COLUMNA DE-PROPANIZADORA 1. INTRODUCCIÓN

Trabajo Práctico Integrador – Requisitos Generales
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Operaciones Unitarias
Facultad de Ingeniería
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COLUMNA DE-PROPANIZADORA
1. INTRODUCCIÓN
La recuperación de líquidos del gas natural es común en el procesamiento de gas natural. Los
objetivos de dicha recuperación pueden ser:
-
producir un gas transportable (sin riesgo de que hidrocarburos pesados condensen en los
ductos)
cumplir con la especificación comercial del gas natural
maximizar la recuperación de líquidos (cuando son más valiosos que el mismo gas)
Los trenes de fraccionamiento pueden contar con varias columnas: de-metanizadora, deetanizadora, de-propanizadora, de-butanizadora, etc.
El alcance de este trabajo será diseñar equipos de intercambio de calor y especificar el circuito de
reflujo correspondientes a la columna de-propanizadora.
2. INFORMACIÓN DEL PROCESO Y DE LA ZONA
Diagrama de flujo preliminar (con elevaciones respecto del suelo)
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Balance de masa
Corriente
1
T (°C)
53,8
P (kPag)
1520
w (kg/h)
15030
Fracción vapor
1
Composición (fracciones molares)
Etano
0,0088
Propano
0,8818
iso-Butano
0,0884
n-Butano
0,021
iso-Pentano
0
n-Pentano
0
n-Hexano
0
n-Heptano
0
n-Octano
0
2
49,0
1485
15030
0
3
49,0
*
15030
0
4
49,0
1520
8182,0
0
5
70,0
2900
10060
0
6
90,0
2870
10060
0
7
115,0
1600
9000
0
8
**
1550
9000
0
0,0088
0,8818
0,0884
0,021
0
0
0
0
0
0,0088
0,8818
0,0884
0,021
0
0
0
0
0
0,0088
0,8818
0,0884
0,021
0
0
0
0
0
0,0067
0,6666
0,1261
0,1009
0,0505
0,0305
0,0072
0,0075
0,0042
0,0067
0,6666
0,1261
0,1009
0,0505
0,0305
0,0072
0,0075
0,0042
0
0,0017
0,2425
0,3478
0,2062
0,1247
0,0294
0,0306
0,0170
0
0,0017
0,2425
0,3478
0,2062
0,1247
0,0294
0,0306
0,0170
* presión a ser determinada como resultado del balance hidráulico
** temperatura a ser determinada como resultado del balance térmico
Notas: al realizar el balance de masa no se contempló ninguna pérdida por fricción en las cañerías que,
lógicamente, serán diseñadas luego.
1- Las presiones de las corrientes 1, 2 y 3 corresponden a la presión en el equipo que se encuentra al
comienzo de la corriente.
2- La presión de la corriente 4 corresponde a la presión en el equipo al cual está ingresando al tope de
la columna.
El condensador y circuito de reflujo debe diseñarse para funcionar adecuadamente al 60 % y al
110 % de la capacidad especificada en el balance.
Las propiedades de las corrientes pueden obtenerse, considerando las composiciones y
condiciones especificadas, utilizando el simulador de procesos Aspen Hysys y el paquete de Peng
Robinson.
Condiciones de diseño mecánico
- Torre T-101: 2000 kPag @ 180 °C
- Circuito de tope (aguas arriba de P-101): 2000 kPag @ 150 °C
- Reflujo y Destilado (aguas debajo de P-101): 2400 kPag @ 150°C
- Alimentación de torre (aguas arriba de válvula de control): 3500 kPag @ 150 °C
- Circuito de agua de torre: 500 kPag @ 120°C
- Circuito de vapor de agua: 700 kPag @ 200 °C
- Corrientes desde debutanizadora (7 y 8): 2400 kPag @ 180 °C
Condiciones ambientales
a.
b.
c.
d.
