PRACTICA DESHIDRATACION GAS NATURAL

PRACTICA #1 ABSORCION Y ADSORCION 1) Calcular el contenido de agua de un gas natural pobre y dulce de composicion mostra

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PRACTICA #1 ABSORCION Y ADSORCION 1) Calcular el contenido de agua de un gas natural pobre y dulce de composicion mostrada en el cuadro a una presion de 800 psia y 140 °F, utilizando las graficas necesarias, ademas de utilizar la ecuacion correspondiente y encontrar el porcentaje de diferencia entre ambos resultados respecto al calculado con el metodo grafico. Tambien calcular la masa de agua que se debe eliminar de esta corriente de gas para ser transportada con un contenido minimo de 7 lb de agua por millon de pie cubico (utilizar el valor obtenido por grafico para este calculo). Componente %molar C1 75 C2 7 C3 4 n-C4 3 n-C5 2 N2 3 CO2 6 Solucion: Metodo Analitico: Correlacion de Bukacek: 𝑊 = 47430

𝑃𝑣 +𝐵 𝑃

𝑙𝑜𝑔𝐵 =

−3083,87 + 6,69449 459,67 + 𝑇

𝑠𝑎𝑡 𝑃𝑉𝑎𝑝 = 2,893 𝑝𝑠𝑖𝑎

𝑙𝑜𝑔𝐵 =

−3083,87 + 6,69449 459,67 + 140

𝑊 = 47430

2,893 + 35,6351 800

𝐵 = 35,6351

𝑊𝐻2𝑂 = 207,15

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Metodo Grafico:

𝑊𝐻2𝑂 = 200

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Calculo del porcentaje de diferencia entre el metodo analitico y metodo grafico: %𝑑𝑖𝑓 𝑊𝐻2𝑂 =

%𝑑𝑖𝑓 𝑊𝐻2𝑂 =

|𝑊𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 − 𝑊𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 | ∗ 100% 𝑊𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜

|200 − 207,15| ∗ 100% 200

%𝑑𝑖𝑓 𝑊𝐻2𝑂 = 3,575%

Calculo del contenido de agua a eliminar: 𝑊𝐻2𝑂 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟 = 200 − 7

𝑊𝐻2𝑂 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟 = 193

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

2) Estimar la presion para la formacion de hidratos a una temperatura de 50°F, utilizando la grafica correspondiente y su respectiva formula, ademas calcular el porcentaje de diferencia entre ambos valores respecto al calculado graficamente: Comp C1 C2 C3 n-C4 i-C4 n-C5

%molar 92,67 5,29 1,38 0,18 0,34 0,14

Solucion: Calculo de la gravedad especifica del gas Comp C1 C2 C3 n-C4 i-C4 n-C5 Total

%molar yi 92,67 5,29 1,38 0,18 0,34 0,14 100

𝑀𝑔𝑎𝑠 = 17,469 𝑆𝐺 =

𝑀𝑔𝑎𝑠 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒

Mi 0,9267 0,0529 0,0138 0,0018 0,0034 0,0014 1

yi*Mi 16,042 30,069 44,096 58,122 58,122 72,149

14,866 1,591 0,609 0,105 0,198 0,101 17,469

𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 = 28,959 𝑆𝐺 =

17,469 = 0,603 28,959

Metodo Grafico:

𝑃ℎ𝑖𝑑𝑟𝑎𝑡𝑜𝑠 = 480 𝑝𝑠𝑖𝑎

Metodo Analitico: 𝑇 = −16,5 − 50 = −16,5 −

6,83 + 13,8 ∗ ln(𝑃𝐻 ) 𝑆𝐺 2

6,83 + 13,8 ∗ ln(𝑃𝐻 ) 0,6032

𝑃𝐻 = 483 𝑝𝑠𝑖𝑎

𝑇𝐹𝐻 = 1,57206 ∗ 𝑃(0,8606−0,0474∗ln(𝑃) 50 = 1,57206 ∗ 𝑃(0,8606−0,0474∗ln(𝑃)

𝑃𝐻 = 406,82 𝑝𝑠𝑖𝑎

Calculo del porcentaje de diferencia de la presion de formacion de hidratos entre el analitico y el grafico %𝑃𝐻 =

%𝑃𝐻 = %𝑃𝐻 =

|𝑃𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 − 𝑃𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 | ∗ 100% 𝑃𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜

|480 − 483| ∗ 100% 480

|480 − 406,82| ∗ 100% 480

%𝑃𝐻 = 0,625% %𝑃𝐻 = 15,25%

3) Para los datos del ejercicio anterior, si se tiene un descenso de la presion en 100 psia, determinar la temperatura a la cual se forman los hidratos mediante los dos metodos conocidos (Utiloizar la presion obtenido de graficos del ejercicio anterior, para estos calculos) Solucion: DATOS: PRESION=480-100=380 psia

