y completa. De
S
igual manera se realizó una revisión detallada de normativas venezolanas vigente
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
relacionada en materia de diseño de procesos, seguridad, y ambiente, entre las
DERE
cuales se mencionan:
 Memoria Descriptiva de Bajo Grande.
 Manual de Diseño de Procesos PDVSA.
 Descripción de Procesos de la Planta de Fraccionamiento de Bajo Grande.

Libro “Simulación de Procesos en Ingeniería Química”.
3.3.2. Entrevista no- estructurada
Según Arias (2006, p.74) define la entrevista no estructurada:
Esta modalidad no se dispone de una guía de preguntas elaboradas
previamente. Sin embargo, se orienta por unos objetivos
preestablecidos, lo que permite definir el tema de la entrevista. Es por
eso que el entrevistador debe poseer una gran habilidad para formular
las interrogantes sin perder la coherencia.
Estas entrevistas fueron formuladas y realizada, al supervisor de la planta,
supervisores de turno y los operarios inmediatos de esta área de la planta que se
59
consideran necesario para contribuir y dar información para el desarrollo del
proyecto, con el fin de conocer las actividades desempeñadas en la ejecución de
cada uno de los procedimientos, equipos, herramientas empleadas, fallas, todo
esto para conocer a fondo el proceso que se realiza en la planta de
fraccionamiento de bajo grande. Dichas entrevistas no constan de un cuestionario
formal, solo se formularon una serie de preguntas abiertas con respuestas
delimitadas, consideradas necesarias para adquirir la información real requerida.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
3.3.3. Observación directa
DERE
Según Arias (2006). “es una técnica que consiste en visualizar o captar
mediante la vista, en forma sistemática, cualquier hecho, fenómeno o situación
que se produzca en la naturaleza o en la sociedad, en función de unos objetivos
de investigación preestablecidos”. (p.69)
Se efectuaron varias visitas al área de estudio, con la finalidad de observar
y conocer los procedimientos que se manejan en la planta de fraccionamiento de
bajo grande, y de qué manera se llevan los diversos procesos que se realizan.
Con base en lo observado esta actividad nos permitió conocer e instruirnos de
manera eficiente en todo lo referente al funcionamiento, mantenimiento, y
operaciones asociadas a la plataforma en estudio. Así mismo esta técnica
consistió en identificar los equipos y las condiciones en que opera la planta; donde
se anexaron las fotografías y el análisis preciso en el desarrollo del proyecto.
60
3.3.4. Observación indirecta
Según Risquez (1999) “es aquella que se utiliza para obtener testimonios
orales o escritos por parte de personas que han tenido contacto directo con la
muestra” (p.56)
Esta técnica, se aplico a lo largo de la investigación, ya que se recolecto la
información necesaria para el cumplimiento de los objetivos, mediante los
testimonios, de los operadores de la planta, ya que estos conocen a fondo el
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
proceso que se lleva a cabo, así como los equipos presente y el estado que se
DERE
encontraban. Además mediante análisis que se realizaron a la corriente de
gasolina natural, durante los últimos diez años, se observo el comportamiento de
las composiciones en esta corriente, así como las condiciones operacionales,
donde esta información fue suministrada por el personal que labora en las
instalaciones de bajo grande, la cual tuvo contacto directo con la muestra.
3.4. Instrumento de recolección de datos
Seguidamente, el termino instrumento es definido por Arias (1999) como:
“cualquier recurso, dispositivo o formato (en papel o digital) que se utiliza para
recoger y almacenar la información. Ejemplo: fichas, formatos de cuestionario,
guías de entrevista, lista de cotejo, grabadores, escalas de actitudes u opinión
(tipo likert), etc.”. (p.53)
Los instrumentos están en correspondencia con las técnicas, y la selección
de las técnicas a utilizar en una investigación está relacionada con el tipo de
indicios que permiten captar el evento de estudio.
Por otro lado Bernal (2000), dice que los instrumentos de recolección de
datos, son aquellos con los cuales el investigador cuenta para plasmar los
61
resultados obtenidos, experimentos y experiencias sin ser modificados por el
mismo, así como también para obtener información vía verbal o escrita con
especialistas del tema a tratar.
A continuación se presenta la Tabla 3.1, la cual corresponde a las
propiedades que presenta la corriente. Estas propiedades a mostrar son la
temperatura, flujo, presión, gravedad especifica, presion de vapor (P.V), y
gravedad (A.P.I.) Estos datos fueron fundamentales para proceder con la
simulación del proceso y la obtención de resultados.
S
O
D
A
V
R
E
S
E de gasolina natural
Tabla 3.1. Propiedades
la corriente
Sde R
O
H
C
E
R
E
D Flujo Presión Temperatura Gravedad A.P.I
PROPIEDADES
DE LA
CORRIENTE
(barr/d)
(°F)
(psi)
Especifica
P.V.
RVP
La Tabla 3.2. muestra la composición molar de la corriente de gasolina
natural. Los compuestos presente en la corriente, son metano, dióxido de carbono,
etano, propano, butanos, pentanos, hexanos, heptano y otros compuestos
pesados. Esta información fue fundamental al momento de simular el proceso.
Tabla 3.2. Composición (%mol) de la corriente de gasolina natural.
Composición ( % mol)
C1
CO2
C2
C3
iC4
nC4
iC5
nC5
iC6
nC6
C7+
62
Las Tablas 3.3; 3.4; 3.5, se encuentran los equipos que están presente en
la planta, esta tabla se utilizo al momento de realizar el levantamiento de
información de las instalaciones de bajo grande, evaluando las siguientes
condiciones de los equipos: en la segunda columna si estos están fuera de
servicio y en la tercera columna si esta en servicio.
Tabla 3.3. Equipos presentes en el sistema de refrigeración de la planta de
fraccionamiento Bajo Grande
S
Estado
O
D
A
V
R
E
S
S
CHOS RE F.S
LISTA DE EQUIPOS
Compresores de Refrigeración
RE
DEK-301
A
K-301 B
K-301 C
K-301 D
Condensador
C-303
Separadores de succión
V-309
V-308
V-307
Enfriadores primarios
E-316
E-318
E-305
E-307
E-317
E-308
E-306
Enfriadores de vapores de propano refrigerante
E-309
E-310
*F.S: Fuera de Servicio; S: En servicio
63
Tabla 3.4. Equipos presentes en el sistema de aceite caliente de la planta de
fraccionamiento Bajo Grande
LISTA DE EQUIPOS
Estado
Tanque acumuladores
F.S
S
S-302
S-303
Bombas
P-304 A
P-304 B
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
REA
DEP-310
P-310 B
Rehervidores
E-302
E-303 A
E-303
E-304
E-312 A
E-312 B
E-315
Hornos
M-302 A
M-302 B
M-302 C
* F.S: Fuera de Servicio; S: En servicio.
64
Tabla 3.5. Equipos presentes en el área de fraccionamiento de la planta de Bajo
Grande
LISTA DE EQUIPOS
Sistema despropanizador
Estado
F.S
S
E-301 A
E-301 B
V-314 A
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
V-314 B
ERE
DV-301
C-301
V-302
Sistema desbutanizador
V-303
C-302
V-304
Sistema des-isobutanizador
E-314 A
E-314 B
V-317
C-305
V-318
*F.S: Fuera de Servicio; S: En servicio.
65