Temperatura ambiente (bulbo seco): -5°C a 33°C
Temperatura de bulbo seco de diseño: 30°C
Temperatura de bulbo húmedo de diseño: 24°C
Velocidad del viento: 15 km/h promedio a 130 km/h máximo
Servicios disponibles


Electricidad: 380/220 V, trifásica y monofásica a 50 Hz. Capacidad disponible de 80 kW.
Agua de torre: capacidad máxima disponible de 140 m3/h a 3 kgf/cm2(g) a una
temperatura máxima de 28 °C. La temperatura máxima de retorno es 38 °C y la presión
mínima de retorno es 2 kgf/cm2(g).
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3. REQUISITOS MÍNIMOS DE DISEÑO
Balance de masa y energía:
- Descripción del proceso.
- Estimación de los calores a intercambiar en condensador y precalentador (para la carga de
diseño, mínima y máxima).
- Tabla con el balance de masa con las propiedades de las corrientes (modelo en página de la
materia).
- Diagrama de flujo mostrando las corrientes (puede utilizarse el adjunto en este documento de
requisitos).
- Hojas de datos de seguridad de los principales productos manipulados.
Circuito de reflujo:
- El diseño de las cañerías debe contener los siguientes ítems:
- Diámetros calculados
- Materiales de construcción.
- Espesores/ Schedule requeridos para las condiciones de diseño
- Tipo de unión entre cañerías
- Se considerarán los requisitos de las normas (por ejemplo, ASME B31.3; ASME B36.10).
- Se presentará un esquema en planta y un esquema en elevación del circuito de reflujo.
- Se diseñará el caudalímetro en la corriente de reflujo (justificar la selección del tipo de
caudalímetro)
- Se definirá la pérdida de carga de diseño para la válvula de control.
- La memoria de cálculo del circuito debe contener para la bomba el cálculo de la altura a
desarrollar para el caudal máximo de diseño, potencia y ANPAD.
- Para el cálculo de la altura a desarrollar por la bomba debe considerarse que la misma la define
el retorno a la torre T-101 y no la salida del destilado.
Válvula de control:
- Se especificará la válvula de control V-101 para todas las condiciones de operación
considerando la norma ANSI/ISA 75.01.01.
- Se seleccionará una válvula de control comercial adecuada para el servicio (CV para todo el
rango de operación, materiales, serie o rating). Se incluirá toda la información pertinente del
catálogo de la válvula seleccionada.
Bomba:
- La selección de la bomba debe contener los siguientes ítems:
- Criterios de selección.
- Preselección de una posible bomba comercial.
- Descripción de la bomba elegida.
- Selección del tipo de sello de acuerdo con el servicio
- Se considerarán los requisitos de la norma API 610 para la bomba y API 682 para el sello (si se
selecciona sello mecánico).
- La bomba será seleccionada para cumplir con todas las condiciones operativas.
Precalentador:
- El precalentador será del tipo casco y tubos. Analizar el motivo de selección de este tipo de
intercambiador frente a otros posibles.
- Se deben considerar en el diseño los requisitos de la norma TEMA.
- El sobrediseño mínimo requerido es del 25% (para el caudal máximo de diseño). Reflexionar
cómo operar el equipo a mínima carga.
- La pérdida de carga máxima admisible para los fluidos son las informadas en el balance: 30 kPa
(alimentación de depropanizadora) y 30 kPa (corriente de debutanizadora) respectivamente.
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- Al diseñar se deben tener en cuenta los costos de instalación de las diferentes alternativas
exploradas. Se sugiere seguir el método para estimación de costos relativos de equipos de
casco y tubos publicado en la página de la materia.
- La memoria de cálculo debe contener los siguientes ítems:
- Características generales.
- Presentación de las fórmulas de cálculo utilizadas.
- Presentación de las consideraciones hechas y métodos utilizados.
- Cálculos realizados para el diseño final obtenido.
- Comentarios acerca de los diseños previos al seleccionado.
Condensador:
- Se debe seleccionar el tipo de condensador y la fuente de refrigeración.