SG=0,603

METODO GRAFICO

𝑇𝐹𝐻 = 46 °𝐹

METODO ANALITICO: 𝑇 = −16,5 − 𝑇 = −16,5 −

6,83 + 13,8 ∗ ln(𝑃𝐻 ) 𝑆𝐺 2

6,83 + 13,8 ∗ ln(380) 0,6032

𝑇𝐹𝐻 = 46,69 °𝐹

𝑇𝐹𝐻 = 1,57206 ∗ 𝑃(0,8606−0,0474∗ln(𝑃) 𝑇𝐹𝐻 = 1,57206 ∗ 380(0,8606−0,0474∗ln(380)

𝑇𝐹𝐻 = 49 °𝐹

4) Diseñar una torre contactora de bandejas que trabaja con glicol para una instalacion en campo que sea apta para las siguientes condiciones: Flujo de gas 12 MMscfd Gravedad especifica 0,75 Presion de operación de 900 psig Maxima presion de trabajo del contactor 1440 psig Temperatura del gas de entrada 90 °F Contenido de agua a la salida 6 lb agua/MMscf Criterio de diseño GWR 3 gal TEG/lbm H2O con 99,5% TEG SOLUCION: Calculo del diametro del contactor: 𝑞𝑆 =

𝑞 𝐶𝑡 𝐶𝑔

𝐶𝑡 = 1,01

𝐶𝑡 = 0,97

𝑞𝑆 =

12 1,01 ∗ 0,97

𝑞𝑆 = 12,25

𝑃𝑂𝑃 = 914,7 𝑝𝑠𝑖𝑎

𝑞𝑆 = 12,25

𝐷𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 = 30 𝑝𝑙𝑔

Calculo del contenido de agua del gas a la entrada:

Interpolando: 𝑥 − 𝑥1 𝑥2 − 𝑥1 = 𝑦 − 𝑦1 𝑦2 − 𝑦1 𝑥 − 𝑥1 𝑥2 − 𝑥1 = 𝑦 − 𝑦1 𝑦2 − 𝑦1 𝑃 − 𝑃1 𝑃2 − 𝑃1 = 𝑊 − 𝑊1 𝑊2 − 𝑊1

90 − 80 100 − 80 = 𝑊 − 40 75 − 40 90 − 80 100 − 80 = 𝑊 − 34 60 − 34

814,7 − 800 1000 − 800 = 𝑊 − 57,7 47 − 57,7

𝑊1 = 57,7 𝑊2 = 47 𝑊𝐻2𝑂 𝐼𝑁𝐿𝐸𝑇 = 56,914

Calculo del numero de bandejas del contactor: 𝑃𝑎𝑟𝑎: 𝑊𝐻2𝑂 𝑂𝑈𝑇𝐿𝐸𝑇 = 6

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑦 𝑃𝑂𝑃 = 814,7 𝑝𝑠𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Interpolando: 𝑥 − 𝑥1 𝑥2 − 𝑥1 = 𝑦 − 𝑦1 𝑦2 − 𝑦1 𝑥 − 𝑥1 𝑥2 − 𝑥1 = 𝑦 − 𝑦1 𝑦2 − 𝑦1 𝑊 − 𝑊1 𝑊2 − 𝑊1 = 𝑇 − 𝑇1 𝑇2 − 𝑇1

814,7 − 800 1000 − 800 = 𝑊−5 5−5

𝑊1 = 57,7

814,7 − 800 1000 − 800 = 𝑊 − 11 10 − 11 6−5 10,926 − 5 = 𝑇 − 20 40 − 20

𝑊2 = 10,926 𝑇𝑂𝑈𝑇𝐿𝐸𝑇 = 23,375 °𝐹

Depresion de la temperatura de rocio ∆𝑇 = 𝑇𝐼𝑁𝐿𝐸𝑇 − 𝑇𝑂𝑈𝑇𝐿𝐸𝑇 ∆𝑇 = 90 − 23,375 °𝐹 𝑃𝑎𝑟𝑎: ∆𝑇 = 66,625° 𝑦

𝐺𝑊𝑅 = 3

∆𝑇 = 66,625°𝐹

𝑔𝑎𝑙 𝑇𝐸𝐺 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂

Interpolando: ∆𝑡𝑑 − ∆𝑡1 ∆𝑡2 − ∆𝑡1 = #𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 − #𝑏1 #𝑏2 − #𝑏1

66,625 − 65 75 − 65 = #𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 − 4,2 5,1 − 4,2

#𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎𝑠 = 4,35 ≅ 5

Calculo del agua removido 𝑊𝑟 = 𝑊𝑟 =

(𝑊𝐼𝑁𝐿𝐸𝑇 − 𝑊𝑂𝑈𝑇𝐿𝐸𝑇 ) ∗ 𝑄𝑆 24

(56,914 − 6) ∗ 12,25 24

𝑊𝑟 = 25,987

𝑙𝑏𝐻2𝑂 ℎ𝑟

5) En una plataforma costa afuera se producen 100 MMscfd de gas natural a 100 °F y 1200 psia. El gas llega a tierra a 40 °F y 900 psia. La temperatura de formacion de hidratos es 70 °F. La produccion de condensado asociado es de 127 (lb-mol)/h. Calcular la cantidad de inhibidor requerido (metanol), para prevenir la formacion de hidratos en la tuberia. (constante K para el metanol 2335, PM=32) SOLUCION: Contenido de agua:

Para:

To = 100°F

Po = 1200 psia

𝑊𝐻2𝑂 = 55

Para:

Tf = 40°F

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Pf = 900 psia

𝑊𝐻2𝑂 = 10

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Calculo del agua condensada: ∆𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 𝑊𝑜 − 𝑊𝑓 𝑚𝐻2𝑂 = 100

∆𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 55 − 10 = 45

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 45 = 4500 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑑𝑖𝑎

Calculo de concentracion del metanol: Depresion del punto de rocio: ∆𝑡 = 𝑡𝑜 − 𝑡𝑓 ∆𝑇 =

𝐾 ∗ 𝑥𝑖𝑛ℎ ) 100(𝑀𝑖𝑛ℎ − (𝑀𝑖𝑛ℎ ) ∗ (𝑥𝑖𝑛ℎ )

30 =

∆𝑡 = 70 − 40 = 30°𝐹 2335 ∗ 𝑥𝑖𝑛ℎ 32 ∗ (100 − 𝑥𝑖𝑛ℎ )

𝑥𝑖𝑛ℎ = 29,14%𝑤𝑡 = 0,2914 𝑃⁄𝑃

Calculo de la masa del inhibidor para eliminar el agua 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 =

𝑚𝐻2𝑂 𝑐𝑜𝑛𝑑 ∗ 𝑥𝑖𝑛ℎ 𝑥𝑙 − 𝑥𝑖𝑛ℎ

4500 ∗ 0,2914 1 − 0,2914

𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 1850,55

𝑙𝑏 𝑑𝑖𝑎

Estimacion por perdidas de evaporacion

Para: P=900 psia y T=40°F 1,25

𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 1,25

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑤𝑡% 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ∗ 100 ∗ 29,14%𝑤𝑡 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 3642,5 𝑤𝑡% 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑎

Estimacion por perdidas en el condensado de hidrocarburo

Para: T=40°F y

Xr=29,14%wt

0,14% 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑐𝑎𝑟𝑏𝑢𝑟𝑜

127

𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 ∗ = 3048 ℎ𝑜𝑟𝑎 1 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑎

3048

𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 0,14 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ∗ = 4,27 𝑑𝑖𝑎 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒 𝐻𝐶 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑖𝑎

4,27

𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 32 𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ∗ = 136,64 𝑑𝑖𝑎 1 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎

Cantidad total de inyeccion de inhibidor (metanol): 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑑𝑜𝑟 = 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑚𝑝𝑒𝑟𝑑 𝑒𝑣𝑎𝑝 + 𝑚𝑝𝑒𝑟𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑑𝑜𝑟 = 1850,55 + 3642,5 + 136,64 = 5629,69

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎

6) Un lecho de tamiz molecular de 4ª esta procesando 80 MMscfd en un ciclo de 12 horas con dos lechos, donde el gas de salida va ha la seccion criogenica de turboexpander. El flujo de gas es incrementado a 100 MMscfd. Estimar la caida de presion en el lecho y determinar si la capacidad del lecho permite continuar la operación en un ciclo de 12 horas o el tiempo del ciclo debe ser cambiado. El gas entra al lecho a 120 °F y 950 psig. El contenido de agua es 60% de saturacion a 120 °F. El peso molecular del gas es de 18,5 y la viscocidad de 0,014 cP, con un factor de compresibilidad de 0,84. El lecho de adsorcion contiene 41000 lb de 1/8 pulgada de diametro con una densidad de 44 lb/ft3. El diametro interno de la pared del lecho es de 7,5 ft y el adsorbente fue instalado dos años atrás. SOLUCION: Calculo de la caida de presion: Volumen, Area y Altura del absorbente

𝜌𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑛𝑡𝑒 =

𝑚𝑎𝑏𝑠 𝑉𝑎𝑏𝑠

𝑉𝑎𝑏𝑠 =

𝜋𝐷 2 𝐴= 4

𝑚𝑎𝑏𝑠 𝜌𝑎𝑏𝑠

𝑉𝑎𝑏𝑠 =

𝜋 ∗ 7,52 𝐴= 4

𝑉 =𝐴∗ℎ

ℎ=

𝑉 𝐴

ℎ=

41000 44

𝑉𝑎𝑏𝑠 = 931,82𝑓𝑡 3

𝐴 = 44,18𝑓𝑡 2

931,82 44,18

ℎ = 21,09𝑓𝑡

Densidad del gas 𝜌=

𝑀∗𝑃 𝑧∗𝑅∗𝑇

𝜌𝑔𝑎𝑠 =

18,5 ∗ (950 + 14,7) 0,84 ∗ 10,73 ∗ (120 + 460)