3.5. Fases de la investigación
A continuación se presenta de forma organizada las fases y el
procedimiento utilizado para desarrollar el objetivo establecido en esta
investigación entre las que están:
3.5.1. Fase I: Caracterización de la corriente de gasolina natural de la planta
de fraccionamiento de bajo grande
S
O
D
A
V
R
E
S
Se realizo la caracterización
S deRlaEcorriente de gasolina natural, para
O
H
C
E
R
E
Dcomposiciones de los distintos compuestos presentes en esta
determinar las
corriente. La caracterización se ejecuto en el Laboratorio de control de calidad de
los productos de Bajo Grande, con la colaboración del Supervisor de Laboratorio
José Manzanilla.
Un análisis cromatografico, es un método de separación de los diferentes
componentes de una muestra, este logra la disociación de los mismos a través del
paso de una muestra por una fase estacionaria con la ayuda de la fase móvil.
Se tomo una muestra de gasolina natural del tanque TK- S- 503, utilizando
como recipiente un envase de vidrio, y se realizo el análisis; se utilizo un
cromatografo de gas HP 6890 Series GC (sistem), mediante un software integrado
en el equipo, se establecieron los parámetros para realizar el análisis
cromatografico a la gasolina natural, la muestra se inyecta al equipo y pasa
mediante las columnas que posee el cromatografo, (model N° Hp 19095P-M25,
200°C max), adicional a esto se inyecta el gas de arrastre (hidrogeno), para que
los compuestos que se encuentra en la solución pasen por estas columnas, y
mediante los distintos gradientes de temperatura se separen.
66
Los métodos que se utilizaron se rigen mediante la normativa de ASTM,
estos fueron para determinar la composición molar de la corriente de gasolina
natural así como la gravedad específica y la presión de vapor de la corriente
1. ASTM D5443 - 04(2009)e1 Standard Test Method for Paraffin, Naphthene,
and Aromatic Hydrocarbon Type Analysis in Petroleum Distillates Through
200°C by Multi-Dimensional Gas Chromatography. Método de prueba
estándar para la parafina, nafténico, aromático y Análisis de Tipo de
Hidrocarburos en Destilados de petróleo a través de 200 ° C en un Multi-
2.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Dimensional cromatografía de gases.
E
R
E
D
ASTM D-1298 “Standard
practice for density, relative density (specific
gravity), or API gravity of crude, petroleum and liquid petroleum products by
hidrometer method”. Método de prueba estándar para densidad relativa
(gravedad específica) o gravedad API de petróleo crudo y productos
líquidos de petróleo, por el método del hidrómetro.
3. ASTM D-323 “Standard test method for vapor pressure of petroleum
products (reid method). Método de prueba estándar para presión de vapor
de productos de petróleo (método reid).
4. Norma COVENIN 950-87
Para determinar la gravedad especifica de la corriente, la muestra se
refrigera mediante 15 min, para que la temperatura disminuya, luego de esto se
vierte en un cilindro y se introduce un termómetro y un densímetro, este se
encarga de medir la densidad relativa, se toman los datos del densímetro y la
temperatura que se encuentra la muestra, con estos se va a las tablas oficiales de
67
corrección y se determina la gravedad especifica. La gravedad API se determinar
utilizando el método COVENIN 1143-80 (ASTM D-1298)
Para mezclas de hidrocarburos, tales como las gasolinas, la presión de
vapor depende de la relación vapor / líquido en el recipiente, y también de la
temperatura. La presión de vapor de la gasolina, cuando se mide a 100 ºF en una
bomba que tiene una relación 4/1 de aire a líquido, se conoce con el nombre de
presión de vapor Reid (R.V.P.)
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Para conocer el R.V.P, o presión de vapor Reid, se toma una muestra de
gasolina natural refrigerada, y se introduce 200ml en un cilindro de acero
DERE
inoxidable, donde este se coloca en el equipo de marca Herzog (Walter herzog
GmbH reid semi automat) el cual mide la presión de vapor del fluido.
3.5.2. Fase II: Levantamiento de las instalaciones en la planta de
fraccionamiento
Se realizaron lecturas a los manuales de proceso y operación de la planta
de fraccionamiento de bajo grande, contando con la colaboración del personal que
labora en las instalaciones de la planta (operadores, panelista, ingenieros) para la
realización del levantamiento de las instalaciones, así como aportes desde el
punto de vista técnico y operacional, de esta manera se logro obtener un
conocimiento mas amplio del funcionamiento de la planta y los distintos equipos
presentes.
Para observar las condiciones se procedió a visitar el área de
fraccionamiento en compañía del operador de turno, y tomando las medidas de
seguridad aplicables. Se pudo observar el proceso que se lleva acabo así como
68
los equipos que se encuentran presente, evaluando las condiciones, y
disponibilidad de los mismos.
Por otra parte se revisaron las data sheet de los equipos existentes ya que
se necesitaban datos puntuales de estos, como temperaturas, presiones, y medios
de enfriamiento y/o calentamiento, para posterior análisis y estudio.
4.5.3. Fase III: Bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano
S
O
D
A
V
R
E
S
E realizo una revisión bibliográfica, de
S Rse
O
condicionaron el desarrollo
del
proyecto,
H
C
E
R
E
D
Para el establecimiento de las bases y criterios de diseño que
los manuales de diseño de proceso de PDVSA MDP-04-CF-03, para el diseño de
torre de fraccionamiento, PDVSA MDP-05-E-01, principios basicos para los
intercambiadores de calor, entre otras normas, ademas la descripción del proceso
en el área de fraccionamiento de bajo grande, asimismo estudios realizados para
obtener hexano, mediante fraccionamiento, todo esto con el fin de determinar los
requerimientos para el proceso.
Para las bases se tomo en cuenta las exigencias del cliente como la
cantidad de flujo que manejaría el sistema, la composición de la corriente, el
porcentaje de recuperación, servicios industriales y la disposición del producto
final.
Se establecieron los criterios de diseño mediante los códigos y normas que
se aplican al momento de diseñar un proceso, la relación de reflujo, y las caídas
de presiones de los equipos.
3.5.4. Fase IV: Simulación del proceso de recuperación de hexano de la
corriente de gasolina natural
69
Se utilizó el simulador de procesos Aspen HYSYS, el cual es muy efectivo
al momento de modelar procesos químicos. Este programa fue de gran utilidad ya
que nos proporcionó una previa visualización del proceso para la recuperación de
hexano, con las condiciones de los equipos requeridos mostrando temperaturas,
presiones, flujos, composiciones, densidades, entre otras.
Al momento de simular el proceso de recuperación de hexano y realizar la
propuesta correspondiente, se debió efectuar dos simulaciones.
S
O
D
A
V
R
E
S
E la función de precalentador de la
natural del intercambiador E-301B,
SqueRcumple
O
H
C
E
R
E
D
alimentación a la torre despropanizadora en la planta de fraccionamiento.