- Se deben considerar en el diseño los requisitos de las normas: TEMA y API 660 o API 661
- El sobrediseño mínimo requerido es del 10% (para el caudal máximo de diseño). Reflexionar
cómo operar el equipo a mínima carga y en invierno.
- La pérdida de carga máxima admisible para el fluido que condensa es la informada en el
balance: 35 kPa.
- La memoria de cálculo debe contener los siguientes ítems:
- Características generales.
- Presentación de las fórmulas de cálculo utilizadas.
- Presentación de las consideraciones hechas y métodos utilizados.
- Cálculos realizados para el diseño final obtenido.
- Comentarios acerca de los diseños previos al seleccionado.
Válvula de seguridad
- Calcular el tamaño de la válvula de seguridad SV-101 y diseñar sus cañerías de entrada y salida
para proteger la columna depropanizadora ante la contingencia falla de energía eléctrica:
- contrapresión del escenario: 0,8 kgf/cm2(g) en el cabezal de descarga a antorcha a 22 m
por debajo de la válvula de seguridad (desarrollada por el alivio de todas las válvulas que abren en
el escenario )
- caudal de alivio requerido y propiedades del fluido que debe ser liberado serán
suministrados por el tutor de cada grupo.
- Considerar los criterios y requisitos delimitados en las prácticas recomendadas API RP 520 y API
RP 521.
4. DOCUMENTACIÓN MÍNIMA A PRESENTAR












Lista de documentos
Balance de masa y energía.
Memoria de cálculo del circuito de reflujo
Layout de la unidad (vistas en planta y en elevación)
Memoria de selección de la válvula de control de reflujo
Memoria de selección de la bomba
Hoja de datos de la bomba
Memoria de cálculo térmica e hidráulica del precalentador
Hoja de especificación del precalentador
Memoria de cálculo térmica e hidráulica del condensador
Hoja de especificación del condensador
Memoria de cálculo de la válvula de seguridad
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5. FORMATOS REQUERIDOS
Todos los documentos deben presentarse según el formato adjunto en la página de la materia
(http://www.fi.uba.ar/materias/7604/).
6. ETAPAS DE PRESENTACIÓN
03/04/2013
Lista de documentos
Balance de masa y energía
Memoria de cálculo del circuito de reflujo
Layout de la unidad (vistas en planta y en elevación)
17/04/2013
Lista de documentos
Correcciones previas – si corresponde Memoria de selección de la válvula de control de reflujo
Memoria de selección de la bomba
Hoja de datos de la bomba
Memoria de cálculo del precalentador
Hoja de datos del precalentador
29/04/2013
Lista de documentos
Correcciones previas – si corresponde Memoria de cálculo del condensador
Hoja de datos del condensador
05/06/2013
Lista de documentos
Correcciones previas – si corresponde Memoria de cálculo del válvula de seguridad
25/06/2013
Entrega Final
En la entrega final deberá presentarse a la cátedra una copia en papel del Reporte Completo. El
tutor asignado corregirá dicho reporte y autorizará al grupo a presentarse a la instancia de
evaluación oral. En la evaluación oral deberá realizarse una exposición y defensa de todas las
actividades desarrolladas, debiendo estar presentes todos los integrantes del grupo.
7. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA









Manual del Ingeniero Químico – Perry - Mc Graw Hill
Procesos de Transferencia de calor – Donald Q. Kern – Compañía Editorial Continental
Design for Chemical and Petrochemical Plants - Ernest E. Ludwig - Gulf Publishing Company
Válvulas, selección, uso y mantenimiento - Richard Greene – McGraw Hill
Pump Handbook – Karassik, Krutasch, Fraser, Messina
Transferencia de calor en ingeniería de procesos – Eduardo Cao – Nueva Librería
Process plant layout & piping design – Ed Bausbacher / Hunt
Control automático de procesos – Smith & Corripio
Equipos para Procesos Químicos – Roberto Echarte – Editorial de la Universidad Nacional del
Sur