𝜌𝑔𝑎𝑠 = 3,41

𝑙𝑏 𝑓𝑡 3

Caudal de entrada 𝑄=

𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =

𝑄𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 ∗ 14,7𝑝𝑠𝑖𝑎 ∗ 𝑇(°𝑅) ∗ 𝑧 𝑃(𝑝𝑠𝑖𝑎) ∗ 520°𝑅 ∗

100 ∗ 106 ∗ 14,7 ∗ (120 + 460) ∗ 0,84 (950 + 14,7) ∗ 520

𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1427673,809

𝑓𝑡 3 𝑓𝑡 3 = 991,44 𝑑𝑖𝑎 𝑚𝑖𝑛

Volumen superficial 𝑉𝑒𝑙𝑠𝑢𝑝

𝑄 = 𝐴

𝑉𝑒𝑙𝑠𝑢𝑝

991,44 = 44,18

𝑉𝑒𝑙𝑠𝑢𝑝

𝑓𝑡 2 = 22,44 𝑚𝑖𝑛

Caida de Presion Δ𝑃 2 = 𝐵 ∗ 𝜇 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑠𝑢𝑝 + 𝐶 ∗ 𝜌 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑠𝑢𝑝 𝐿

Δ𝑃 = (0,0560)(0,014)(22,4) + (0,000089)(3,41)(22,4)2 𝐿 Δ𝑃 = 0,17 ∗ 21,09

Δ𝑃 𝑝𝑠𝑖 = 0,170 𝐿 𝑓𝑡

Δ𝑃 = 3,58 𝑝𝑠𝑖

NOTA: la caida de presion calculada es un buen rango de operación porque no sobrepasa los 5 psi Calculo de la capacidad de deshidratacion del lecho: Cantidad de agua a ser eliminada

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑃 = 964,7 𝑝𝑠𝑖𝑎 𝑦 𝑇 = 120 °𝐹 𝑊 = 110

𝑊 = 110

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑝𝑐

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 ∗ 100 = 11000 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑎

NOTA: SE DEBE ELIMINAR CADA DIA UNA CANTIDAD DE 11000 lbH2O 𝑊 = 11000

𝑙𝑏 𝐻2𝑂 1 𝑑𝑖𝑎 12 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ ∗ = 5500 𝑑𝑖𝑎 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 1 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜

NOTA: UN DIA TIENE DOS CICLOS DE OPERACIÓN PARA LA REMOCION DEL AGUA EL CUAL CADA CICLO REMOVERA 5500 lbH2O ¿SERA SUFICIENTE LA CAPACIDAD DE REMOCION DEL AGUA CON DOS CICLOS CADA DIA? ¿SI O NO?

Correcion de saturacion 𝐶𝑠𝑠 = 0,636 + 0,0826 ∗ ln(𝑆𝑤 ) 𝐶𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 =

𝐶𝑠𝑠 = 0,636 + 0,0826 ∗ ln(60)

13 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 0,97 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐

𝐶𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 =

𝐶𝑠𝑠 = 0,97

12,61 𝑙𝑏𝐻2𝑂 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐

Correcion de temperatura 𝐶𝑇 = 1,20 − 0,0026 ∗ 𝑇(°𝐹) 𝐶𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 =

𝐶𝑇 = 1,20 − 0,0026 ∗ 120

12,61 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 0,88 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐

𝐶𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 =

𝐶𝑇 = 0,88

11,09 𝑙𝑏𝐻2𝑂 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐

Capacidad de deshidratacion del lecho 41000 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑐 ∗

11,09 𝑙𝑏𝐻2𝑂 = 4546,9 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑃𝑂𝑅 𝐶𝐴𝐷𝐴 𝐶𝐼𝐶𝐿𝑂 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐

NOTA: UN CICLO REMUEVE 4546,9 lbH2O PERO SE REQUIERE REMOVER 5500 lbH2O POR CICLO, El CUAL NO ES POSIBLE OPERAR CON DOS CICLOS AL DIA, ENTONCES SE DEBERA REDUCIR LA CAPACIDAD DE OPERACIÓN DE 12 HORAS (1DIA=24 HORAS=2CICLOS) A 8 HORAS (1DIA=24 HORAS=3 CICLOS) 11000

𝑙𝑏 𝐻2𝑂 1 𝑑𝑖𝑎 8 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 ∗ ∗ = 3666,67 𝑑𝑖𝑎 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 1 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜

NOTA: LA CAPACIDAD DE REMOCION DEL AGUA CALCULADA FUE 4546,9 lbH2O POR CICLO, PERO ESTA CAPACIDAD NO PODIA OPERAR CON DOS CICLOS PARA REMOVER EL AGUA ESTABLECIDA, ASI QUE SE AUMENTO EL NUMERO DE CICLOS DANDONOS UNA OPERABILIDAD DE 3666,67 lbH2O POR CICLO DONDE SI SE TIENE ESA CAPACACIDAD DE REMOCION DEL AGUA, (UN TAMIZ MOLECULAR TRABAJARA CADA 8HORAS, PASADA LAS 8 HORAS SE CAMBIARA POR OTRO TAMIZ MOLECULAR, PARA SER REGENERADO)