Caso 1: tomando como punto de entrada del sistema la salida de gasolina

Caso 2: la entrada del sistema, es la salida del rehervidor E-304 que cumple
la función de calentar el fondo de la torre desbutanizadora.
Para cada caso existen condiciones distintas, tanto de presión y
temperatura como de composiciones, pero se realizó el mismo procedimiento al
momento de simular, por lo que es válido para ambos casos.
Para la simulación fue necesario realizar un balance de componentes por
cada torre simulada, esto con el objetivo de encontrar la composición del
componente clave liviano en el fondo y la composición del componente pesado en
el tope de las torres. Para realizar el balance se necesitó como dato, la
composición molar de entrada al sistema, el flujo molar de la gasolina natural,
porcentaje de recuperación y composición máxima del componente clave pesado
en el tope de las torres.
Con la finalidad de simular el sistema, se vio la necesidad de ampliar los
conocimientos sobre el manejo del simulador Aspen HYSYS mediante la
búsqueda de manuales y tutoriales referentes a la simulación. Para la realización
de la simulación se utilizó el siguiente procedimiento:
70
1.
Se inició el simulador, se creó y abrió un archivo nuevo donde se colocó el
nombre de la simulación.
2.
Luego se ingresaron los componentes generales involucrados en la
simulación.
3.
Se seleccionó el paquete termodinámico a utilizar en la simulación del
proceso, el que se adapto a las condiciones del sistema fue la ecuación de Peng
Robinson (PR), esto por ser componentes no polares.
4.
Luego de la selección de los componentes y el paquete termodinámico se
5.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
ingresa a la pantalla de simulación.
RE
E
D
Se creó la corriente de entrada al sistema. Se ingresaron los datos de
composición, temperatura, presión y flujo volumétrico.
6.
Seguidamente se seleccionaron los equipos involucrados en el proceso
dentro de la simulación, para el caso 1, tres equipos.
7.
Se realizó la conexión entre equipos por medio de líneas que representaran
las líneas de proceso del sistema, es decir el paso que tomara la corriente.
8.
Al primer equipo del sistema de recuperación se le ingresó la caída de
presión y la condición de salida del fluido.
9.
Al segundo equipo del sistema de recuperación se le ingresa la composición
del componente clave liviano en el fondo y la composición del componente
pesado en el tope de las torre.
10. Se procede a realizar distintas interacciones para determinar la presión de
operación de la torre, asumiendo como presión inicial, presión atmosférica.
11. Se verifica la temperatura de salida del condensador en el tope, esto con la
ayuda de los deltas de temperatura de los distintos fluidos de enfriamiento.
71
12. Luego de haber obtenido la presión óptima de operación de la torre se
procede a calcular la relación de reflujo.
13. Se realizaron idénticamente los pasos del 9 al 12 para el tercer equipo del
caso 1.
14. Por último se procede a correr la simulación.
15. Seguidamente se
realizo el caso 2. Se seleccionaron los equipos
involucrados en el proceso dentro de la simulación, dos equipos.
S
O
D
A
V
R
E
S
E el paso que tomara la corriente,
S esRdecir
las líneas de procesoEdel
sistema,
O
H
C
R
E
D
identificando cada conexión.
16. Se realizó la conexión entre equipos por medio de líneas que representaran
17. Al primer equipo del sistema de recuperación se le ingresa la composición
del componente clave liviano en el fondo y la composición del componente
pesado en el tope de las torre.
18. Se procede a realizar distintas interacciones para obtener la presión de
operación de la torre, asumiendo como presión inicial, presión atmosférica.
19. Se verifica la temperatura de salida del condensador en el tope, esto con la
ayuda de los deltas de temperatura de los distintos fluidos de enfriamiento.
20. Luego de haber obtenido la presión óptima de operación de la torre se
procede a calcular la relación de reflujo.
21. Se realizaron idénticamente los pasos del 17 al 20 para el segundo equipo
del caso 2.
22. Por último se procede a correr la simulación.
72
3.5.5. Fase V: Propuesta del proceso necesario para la recuperación de
hexano en la planta de fraccionamiento de bajo grande
Al momento de la selección del proceso que se adapto mejor al
funcionamiento de la planta, se evaluó las distintas posibilidades y los arreglos que
se debían efectuar, para poder realizar la recuperación del hexano. Se tomo en
cuenta, las disponibilidad de los equipos presentes, así como las capacidades de
este para realizar el proceso, adicional a esto, se evaluó los servicios industriales
en la planta es decir las capacidades que poseía el sistema de refrigeración como
S
ADO
V
R
E
S
E
R
OS
caloríficas del nuevo
ECHa implantar.
DERproceso
el sistema de aceite caliente, tomando en cuenta si cubre las necesidades
Asimismo se analizo las condiciones de salida de los productos y los
equipos requeridos para realizar la recuperación, es importante acotar que al
momento de realizar propuesta para la recuperación de hexano, se estudio los
requerimientos del proceso, y si estos se adaptaban de la mejor manera al
funcionamiento de la planta, es decir que no afectaran directamente el proceso
que se lleva a cabo.
Adicional a esto se realizo el diagrama de proceso, donde se identifico los
equipos principales presentes para realizar la recuperación de hexano de la
corriente de gasolina natural, así como las líneas del proceso, indicando las
condiciones de operación y el balance de materiales respectivo.
73
CAPITULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
A continuación se presentan los resultados obtenidos en el trabajo de
investigación, los cuales se mostraran acorde a las fases de investigación
definidas.
S
O
D
A
V
R
E
S
RE de gasolina natural de la planta de
4.1. Fase I: Caracterización
deO
la S
corriente
H
C
E
R
E
D
fraccionamiento de bajo grande
Se realizó la caracterización de la corriente de gasolina natural, para
observar la composición de hexano que se encuentra presente, ya que este es el
producto de mayor interés para la investigación.
Luego de realizar el análisis cromatografico, y determinar los distintos
compuestos que se encuentran en la muestra de gasolina natural, se utilizó la
siguiente Tabla 4.1. para reportar los resultados.
Tabla 4.1. Caracterización de la corriente de gasolina natural.
Corriente de Gasolina Natural TK-S-503 Composición ( % mol)
C1
CO2
-
-
C2
-
C3
iC4
nC4
0.14
0.47
1.71
iC5
nC5
iC6
30.08 31.43 15.05
nC6
C7+
8.77
12.34
74
Como se puede observar en la tabla, la muestra de gasolina natural, no
contiene, metano, dióxido de carbono, ni etano, ya que son compuestos
sumamente volátiles, y se encuentra almacenado en un tanque atmosférico.
Además es importante mencionar que se encuentra iso-hexano con una
composición molar de 15.05 %, y n-hexano de 8.77 %, lo que representa que
existe este compuesto en la mezcla y con un porcentaje significativo, por lo cual se
puede extraer, y ser utilizado en los distintos procesos que requieran este
producto.
Adicional a esto al momento del análisis, se determinaron las condiciones
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
en que se encuentra la gasolina natural.
DERE
Tabla 4.2. Propiedades de la corriente de gasolina natural.
PROPIEDADES
DE LA
CORRIENTE
Presión (psi)
Temperatura
(F)
Gravedad
Especifica
A.P.I
P.V. RVP
(psig)
14.7
90
0.662
82.2
13
4.2. Fase II: Levantamiento de las instalaciones en la planta de
fraccionamiento
Se realizó el levantamiento de información en la planta, donde se utilizó las
siguientes tablas, para verificar la disponibilidad de los equipos, asimismo si estos
se encontraban en servicio o fuera de servicio. Todo esto se realizó para conocer
a fondo el proceso que se lleva a cabo en la planta de fraccionamiento de bajo
grande, así como los equipos que están presente y su funcionamiento.
75
Al momento de realizar el levantamiento, se determino que la planta no se
encuentra operando, solo el sistema de enfriamiento, y el área 500 donde se
almacenan los distintos productos que llegan por medio de buques.
En la Tabla 4.3. se observan los equipos que están presentes en el sistema
de refrigeración de la planta de fraccionamiento de bajo grande, y de esta manera
la selección, entre los ítems, los cuales son en servicio (S) y fuera de servicio
(F.S).
Tabla 4.3. Equipos presente en el sistema de refrigeración.
S
O
D
A
V
Estado
R
E
S
CHOS RE
LISTA DE EQUIPOS
Compresores de Refrigeración
F.S
K-301 A
X
K-301 B
K-301 C
K-301 D
X
DERE
S
X
X
Condensador
C-303
V-309
V-308
V-307
X
Separadores de succión
X
X
Enfriadores primarios
E-316
X
E-318
X
E-305
X
E-307
X
E-317
X
E-308
X
E-306
X
Enfriadores de vapores de propano refrigerante
E-309
E-310
X
X
X
76
En la Tabla 4.4. se muestran los equipos presentes en el sistema de aceite
caliente, este sistema permite el calentamiento del fluido que pasa por los distintos
rehervidores de las torres de fraccionamiento. En esta tabla se evalúa si estos se
encuentran en servicio o no.
Tabla 4.4. Equipos presente en el sistema de calentamiento.
LISTA DE EQUIPOS
Estado
Tanque acumuladores
F.S
S-302
X
S
S
D
ADO
V
R
E
S
E
R
ERECHOSBombas
S-303
X
P-304 A
X
P-304 B
X
P-310 A
X
P-310 B
X
Rehervidores
E-302
X
E-303 A
X
E-303
X
E-304
X
E-312 A
X
E-312 B
X
E-315
X
Hornos
M-302 A
X
M-302 B
X
M-302 C
X
77
En la Tabla 4.5. se muestran los equipos presentes en el área de
fraccionamiento de la planta y se evalúan los estados de estos.
Tabla 4.5. Equipos presentes en el área de fraccionamiento.
LISTA DE EQUIPOS
Estado
Sistema despropanizador
F.S
E-301 A
X
E-301 B
X
V-314 A
X
V-314 B
S
S
O
X RVAD
E
S
E
R
CHOS
RE
DE
V-301
X
C-301
X
V-302
X
Sistema desbutanizador
V-303
X
C-302
X
V-304
X
Sistema des-isobutanizador
E-314 A
X
E-314 B
X
V-317
X
C-305
X
V-318
X
78
La mayoría de los equipos presentes en planta, se encuentran disponibles.
Como se dijo anteriormente la planta de fraccionamiento bajo grande, no se
encuentra operativa, por lo que estos equipos están fuera de servicio. Es
importante mencionar que solo está en funcionamiento una parte del sistema de
refrigeración, específicamente los equipos K-301 C, E-309 E-310 y V-308, ya que
se encargan de acondicionar los productos que llegan mediante los buques y
serán utilizados para la distribución local.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
4.3. Fase III: Bases y criterios de diseño para la recuperación del hexano.
DERE
4.3.1. Bases de diseño

El sistema de recuperación de hexano consta de dos torres de
fraccionamiento para un caudal de diseño de 5538 BPD de gasolina natural.