7) Estimar el calor requerido para regenerar un lecho de adsorcion que contiene 40000 lb de tamiz molecular 4ª y 4400 lb de agua. El recipiente contiene 55000 lb de acero y la temperatura de regeneracion es de 600 °F. la cama opera a 100 °F. Tambien estimar la tasa de flujo de gas bajo el supuesto que Cp para el gas es de 0,68 Btu/lb °F, que es 60% del tiempo de regeneracion implica calentar el lecho, y que el lecho esta en un ciclo de 8 horas. El gas que sale del calentador de gas de regeneracion es 650 °F SOLUCION: CALCULO DEL CALOR TOTAL PARA LA REGENERACION Calor requerido para desorber el agua 𝑄𝑤 = (𝑙𝑏𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑙𝑒𝑐ℎ𝑜) ∗ 1800 𝑄𝑤 = 4400 𝑙𝑏 ∗ 1800

𝐵𝑡𝑢 𝑙𝑏

𝐵𝑡𝑢 = 7,92 𝑀𝑀 𝐵𝑡𝑢 𝑙𝑏

Calor requerido para calentar el tamiz 𝑄𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 = (𝑙𝑏 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒) ∗ ( 𝑄𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 = 40000 𝑙𝑏 ∗ (

0,24 𝐵𝑡𝑢 ) ∗ (𝑇𝑟𝑒𝑔 − 𝑇𝑖 ) 𝑙𝑏 °𝐹

0,24 𝐵𝑡𝑢 ) ∗ (600 − 100)°𝐹 = 4,8 𝑀𝑀 𝐵𝑡𝑢 𝑙𝑏 °𝐹

Calor requerido para calentar el acero 0,12 𝐵𝑡𝑢 𝑄𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 = (𝑙𝑏 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜) ∗ ( ) ∗ (𝑇𝑟𝑒𝑔 − 𝑇𝑖 ) 𝑙𝑏 °𝐹 𝑄𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 = 55000 𝑙𝑏 ∗ (

0,12 𝐵𝑡𝑢 ) ∗ (600 − 100)°𝐹 = 3,3𝑀𝑀 𝐵𝑡𝑢 𝑙𝑏 °𝐹

Perdida de Calor 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = (𝑄𝑤 + 𝑄𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 + 𝑄𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 ) ∗ 0,1 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = (7,92 𝑀𝑀 + 4,8 𝑀𝑀 + 3,3𝑀𝑀 ) ∗ 0,1 = 1,602𝑀𝑀 𝐵𝑡𝑢 Calor Total 𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄𝑤 + 𝑄𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 + 𝑄𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 + 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 17,622𝑀𝑀 𝐵𝑡𝑢 CALCULO DEL FLUJO DEL GAS DE REGENERACION Tiempo asignado para el calentamiento 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 ∗ 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 = 8 ∗

%𝑡𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 100%

60 = 4,8 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 100

Flujo del gas de regeneracion 𝑚̇𝑟𝑒𝑔 =

𝑄𝑇 𝑅𝐸𝐺 𝐶𝑝 ∗ (𝑇𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 − 𝑇𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 ) ∗ 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡

𝑚̇𝑟𝑒𝑔 =

17,622 ∗ 106 𝑙𝑏 = 9816,18 0,68 ∗ (650 − 100) ∗ 4,8 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

8) Estimar el contenido de agua de un gas natural a una presion de 3000 psia y temperatura de 150 °F utilizando la tabla 1 (el cual no necesita correccion por gravedad). Tambien, calcular la masa de agua que se debe eliminar por dia de esta corriente de gas (flujo de gas que llega a la planta 10 MMscfd) para ser transportada con un contenido minimo de 7 lb de agua por millon de pie cubico.

SOLUCION: Interpolando datos para el contenido de agua

𝑥 − 𝑥1 𝑥2 − 𝑥1 = 𝑦 − 𝑦1 𝑦2 − 𝑦1

150 − 140 160 − 140 = 𝑊 − 85 130 − 85

𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 = 107,5

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

Masa de Agua en el gas 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 10

𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 107,5 = 1075 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑑𝑖𝑎

Masa de agua a eliminar para ser transportada 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 = 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 − 7

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 = 107,5 − 7 = 100,5 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 = 10

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 100,5 = 1005 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑑𝑖𝑎

9) Para la exportacion del gas natural Boliviano a Brasil, el gas natural debe ser deshidratado para cumplir las especificaciones tecnicas del “Contrato GSA Brasil”. Determinar el porcentaje de agua que debe ser removido, teniendo en cuenta su composicion “masica” mostrada en la tabla a una presion de 350 psi y 38 °C. Nota: Utilizar las graficas necesarias, ademas de la ecuacion correspondiente, analice los resultados para el caso mas desfavorable Componente C1 C2 C3 i-C4 n-C4 CO2

%masico 82,36 9,11 3,57 2,63 1,19 1,14

SOLUCION: CALCULO DEL CONTENIDO DE AGUA: Gravedad Especifica del gas Comp C1 C2 C3 i-C4 n-C4 CO2 Total

%masico 82,36 9,11 3,57 2,63 1,19 1,14 100

p/p

Mi 0,8236 0,0911 0,0357 0,0263 0,0119 0,0114 1

16,042 30,069 44,096 58,122 58,122 44,01

𝑀𝑔𝑎𝑠 = 17,827 𝑆𝐺 =

𝑀𝑔𝑎𝑠 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒

1/Mi (p/p)*(1/Mi) yi yi*Mi 0,06234 0,05134 0,91522 14,682 0,03326 0,00303 0,05401 1,624 0,02268 0,00081 0,01443 0,636 0,01721 0,00045 0,00807 0,469 0,01721 0,00020 0,00365 0,212 0,02272 0,00026 0,00462 0,203 0,05610 1 17,827

𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 = 28,959 𝑆𝐺 =

17,827 = 0,616 28,959

Contenido de agua “METODO GRAFICO”

Para: P=350 psi y T=38 °C=100,4 °F 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 = 140

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

Correccion por gravedad especifica

No se puede corregir por gravedad especifica a una temperatura de 100,4°F entonces no requiere correccion por gravedad especifica

𝑊𝐶𝑂2 = 120

𝑊𝐻2𝑂 = 𝑦𝐻𝐶 ∗ 𝑊𝐻𝐶 + 𝑦𝐶𝑂2 ∗ 𝑊𝐶𝑂2 𝑊𝐻2𝑂 = 0,99538 ∗ 140 + 0,00462 ∗ 120 = 139,91

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

Contenido de agua METODO ANALITICO Correlacion de Bukacek: 𝑊 = 47430

𝑃𝑣 +𝐵 𝑃

𝑙𝑜𝑔𝐵 =

−3083,87 + 6,69449 459,67 + 𝑇

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

𝑠𝑎𝑡 𝑃𝑉𝑎𝑝 = 0,951 𝑝𝑠𝑖𝑎

𝑙𝑜𝑔𝐵 =

−3083,87 + 6,69449 459,67 + 100,4

𝑊 = 47430

0,951 + 3,2814 350

𝐵 = 3,2814

𝑊𝐻2𝑂 = 132,16

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Contenido de agua según contrato con Brasil 𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 95

𝑊𝐻2𝑂 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑟𝑡

𝑚𝑔𝐻2𝑂 𝑚3 𝑔𝑎𝑠

3 𝑚𝑔𝐻2𝑂 1 𝑔𝐻20 1 𝑙𝑏𝐻2𝑂 1𝑚 𝑔𝑎𝑠 1 ∗ 106 𝑙𝑏𝐻2𝑂 = 95 ∗ ∗ ∗( ) ∗ = 5,93 𝑚3 𝑔𝑎𝑠 1000 𝑚𝑔𝐻2𝑂 453,6 𝑔𝐻2𝑂 3,281 𝑐𝑓 𝑔𝑎𝑠 𝑀𝑀 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

Cantidad de agua removida: 𝑊𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 = 139,91 − 5,93 = 133,98

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

10) Diseñar un lecho de tamiz molecular con un criterio de diseño de 3 gal TEG/Lb al 99,5% de TEG. Teniendo en cuenta los siguientes parametros de diseño Flujo de gas Gravedad Especifica Presion de operación Max presion de operación Temperatura del gas Cont de agua a la salida

20 MMscfd 0,6 740 psig 1340 psig 110 °F 5 Lb/MMscfd

SOLUCION: Calculo del diametro del contactor: 𝑞𝑆 =

𝑞 𝐶𝑡 𝐶𝑔

𝐶𝑡 = 0,99

𝐶𝑡 = 1,08

𝑞𝑆 = 𝑃𝑂𝑃 = 754,7 𝑝𝑠𝑖𝑎

20 0,99 ∗ 1,08

𝑞𝑆 = 18,71 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑

𝑞𝑆 = 18.71

𝐷𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 = 36 𝑝𝑙𝑔

Calculo del contenido de agua del gas a la entrada:

Interpolando: 𝑥 − 𝑥1 𝑥2 − 𝑥1 = 𝑦 − 𝑦1 𝑦2 − 𝑦1 𝑥 − 𝑥1 𝑥2 − 𝑥1 = 𝑦 − 𝑦1 𝑦2 − 𝑦1 𝑃 − 𝑃1 𝑃2 − 𝑃1 = 𝑊 − 𝑊1 𝑊2 − 𝑊1