El porcentaje de recuperación de pentano en la primera torre de
fraccionamiento se estableció como 99% y la composición máxima de 1% de
n-hexano en el tope, mientras que el porcentaje de recuperación de hexano
en la segunda torre de fraccionamiento fue fijado como
99% y la
composición máxima de 1% de C7+ en el tope.

La composición molar de entrada al sistema es un promedio aritmético de la
data histórica (con su respectiva desviación estándar), mostrada en la Tabla
4.6 y 4.7, basado en un promedio anual de la composición de la corriente de
gasolina natural entre el año 2002 - 2010, para dos puntos distintos de
muestra, fondo de la torre V-303 y el tanque S-503, obtenida en las
instalaciones de la Planta de Fraccionamiento Bajo Grande.
79
Tabla 4.6. Promedio composición molar en el fondo de la torre V-303.
REPORTE PROMEDIO ANUAL DE LA COMPOSICION (% MOL) EN EL FONDO V-303
Año
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
PROMEDIO DESV.
C3
0,010
IC4 0,020
NC
1,700
4
IC5 31,94
NC
32,75
5
IC6 14,25
NC
8,410
6
C7+ 10,930
0,070
0,020
0,010
0,030
0,027
100
0,010
0,680 0,660 0,650 0,390
0,330
0,350
0,260
0,650
0,630
0,435
35,04 31,49 34,45 38,90
40,06
38,38
35,71
38,71
36,076
3,124
33,65 33,44 34,65 35,50
35,59
35,86
34,97
34,66
34,563
1,071
13,37 14,57 13,76 11,970 11,290 12,640 12,870 11,750
12,941
1,140
S7,160
7,020 A6,240
O
D
V
R
E
S
RE6,800 9,170 7,990 8,672
S 6,710
O
9,620 11,320
8,700
6,810
H
C
E
R
E
D 100 100 100 100 100 100 100 100
100
7,640 8,510 7,790 6,430
6,020
6,380
0,957
1,752
Tabla 4.7. Promedio composición molar en el tanque S-503.
REPORTE PROMEDIO ANUAL DE LA COMPOSICION (% MOL) EN EL TANQUE S-503
Año
2002
2003
2004
2005
2006
2007
C3
IC4
2008
2009
0,010
0,020
2010
Promedio
Desv.
0,395
0,166
0,272
0,070
0,020
0,683
0,198
0,324
NC4 1,700
0,680
0,660
0,650
0,390
0,330
0,350
0,260
2,154
0,797
0,669
IC5
31,94
35,04
31,490
34,45
38,90
40,06
37,38
35,71
29,74
34,968
3,474
NC5 32,75
33,65
33,440
34,65
35,50
35,59
35,86
33,97
29,86
33,919
1,861
IC6
14,25
13,37
14,570
13,76
11,97
11,29
11,64
12,87
14,54
13,141
1,265
NC6 8,410
7,640
8,510
7,790
6,430
6,020
6,380
7,020
8,511
7,412
0,983
C7+
10,93
9,620
11,320
8,700
6,810
6,710
6,800
9,170
14,10
9,351
2,485
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Se puede observar en las Tablas 4.6 y 4.7 que la composición de hexano
(nC6 e iC6) se mantiene dentro de un rango considerablemente pequeño. Los
compuestos en donde se nota mayor desviación dentro de los valores de
composición son los más livianos C3 e iC4, pero su valor es tan pequeño que
podría decirse que su composición es despreciable dentro de la mezcla.
80

Para definir los servicios industriales como medio de enfriamiento y medio de
calentamiento, presentes en la planta de fraccionamiento bajo grande se
muestra a continuación, en la Tabla 4.8, algunas condiciones de diseño de
equipos en la planta.
Tabla 4.8. Condiciones de algunos equipos presentes en planta.
Equipo
INTERCAMBIADOR E- 304
Tubo
Aceite
Caliente
Descripción
Entrada: 400 ºF
Salida 300 ºF
Presión: 50 psig
Entrada: 223 ºF
Temperatura:
Salida: 233 ºF
Presión: 80 psig
Entrada: 95 ºF
Temperatura:
Salida: 110 ºF
Presión: 270 psig
Entrada: 130 ºF
Temperatura:
Salida: 119 ºF
Presión: 270 psig
Entrada: 120 ºF
Temperatura:
Salida 75 ºF
Presión : 290 psig
Entrada: 70 ºF
Temperatura:
Salida: 70 ºF
Presión: 116 psig
Temperatura:
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Carcasa
Gasolina
Aire
CONDENSADOR C-301
Propano
Tubo
Propano
Producto
INTERCAMBIADOR E- 305
Carcasa
Propano
Refrigerante
(Memoria Descriptiva PFBG; 2001).
Tomando en consideración lo revisado en los manuales de diseño se puede
decir que la planta cuenta con: medio de enfriamiento, aire a 95ºF y 0 psig, con
∆T=15ºF; medio de refrigeración, propano a 69ºF y 116 psig, con ∆T=4ºF y medio
de calentamiento, aceite a 400ºF y 80 psig. No existen otros medios de
enfriamiento ni calentamiento, como puede ser agua y vapor.
81
4.3.2. Criterios de diseño

Códigos y normas aplicables
Tabla 4.9. Normas aplicadas.
Norma
Titulo
Edición
PDVSA Mº LTP 1.1
Preparación de diagramas de
procesos.
Revisión Mayo
1994
PDVSA MDP–04–
CF–03
Metodología general de cálculo.
Torres de fraccionamiento
Aprobada
Noviembre 1996
PDVSA MDP–05–
E–01
Principios básicos.
Intercambiadores de calor.
Aprobada Julio
1995
E–03
enfriadores por aire
1995
S
O
D
A
V
R
E
S
S RE
O
H
PDVSA MDP–05–
Procedimientos
de diseño para
Aprobada Agosto
C
E
R
E
D
Los criterios utilizados y que fueron extraídos de las normas mencionadas
fueron los siguientes:

Normalmente se permite una caída de presión de 4 a 10 psi a través de la
columna, basado en 0.2 psi de caída de presión por plato.

La relación de reflujo está comprendida entre 1 y 3.