110 − 100 120 − 100 = 𝑊 − 90 160 − 90 110 − 100 120 − 100 = 𝑊 − 75 130 − 75 754,7 − 600 800 − 600 = 𝑊 − 125 102,5 − 125

𝑊1 = 125 𝑊2 = 102,5 𝑊𝐻2𝑂 𝐼𝑁𝐿𝐸𝑇 = 107,60

Calculo del numero de bandejas del contactor: 𝑃𝑎𝑟𝑎: 𝑊𝐻2𝑂 𝑂𝑈𝑇𝐿𝐸𝑇 = 5

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑦 𝑃𝑂𝑃 = 754,7 𝑝𝑠𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

𝑇𝑂𝑈𝑇𝐿𝐸𝑇 = 20 °𝐹

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Depresion de la temperatura de rocio ∆𝑇 = 𝑇𝐼𝑁𝐿𝐸𝑇 − 𝑇𝑂𝑈𝑇𝐿𝐸𝑇 ∆𝑇 = 110 − 20 °𝐹 𝑃𝑎𝑟𝑎: ∆𝑇 = 90° 𝑦

𝐺𝑊𝑅 = 3

∆𝑇 = 90°𝐹

𝑔𝑎𝑙 𝑇𝐸𝐺 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝑂

Interpolando: ∆𝑡𝑑 − ∆𝑡1 ∆𝑡2 − ∆𝑡1 = #𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 − #𝑏1 #𝑏2 − #𝑏1

90 − 85 95 − 85 = #𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎 − 6,5 9,3 − 6,5

#𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒𝑗𝑎𝑠 = 7,9 ≅ 8

Calculo del agua removido 𝑊𝑟 = 𝑊𝑟 =

(𝑊𝐼𝑁𝐿𝐸𝑇 − 𝑊𝑂𝑈𝑇𝐿𝐸𝑇 ) ∗ 𝑄𝑆 24

(107,60 − 5) ∗ 18,71 24

𝑊𝑟 = 79,99

𝑙𝑏𝐻2𝑂 ℎ𝑟

11) Diseñar un lecho de tamiz molecular con los siguientes parametros de diseño Tasa de flujo de gas Presion a la entrada Temperatura a la entrada Gravedad especifica Punto de rocio a la entrada Punto de rocio a la salida Capacidad de adsorcion Duracion del ciclo Regeneracion Enfriamiento Tipo de torre Velocidad permisible

10 MMpcd 1000,0 psi 95 °F 0,7273 90 °F 10 °F 5% 8 hrs Gas natural Gas natural Vertical 30 pies/min

SOLOCION: Contenido de agua a la entrada

Para: P=1000psia y T=90 °F 𝑊𝐻2𝑂 = 46

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Para: P=1000psia y T=10 °F 𝑊𝐻2𝑂 = 2,9

Contenido de agua a eliminar ∆𝑊 = 46 − 2,9 = 43,1 𝑚𝐻2𝑂 = 10 𝑚𝐻2𝑂 = 431

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 43,1 = 431 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑑𝑖𝑎

𝑙𝑏𝐻2𝑂 1 𝑑𝑖𝑎 8 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ ∗ = 143,67 𝑑𝑖𝑎 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 1 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜

Masa del desecante 143,67

𝑙𝑏𝐻2𝑂 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 ∗ = 2873,4 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 5 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Volumen del tamiz 𝑉𝑑𝑒𝑠𝑐 =

𝑚 𝜌

𝑉𝑑𝑒𝑠𝑐 =

2873,4 50

𝑉𝑑𝑒𝑠𝑐 = 57,468 𝑓𝑡 3

Caudal de entrada 𝑄=

𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =

𝑄𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 ∗ 14,7𝑝𝑠𝑖𝑎 ∗ 𝑇(°𝑅) ∗ 𝑧 𝑃(𝑝𝑠𝑖𝑎) ∗ 520°𝑅 ∗

10 ∗ 106 ∗ 14,7 ∗ (95 + 460) ∗ 0,81 1000 ∗ 520 𝐴=

𝐴=

𝑄 𝑉𝑒𝑙

𝜋 2 4∗𝐴 𝐷 𝐷=√ 4 𝜋

𝐴=

88,25 30

𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 127084,3269 𝐴 = 2,94𝑓𝑡 2

4 ∗ 2,94 𝐷=√ 𝜋

𝐷 = 1,93𝑓𝑡 ≅ 23,16 𝑝𝑙𝑔

Longitud del tamiz 𝐿=

𝑉𝑑𝑒𝑠𝑐 𝐴

𝐿=

57,468 2,94

𝑓𝑡 3 𝑓𝑡 3 = 88,25 𝑑𝑖𝑎 𝑚𝑖𝑛

𝐿 = 19,54𝑓𝑡

12) Realice el diseño preliminar de una deshidratadora de un gas natural que se utiliza desecante solido, la cual funciona con dos torres que tienen ciclos de ocho horas. Calcular:  Peso y volumen del desecante solido por ciclo  La altura de las torres rellenas con el desecante solido Caudal Peso Molecular Densidad del gas Presion de operación Temperatura de operación Punto de rocio de entrada Humedad deseada a la salida Viscocidad Diametro Velocidad Superficial Carga de agua que remueve Densidad a granel