Caída de presión típicas de intercambiadores de calor:
Tabla 4.10. Caída de presión típicas.
Intercambiadores de carcasa y tubos, doble tubo y enfriadores de Aire
Gases y vapores (Alta presión)
Gases y vapores (baja presión)
Gases y vapores (presión atmosférica)
Vapores (vacío)
5-10 psi
2-5 psi
0.5-2 psi
<0.5 psi
82
4.4. Fase IV: Simulación del proceso de recuperación de hexano de la
corriente de gasolina natural
A continuación se presentan los datos solicitados por el simulador HYSYS
3.2 y los resultados arrojados por este, para los distintos casos desarrollados:
4.4.1. Caso 1: Entrada al sistema de recuperación: Salida del intercambiador
E-301B
Datos solicitados por el simulador:
Tabla 4.11. Datos del simulador.
Nombre
S
O
D
A
V
R
E
Unidades
S
CHOS RE
DERE
Datos
Paquete termodinámico
Peng-Robinson
---
Flujo volumétrico
5538
Barriles por día
Presión
75
Psig
Temperatura
105
ºF
Composición
Condición de reflujo
Caída de presión en las
torre
Caída de presión en
intercambiadores
Ver Tabla 4.7
2
---
48.2
kPa
48.2
kPa
Componente liviano en el
Ver Tabla 4.12. Balance de materiales torre
fondo (despentanizadora)
despentanizadora
Componente pesado en el
tope (despentanizadora)
Componente liviano en el
Ver Tabla 4.13. Balance de materiales torre
fondo (deshexanizadora)
deshexanizadora
Componente pesado en el
tope (deshexanizadora)
83
Tabla 4.12. Balance de materiales torre despentanizadora.
Alimentación
Fracción
Componentes
molar
Propano
0,0013
i-Butano
0,0025
n-Butano
0,0132
i-Pentano
0,3144
n-Pentano
0,3088
i-Hexano
0,0843
n-Hexano
0,1414
Heptano +
0,1341
Total
1
# moles
0,8056
1,5960
8,4718
201,5588
197,9672
54,0760
90,6643
85,9605
641,1
Tope
Fracción
# moles
molar
0,8056
0,00197
1,5960
0,00390
8,4718
0,02072
201,5588 0,49286
195,9875 0,47923
0,54076
0,00132
Fondo
Fracción
# moles
molar
1,97967
53,53519
90,66434
85,96046
232,1396
S
1 ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
408,96
0,00853
0,23062
0,39056
0,37030
1
Tabla 4.13. Balance de materiales torre deshexanizadora
Alimentación
Fracción
Componentes
molar
i-Pentano
0,0005
n-Pentano
0,0085
i-Hexano
0,3881
n-Hexano
0,2328
Heptano +
0,3701
Total
1
# moles
0,105648
1,981677
90,14813
54,08169
85,98284
232,3
Tope
Fracción
# moles
molar
0,1056
0,00072
1,9816
0,01351
90,1481
0,61477
53,5408
0,3651
0,8598
0,0058
146,636
1
Fondo
Fracción
# moles
molar
0,5408
85,123
85,663
0,0063
0,9936
1
Los datos que se encuentran sombreados en las Tablas 4.12 y 4.13 indican
que esos fueron los valores que se introdujeron en el simulador para la categoría
de componente liviano en el fondo y componente pesado en el tope.
Para la torre despentanizadora en el caso 1, el componente liviano en el
fondo es n-pentano con una composición de 0,00853 y el componente pesado en
el tope es el i-hexano con composición de 0,00132. Mientras que para la torre
deshexanizadora el componente liviano en el fondo es n-hexano con una
84
composición de 0,0063 y el componente pesado en el tope es el heptano con
composición de 0,0058.
Se presenta en la Figura 4.1. el arreglo realizado en el simulador HYSYS
3.2 que muestra la posición de los equipos básicos necesarios para levar a cabo
el proceso planteado con las condiciones del caso 1.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Figura 4.1. Simulación HYSYS 3.2 caso 1.
Los resultados obtenidos en la simulación se muestran a continuación en la
Tabla 4.14. con sus respectivas unidades.
85
Tabla 4.14. Resultados de la simulación caso 1
Parámetros
Presión de tope
Presión de fondo
Temperatura de
tope
Temperatura de
fondo
Flujo de
alimentación:
Volumétrico
Másico
Molar
Densidad de la
alimentación
Peso molecular
alimentación
Temperatura
alimentación
Presión
alimentación
Condición
térmica
alimentación
Flujo de
productos 1
(tope)
Volumétrico
Másico
Molar
Flujo de
productos 2
(Fondo)
Volumétrico
Másico
Molar
Porcentaje
recuperación
Unidades
Calentador
Despentanizador
a
Deshexanizadora
kPa
---
158.6
101.4
kPa
---
206.8
149.6
ºC
---
43.63
62.67
ºC
---
105.3
188.3
S 15.40
O
D
36.69
A
V
R
E
S
1.124x10
CHOS RE 2.455x10
m3/hora
kg/h
kgmol/h
36.69
2.455x104
290.8
290.8
105.3
kg/m3
650.6
8.560 (mezcla)
650.7
kg/kgmol
84.43
84.43 (mezcla)
106.7
ºC
40.56
108.8
105.3
kPa
618.4
570.2
206.8
Líquido
10% vapor
Líquido
m3/hora
kg/h
kgmol/h
-------
21.28
1.31x104
185.5
8.485
5720
66.28
m3/hora
kg/h
kgmol/h
-------
15.40
1.124x104
105.3
6.917
5522
39.07
---
99%
99%
---
2
2
DERE
Razón de reflujo
4
4
86
Tabla 4.14. Continuación.
Parámetros
Unidades
Calentador
Deshexanizadora
Calor
condensador
Despentanizador
a
kJ/h
---
-15.8
-2.2
kJ/h
4.11
12.8
2.7
kPa
48.2
---
---
25
4
Calor rehervidor
Caída de
presión
precalentador
Numero de
platos reales
Numero de
platos teóricos
Plato de
alimentación real
---
S
DERE
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
---
16
---
16
10
5
En la Tabla 4.14, se presenta en detalle los principales resultados extraídos
de la simulación de un calentador de la alimentación, una torre despentanizadora y
una unidad deshexanizadora, para el caso 1.Como resultado de este caso se tiene
que se necesita una calentador para elevar la temperatura de la corriente de
gasolina natural que sale del intercambiador E-301 B, luego de cumplir con la
función de precalentar la alimentación a la torre despropanizadora. El calor
necesario para elevar la temperatura desde 40.56 ºC hasta 108.8ºC donde se
alcanza un porcentaje de vaporización del 10%, es 4.11 kJ/h.
Para la torre despentanizadora, la simulación indica que se necesita una
torre con un numero de plato reales de 25, con entrada estimada del plato de la
alimentación el numero 16, para manejar un temperatura y presión de tope de
43.63 ºC y 158.6 kPa y una temperatura y presión de fondo de 105.3 ºC y 206.8
kPa, respectivamente, y un flujo de 36.69 m3/h. El calor necesario en el rehervidor
para alcanzar la temperatura de fondo y propiciar el fraccionamiento es 12.8 kJ/h y
el calor en el condensador indispensable para bajar la temperatura en el tope es
87
15.8 kJ/h. El porcentaje molar de recuperación que podría alcanzar la torre es del
99%.
Para la torre deshexanizadora, la simulación indica que se necesita una
torre con un numero de plato reales de 10, con entrada estimada del plato de la
alimentación el numero 5, para manejar un temperatura y presión de tope de 62.67
ºC y 101.4 kP y una temperatura y presión de fondo de 188.3 ºC y 149.6 kPa,
respectivamente, y un flujo de 15.4 m3/h. El calor necesario en el rehervidor para
alcanzar la temperatura de fondo y propiciar el fraccionamiento es 2.7 kJ/h y el
calor en el condensador indispensable para bajar la temperatura en el tope es 2.2
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
kJ/h. El porcentaje molar de recuperación que podría alcanzar la torre es del 99%.
DERE
4.4.2. Caso 2: Entrada al sistema de recuperación: Salida del rehervidor E304
Datos solicitados por el simulador:
Tabla 4.15. Datos del simulador:
Nombre
Paquete termodinámico
Flujo volumétrico
Presión
Temperatura
Composición
Condición de reflujo
Caída de presión en las
torre
Datos
Unidades
Peng-Robinson
--5538
Barriles por día
80
Psig
210
ºF
Ver Tabla 4.8.
2
---
Componente liviano en el
fondo (despentanizadora)
Ver Tabla 4.16. Balance de materiales torre
despentanizadora
7
Psi
Componente pesado en el
tope (despentanizadora)
Componente liviano en el
fondo (deshexanizadora)
Componente pesado en el
tope (deshexanizadora)
Ver Tabla 4.17. Balance de materiales torre
deshexanizadora
88
Se presentan a continuación los balances de materiales en las torres
simuladas. Para la torre despentanizadora se utilizaron los datos de composición
que se muestran en la Tabla 4.8, mientras que para la torre deshexanizadora se
utilizo a composición que dio como resultado la simulación de la torre
despentanizadora.
Tabla 4.16. Balance de materiales torre despentanizadora.
Alimentación
Fracción
Componentes
molar
Propano
0,0001
i-Butano
0,0003
n-Butano
0,0063
i-Pentano
0,3604
n-Pentano
0,3454
i-Hexano
0,1293
n-Hexano
0,0715
Heptano +
0,0866
Total
Tope
Fracción
# moles
molar
0,0657
0,00014
0,1971
0,00042
4,1387
0,00886
236,958
0,50743
224,768
0,48132
0,85
0,00182
Fondo
Fracción
# moles
molar
S
ADO
V
R
E
S
E
R
OS
DERECH0,0657
# moles
0,1971
4,1387
236,9583
227,0385
85,0081
47,0369
56,9567
466,978
1
2,2703
84,157
47,036
56,956
190,42
0,0119
0,4419
0,2470
0,2991
1
Tabla 4.17. Balance de materiales torre deshexanizadora
Alimentación
Fracción
Componentes
molar
i-Pentano
0,0007
n-Pentano
0,0119
i-Hexano
0,4417
n-Hexano
0,2468
Heptano +
0,2989
Total
# moles
0,1406
2,2729
84,1802
47,0347
56,9714
Tope
Fracción
# moles
molar
0,1406
0,0010
2,2729
0,0169
84,1802
0,6294
46,5644
0,3482
0,5697
0,0042
133,7279
1
Fondo
Fracción
# moles
molar
0,4703
56,401
56,872
0,00827
0,9917
1
89
Los datos que se encuentran sombreados en las Tablas 4.16 y 4.17 indican
que esos fueron los valores que se introdujeron en el simulador para la categoría
de componente liviano en el fondo y componente pesado en el tope.
Para la torre despentanizadora el componente liviano en el fondo es el npentano con una composición de 0,0119 y el componente pesado en el tope es el
i-hexano con composición de 0,00182. Mientras que para la torre deshexanizadora
el componente liviano en el fondo es n-hexano con una composición de 0,00827 y
el componente pesado en el tope es el heptano con composición de 0,0042.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Se presenta en la Figura 4.2. el arreglo realizado en el simulador HYSYS
3.2 que muestra la posición de los equipos básicos necesarios para levar a cabo
DERE
el proceso planteado con las condiciones del caso 2.
Figura 4.2. Simulación HYSYS 3.2 caso 2.
Los resultados obtenidos en la simulación se muestran a continuación en la Tabla
4.18. con sus respectivas unidades.
90
Tabla 4.18. Resultados de la simulación caso 2
Parámetros
Unidades
Despentanizadora
Deshexanizadora
Presión de tope
kPa
151
101.4
Presión de fondo
kPa
207
149.6
Temperatura de tope
ºC
43.64
62.33
Temperatura de fondo
ºC
99.16
186.8
Flujo de alimentación:
Volumétrico
Másico
Molar
m3/hora
kg/h
kgmol/h
36.69
2.413x104
298.2
12.32
8876
86.44
Densidad de la alimentación
Kg/m3
573.1
645.5
Peso molecular alimentación
kg/kgmol
80.93
102.7
Temperatura alimentación
ºC
98.89
99.16
Presión alimentación
kPa
652.9
199.3
Líquido
Líquido
m3/hora
kg/h
kgmol/h
24.36
1.526 x104
211.8
7.727
5208
60.44
m3/hora
kg/h
kgmol/h
12.32
8876
86.44
4.497
3668
26
99%
99%
2
2
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Condición térmica alimentación
Flujo de productos 1 (tope)
Volumétrico
Másico
Molar
Flujo de productos 2 (Fondo)
Volumétrico
Másico
Molar
Porcentaje molar de
recuperación
Razón de reflujo
Calor condensador
kJ/h
-17.2
-1.95
Calor rehervidor
kJ/h
15.09
2.25
Numero de plato reales
24
4
Numero de platos teóricos
15
10
Plato de alimentación real
14
6
91
En la Tabla 4.18, se presenta en detalle los principales resultados extraídos
de la simulación de una torre despentanizadora y una unidad deshexanizadora,
para el caso 2. Como resultado de este caso tenemos que se necesita una torre
despentanizadora, con un numero de plato reales de 24, con entrada estimada
del plato de la alimentación el numero 15, para manejar un temperatura y presión
de tope de 43.64 ºC y 151 kPa y una temperatura y presión de fondo de 99.16ºC y
207 kPa, respectivamente, y un flujo de 36.69 m3/h. El calor necesario en el
rehervidor para alcanzar la temperatura de fondo y propiciar el fraccionamiento es
15.09 kJ/h y el calor en el condensador indispensable para bajar la temperatura en
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
el tope es 17.2 kJ/h. El porcentaje molar de recuperación que podría alcanzar la
torre es del 99%.
DERE
Para la torre deshexanizadora, la simulación indica que se necesita una
torre con un numero de plato reales de 10, con entrada estimada del plato de la
alimentación el numero 5, para manejar un temperatura y presión de tope de 62.33
ºC y 101.4 kP y una temperatura y presión de fondo de 188.8 ºC y 149.6 kPa,
respectivamente, y un flujo de 12.32 m3/h. El calor necesario en el rehervidor para
alcanzar la temperatura de fondo y propiciar el fraccionamiento es 2.25 kJ/h y el
calor en el condensador indispensable para bajar la temperatura en el tope es 1.95
kJ/h. El porcentaje molar de recuperación que podría alcanzar la torre es del 99%.
Para compensar la modificación que trae consigo el desarrollo de este caso,
es indispensable suplir las necesidades de calor en los precalentadores de la
alimentación de la planta E-301 A/B. El manual de diseño de la planta de
fraccionamiento bajo grande indica que la suma de los calores necesarios en los
precalentadores es de 5.2 kJ/h.
92
4.4.
Fase V: Propuesta del proceso necesario para la recuperación de
hexano en la planta de fraccionamiento de bajo grande
Los criterios básicos utilizados para la selección de la propuesta más lógica
desde el punto de vista de ingeniería fueron la cantidad de equipos requeridos y el
calor necesario para ejecutar el proceso de recuperación, reflejados en la Tabla
4.19 con sus respectivos resultados.
S
O
D
A
V
R
E
S
OS1 RE
Caso 2
CHCaso
Tabla 4.19. Criterios básicos.
Criterios
DER1EIntercambiador de calor

Cantidad de
equipos básicos




Calor
condensador
Calor rehervidor
Calor calentador
Calor total
sistema
en la entrada
2 torres de
fraccionamiento
2 condensadores
2 rehervidores
3 enfriadores primarios
de productos
3 tanques de
almacenamiento
Condensador 1:15.8 kJ/h
Condensador 2: 2.2 kJ/h
Rehervidor 1: 12.8 kJ/h
Rehervidor 2: 2.7 kJ/hr
Calentador: 4.11 kJ/hr
37.61 kJ/hr





2 torres de fraccionamiento
2 condensadores
2 rehervidores
3 enfriadores primarios de
productos
3 tanques de
almacenamiento
Condensador 1: 17.2 kJ/h
Condensador 2: 1.95 kJ/h
Rehervidor 1: 15.09 kJ/hr
Rehervidor 2: 2.25 kJ/hr
--36.59 kJ/hr
Tomando en cuenta los criterios mencionados se considera como mejor
opción para efectuar este proceso el caso 2, ya que basado en sus planteamientos
se adapta de mejor manera a las condiciones y requerimientos del proceso en
general, además que se necesita una menor cantidad de equipos y de calor.
93
El proceso necesario para la recuperación de hexano de la corriente de
gasolina natural en la planta de fraccionamiento bajo grande se ve reflejado en la
Figura 4.3, que muestra los equipos y sus nombres genéricos, la dirección y los
nombres de las corrientes, así mismo se observan las modificaciones pertinentes
al proceso existente en la planta (en otras palabras, el diagrama de flujo de la
planta de fraccionamiento bajo grande modificada).
Para llevar a cabo la recuperación de hexano, es necesario crear dos torres
de fraccionamiento. La primera torre (despentanizadora), alimentada por el fondo
de la torre desbutanizadora V-303, será la encargada de separar la mezcla de
S
O
D
A
V
R
E
S
E
S lasRcondiciones
O
H
podrá ser realizado
el plato
14,
ya
que
de este plato son parecidas a
C
E
R
E
D
pentanos de los compuestos más pesados de dicha corriente. Dicho suministro
las condiciones de entrada de la alimentación.
Por el tope saldrá la corriente de la mezcla de pentanos, de ahí pasará a los
condensadores en donde se enfriará la corriente, posteriormente será enviada al
tambor de reflujo, cuya función es mantener un suministro de reflujo a la torre, ya que
esta corriente es la que purifica el producto del tope de la columna. Una vez que la
corriente de fondo del tambor de reflujo es dividida en dos, una parte es enviada a la
columna y la otra es el producto de tope de la torre constituido por la mezcla de
pentanos que será enviada a los tanques de almacenamiento a temperatura y
presión atmosférica, estas condiciones pueden ser obtenidas por medio de un
intercambiador de calor que podría utilizar como medio de enfriamiento propano.
El fondo de la torre poseerá un rehervidor, que tendrá como función
suministrar calor para propiciar la separación, el rehervidor podría ser calentado con
aceite. El producto de fondo de la torre está constituido por la corriente de hexano
plus que al dejar la torre pasa a ser la alimentación de la torre deshexanizadora
para proceder con la recuperación de hexano.
94
DERECH
S
O
D
A
V
R
OS RESE
Figura 4.3. Diagrama de flujo de la Planta de Fraccionamiento Bajo Grande modificado.
95
La alimentación a la torre deshexanizadora proviene del fondo de la
despentanizadora. Dicho suministro deberá ser introducido en el plato 6,
posteriormente la separación por destilación será llevada a cabo en los 10 platos
que componen la torre. Por el tope sale la corriente de la mezcla de hexanos, de ahí
pasan a los condensadores en donde se enfriará la corriente, posteriormente es
enviada al tambor de reflujo, cuya función será mantener un suministro de reflujo a la
torre, ya que esta corriente es la que purifica el producto del tope de la columna.
Una vez que la corriente de fondo del tambor de reflujo es dividida en dos,
una parte es retornada a la columna y la otra es el producto de tope de la torre
S
O
D
A
V
R
E
S
E
S Ratmosférica,
H
almacenamiento E
a temperatura
yO
presión
estas, pueden ser obtenidas
C
E
R
D
constituido por la mezcla de hexanos que será enviada a los tanques de
por medio de un intercambiador de calor que podría utilizar como medio de
enfriamiento propano. En el fondo de la torre poseerá un rehervidor, que tendrá
como función suministrar calor para propiciar la separación, el rehervidor podría ser
calentado con aceite.
El producto de fondo de la torre está constituido por la corriente de heptano
plus que al dejar la torre deberá ser pasada por el tren de precalentamiento
(intercambiadores E-301 A/B) de la alimentación de la torre despropanizadora, ya
que para obtener la mayor eficiencia desde el punto de vista de ingeniería, será
necesario evitar que la corriente de gasolina natural, producto del fondo de la torre
desbutanizadora pase por estos intercambiadores. Para suministrar el calor
“perdido” al realizar esta modificación se propone que la corriente de heptano plus,
producto del fondo de la torre deshexanizadora, pase por dichos precalentadores.
Esta parte de la propuesta se basa en la comparación entre los valores de calor
diseño de los precalentadores de la alimentación y el flujo de calor de esta corriente,
resultado obtenido a través de la simulación del caso 2.
Finalmente, a continuación se muestran las composiciones y algunas
condiciones de los productos finales de las dos torres de fraccionamiento incluidas
96
en el proceso y los requerimientos en términos generales y como parte de la
evaluación técnica del proyecto.
Tabla 4.20. Requerimientos del proceso.
Requerimientos
2 torres de
fraccionamiento
2 condensadores
Equipos básicos
Tipo de plato: Válvula
Enfriadores por aire
Condensador 1: 17 kJ/hr
Condensador 2: 2 kJ/hr
Tubo y carcaza
Medio de calentamiento: aceite
Rehervidor 1: 15 MMBTU/hr
Rehervidor 2: 2.5 MMBTU/hr
Tubo y carcasa
Medio de refrigeración: propano
De techo flotante y fijo
Temperatura y presión de
almacenamiento: atmosférica
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
2 rehervidores
E
primarios
DE3Renfriadores
de productos
3 tanques de
almacenamiento
Tabla 4.21. Composición y condiciones de las corrientes.
Gasolina
Pentano
Hexano +
Hexano
Heptano +
natural
(producto
(producto
(producto
(producto
(alimentación)
tope)
fondo)
tope)
fondo)
C3
0,0001
0,0001
0
0
0
IC4
0,0003
0,0004
0
0
0
NC4
0,0063
0,0089
0
0
0
IC5
0,3604
0,5073
0,0007
0,0011
0
NC5
0,3454
0,4815
0,0119
0,0170
0
IC6
0,0715
0,002
0,2468
0,3494
0,0083
NC6
0,1293
0,0018
0,4417
0,6283
0,0078
C7+
0,0866
0
0,2989
0,0042
0,9839
Estado
líquido
Líquido
líquido
líquido
líquido
Temperatura
98.89 ºC
43.64 ºC
99.16 ºC
62.33 ºC
186.8 ºC
Presión
652.9 kPa
151 kPa
207 kPa
101.4 kPa
149.6 kPa
Flujo molar
298.2
211.8
86.44
60.44
26
7
7
7
7
Flujo de calor -5.3x10 kJ/h -3.7 x10 kJ/h -1.8 x10 kJ/h -1.2 x10 kJ/h -6.6x106kJ/h
97
CONCLUSIÓN

La composición de hexano a través de los años se encuentra dentro de un
rango muy pequeño, lo cual ayuda con el diseño de las torres de fraccionamiento,
ya que no será un factor relevante al momento de realizar los cálculos.

La mayoría de los equipos presentes en planta de fraccionamiento bajo
grande se encuentran disponible. Solo está en funcionamiento una parte del
sistema de refrigeración, específicamente los equipos K-301 C, E-309, E-310 y V-
S
308, ya que se encargan de acondicionar los productos que llegan mediante los
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
buques y serán utilizados para la distribución local.

E
R
E
D
El sistema de recuperación de hexano cumple con las bases y criterios de
diseño suministradas por el Ministerio del Poder Popular de Petróleo y Minería.

Para realizar la simulación del sistema de recuperación de hexano, fueron
necesarias dos torres de fraccionamiento, la primera es una torre que separa la
mezcla de pentanos de la gasolina natural con una pureza de 99% y la segunda,
una torre que separa la mezcla de hexanos del producto de fondo en la torre
despentanizadora con un porcentaje de recuperación del 99%.

La propuesta del sistema de recuperación de hexano se basa en la cantidad
de equipos requeridos, el calor necesario para ejecutar el proceso de recuperación
y los planteamientos lógicos dentro del punto de vista de ingeniería. Por tal motivo
el caso 2 se adapta de mejor manera a estos requerimientos.

Parte del problema planteado puede ser solucionado con el desarrollo de
esta propuesta, ya que la cantidad de hexano obtenido con valores de diseño
(5538 BBL/d) es de 1116 BBL/d. El consumo de Pequiven del componente hexano
es aproximadamente de 40,5 BBL/d, lo que demuestra que es factible
técnicamente este proyecto.
98

Se encuentra además que aparte del objetivo principal del trabajo que es
extraer hexano, se producen dos corriente adicionales, una de pentano, que es
uno de los agentes espumantes primarios que se usan en la producción de
espuma de poliestireno, y una mezcla de heptanos y más pesados que podría
usarse para mejorar el octanaje de la gasolina. Por lo tanto, el desarrollo de esta
propuesta podría significar un gran avance para la producción de compuestos en
el país.
S
DERE
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
99
RECOMENDACIÓN

Evaluar la posibilidad de utilizar el horno M-302 C que se encuentra en
reserva actualmente, para solventar las necesidades en cuanto a medio de
calentamiento se refiere en las dos torres de fraccionamiento propuestas.

Diseñar un sistema de aceite caliente en caso de que el sistema actual no
pueda cubrir las necesidades de los nuevos equipos.

Evaluar la posibilidad de ampliar la capacidad del sistema de refrigeración
S
O
D
A
V
R
E
S
RE o colocar un acumulador de reflujo
una nueva etapa de compresión
al
Sproceso
O
H
C
E
R
E
D
mas grande, con el objetivo de solventar las necesidades en cuanto a medio de
que se encuentra en la planta de fraccionamiento bajo grande, ya sea agregando
refrigeración de productos se refiere.

Desarrollar la ingeniería conceptual, básica y de detalle del proyecto
tomando en cuenta las bases y criterios, la simulación y la propuesta planteada en
esta investigación.

Evaluar la corriente de gasolina natural originada en Ule, en cuanto a
operación, costos y beneficios, en caso de que el Ministerio del Poder Popular de
Petróleo y Minería tenga otras expectativas más allá de suplir las necesidades de
la empresa Pequiven.
100
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Arias, F. (1999). El proyecto de Investigación. Ed. 3. Caracas, Venezuela:
Editorial Episteme.
Arias, F. (2006). El proyecto de la investigación. (5ª ed.) Caracas –
Venezuela: Episteme.
Aspen HYSYS. (2005). Manual de simulación: “simulation basis.” “Operation
guide” user guid. Aspen Technology
Blanco, C. (2011). Evaluación de la capacidad máxima de la torre
despropanizadora (V-301) de la planta de fraccionamiento de bajo grande en
condiciones del CCO. (Tesis de pregrado), Universidad Rafael Urdaneta,
Maracaibo, Venezuela.
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
RE
E
D
Duran, L. (2009). Evaluación de la factibilidad comercial del pentano en la
planta de fraccionamiento, almacenaje y despacho del Complejo Criogénico José
Antonio Anzoátegui. (Tesis de pregrado), Universidad de Oriente, Puerto la Cruz,
Venezuela.
FEDUPEL (2006). Manual de Trabajos de Grado de Especialización y
Maestría y Tesis Doctorales. Caracas, Venezuela: Fondo Editorial de la
Universidad Pedagógica Experimental Libertador.
Finol M; Camacho H. (2006). El proceso de la investigación científica. (3ª
ed).editorial de la Universidad del Zulia (ediluz)
González, S. (2008). Diseño de un sistema de recuperación de hexano y
nitrógeno en la planta de Polipropilenos de Venezuela; PROPILVEN S.A. (Tesis de
pregrado). Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela.
Gutiérrez, C. (2001). Memoria descriptiva, Proceso de producción, de
almacenado y despacho de la planta de fraccionamiento de bajo grande. Gerencia
de fraccionamiento occidente. PDVSA GAS.
Hamid, M. (2007). Hysys: An Introduction to Chemical Engineering
Simulation. University Technology Malasia.
Hernández, R.; Baptista, L. y Fernández, C. (2006). Metodología de la
investigación. (4ª ed.) Mc Graw Hill.
Hurtado, J. (2007). El proyecto de investigación. (5ª ed.) Quiron.
Hurtado, J. (2010). Proyecto de Investigación: comprensión holística de la
metodología y la investigación. (6ª ed.) Quiron.
101
Martinez, V. Alonso, P. López, J. Salado, M. Rocha, J. (2000) Simulación de
procesos en Ingeniería Química.
PDVSA GAS (2003) Manual de Laboratorio, Planta de Fraccionamiento
Bajo Grande.(3ª ed.).
PDSVA N° L-TP 1.1. (1994). Preparación de Diagramas de Procesos.
PDVSA N° MDP-01-DP-01. (1995). Temperatura y Presión de Diseño.
PDVSA N° MDP-05-E-01. (1995). Intercambiadores de Calor Principios
Básicos.
PDVSA N° MDP-04-CF-02. (1996). Torre de Fraccionamiento Principios
Básicos
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Rodríguez, Y. y Pineda, M. (2003). La experiencia de Investigar. Fondo
editorial Predios. Venezuela
ERE
D
Tamayo, M. (2009). El proceso de la investigación Científica. (5ª ed.) Limusa
Tlatemoan, Revista academica de la investigación Nº6. (2011). Guía para
seleccionar intercambiadores.
102
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
ANEXOS
103
Anexo 1. Resultados de la simulación caso 1 (unidades inglesas)
Parámetros
Presión de
tope
Presión de
fondo
Temperatura
de tope
Temperatura
de fondo
Flujo de
alimentación:
Volumétrico
Másico
Molar
Densidad de
la
alimentación
Peso
molecular
alimentación
Temperatura
alimentación
Presión
alimentación
Condición
térmica
alimentación
Flujo de
productos 1
(tope)
Volumétrico
Másico
Molar
Flujo de
productos 2
(Fondo)
Volumétrico
Másico
Molar
Porcentaje
molar de
recuperación
Unidades
Calentador
Despentanizadora
Deshexanizadora
psig
---
8.3
0
psig
---
15.3
7
ºF
---
110.5
144.8
ºF
---
226
370.9
Barril/día
Lb/h
Lbmol/h
5538
5.413x104
641.1
Lb/ft3
S2.479x104
O
D
A
V
R
E
S
RE
5538
5.413x104
641.1
146.1
40.62
8.560 (mezcla)
40.272
Lb/lbmol
84.43
84.43 (mezcla)
106.71
ºF
105
227.8
231.6
Psig
89.7
68
19.5
Líquido
10% vapor
Líquido
Barril/día
Lb/h
Lbmol/h
-------
3213
2.935x104
408.9
1281
1.261x104
146.1
Barril/día
Lb/h
Lbmol/h
-------
2325
2.479x104
232.3
1044
1.217x104
86.13
---
99%
99%
S
DERECHO
2325
104
Parámetros
Unidades Calentador
Razón de
reflujo
--Calor
condensador MMBTU/h
--Calor
rehervidor
MMBTU/h
4.41417
Caída de
presión
Psi
7
precalentador
Numero de
plato reales
--Numero de
platos
--teóricos
Plato de
alimentación
--real
Despentanizadora
Deshexanizadora
2
2
-15
-2.1
12.2
2.578
---
---
25
4
DERECH
S
O
D
A
V
R
E
S
OS RE
16
10
16
5
105
Anexo 2. Resultados de la simulación caso 2 (unidades inglesas)
Parámetros
Unidades
Despentanizadora
Deshexanizadora
Presión de tope
psig
7.2
0
Presión de fondo
psig
14.2
7
Temperatura de tope
Temperatura de
fondo
ºF
110.1
144.8
ºF
210.5
370.9
Barril/día
Lb/h
Lbmol/h
5538
5.32x104
657.4
1860
1.957 x104
190.6
35.78
40.3
Lb/lbmol
80.93
102.7
Unidades
Despentanizadora
Deshexanizadora
ºF
210
210.5
psig
80
14.2
Líquido
Líquido
Flujo de
alimentación:
Volumétrico
Másico
Molar
DERE Lb/ft
Densidad de la
alimentación
Peso molecular
alimentación
Parámetros
Temperatura
alimentación
Presión alimentación
Condición térmica
alimentación
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
3
Flujo de productos 1
(tope)
Volumétrico
Másico
Molar
Barril/día
Lb/h
Lbmol/h
3678
3.36 x104
466.9
1166
1.148x104
132.2
Flujo de productos 2
(Fondo)
Volumétrico
Másico
Molar
Barril/día
Lb/h
Lbmol/h
1860
1.957 x104
190.6
694
8087
57.31
Porcentaje molar de
recuperación
99%
99%
Razón de reflujo
2
2
106
Parámetros
Unidades
Despentanizadora
Deshexanizadora
Calor condensador
MMBTU/h
-16.3
-1.848
Calor rehervidor
MMBTU/h
14.3
2.132
24
4
15
10
14
6
Numero de plato
reales
Numero de platos
teóricos
Plato de
alimentación real
S
DERE
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
107
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
DERE
Toma de muestra tanque s-503
Tanque s-503, planta de fraccionamiento
Bajo Grande
Toma de muestra de propano refrigerante
Horno del cromatografo
108
S
ADO
V
R
E
S
E
R
CHOS
Cromatografo de Gas
DERE
Muestra de gasolina natural para
determinar la gravedad especifica
Equipo medidor del R.V.P
Planta de Fraccionamiento Bajo Grande