50 MMscfd 17,4 1,7 lb/ft3 600 psia 110 °F 100 °F 1 ppm H2O 0,01 cp 4,65 55 ft/min 6 lbH2O/100 lb desecante 49 lb/ft3

SOLUCION: Contenido de agua:

Para: P=600psia y T=110 °F 𝑊𝐻2𝑂 = 90

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

CALCULO DEL PESO Y VOLUMEN DEL DESECANTE POR CICLO Contenido de agua por ciclo 50

𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑙𝑏𝐻2𝑂 1 𝑑𝑖𝑎 8 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 ∗ 90 ∗ ∗ = 1500 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 1 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜

Peso del desecante: 1500

𝑙𝑏 𝐻2𝑂 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 ∗ = 25000 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 6 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜

Densidad del desecante: Humedad deseada a la salida 1ppmH2O

𝜌𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 = 49

𝑙𝑏 𝑓𝑡3

Volumen del desecante: 𝑉𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 = 25000 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 ∗

1 𝑓𝑡3 49 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐

𝑉𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 = 510,2𝑓𝑡3

CALCULO DE LA ALTURA DE LAS TORRES Calculo del diametro: 𝑑2 = 3600 ∗ (

𝑑2 = 3600 ∗ (

𝑄𝑔 ∗ 𝑇 ∗ 𝑧 ) 𝑉𝑠𝑢𝑝 ∗ 𝑃

50 ∗ (110 + 460) ∗ 1 ) 55 ∗ 600

𝑑 = 55,76 𝑝𝑙𝑔 = 4,65𝑓𝑡

Calculo de la altura: 𝑉𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 𝐿=𝜋 2 4∗𝐷

510,2 𝐿=𝜋 2 4 ∗ 4,65

𝐿 = 30,04𝑓𝑡

Calculo de la variacion de presion: Δ𝑃 2 = 𝐵 ∗ 𝜇 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑠𝑢𝑝 + 𝐶 ∗ 𝜌 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑠𝑢𝑝 𝐿

Δ𝑃 = (0,0560)(0,01)(55) + (0,000089)(1,7)(55)2 𝐿 Δ𝑃 = 0,488 ∗ 30,04

Δ𝑃 𝑝𝑠𝑖 = 0,488 𝐿 𝑓𝑡

Δ𝑃 = 14,7 𝑝𝑠𝑖

NOTA: los calculos de parametros de diseño no son los adecuados porque la caida de presion excede a los 5psi, entonces se deberia varia el diametro de la torre para disminuir la caida de presion de 4,65 a 5,5 ft 50 ∗ (110 + 460) ∗ 1 5,52 = 3600 ∗ ( ) 𝑣𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑝 ∗ 600 𝑉𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 𝐿=𝜋 ∗ 𝐷2 4

510,2 𝐿=𝜋 ∗ 5,52 4

𝑉𝑠𝑢𝑝 = 39,26 𝐿 = 21,5𝑓𝑡

Δ𝑃 = (0,0560)(0,01)(39,26) + (0,000089)(1,7)(39,26)2 𝐿 Δ𝑃 = 0,255 ∗ 21,5

𝑓𝑡 𝑚𝑖𝑛

Δ𝑃 𝑝𝑠𝑖 = 0,255 𝐿 𝑓𝑡

Δ𝑃 = 5,5 𝑝𝑠𝑖

13) 0,85 MMsm3 de un gas natural de gravedad especifica de 0,65 ingresa a un contactor de TEG a 4100 KPa(abs) y 38°C, el contenido de entrada de agua es 1436 mgH2O/sm3 y el contenido especifico de agua a la salida es de 110 mgH2O/sm3. La tasa de circulacion es de 25 TEG/KgH2O. Estimar el diametro del contactor y el numero bandejas. Considerar Z=0,92 T=38°C, con una concentracion de TEG de 99,0 mas %, el punto de rocio=-4°C el cual es equivalente para un contenido de agua de 110 mgH2O/sm3 a 4100 KPa(abs). Cb=176 SOLUCION: Conersion de unidades al sistema ingles Q = 0,85MMm3 = 30MMscf (GN)

Z = 0,92

SG = 0,65

Cb = 176

P(entrada)= 4100 kPa = 595 (psia)

𝜌𝑇𝐸𝐺 = 70

T(entrada) = 38˚C = 560,4 R

𝑙𝑏 𝑓𝑡3

W(entrada) = 1436 mgH2O/sm3 = 89,71 lb H2O/MMsfc W(salida) = 110 mgH2O/sm3 = 6,872 lb H2O/MMsfc P(pto. Rocio salida) = -4˚C 25 TEG/Kg H2O al (99% de TEG) d(contactor) =? y #bandejas = ? CALCULO DE LA DENSIDAD DEL GAS 𝜌𝐺𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 = 70 𝜌𝐺𝐴𝑆 =

𝑙𝑏 𝑓𝑡3

𝑃𝑀 2,7 ∗ 𝑆𝐺 ∗ 𝑃 2,7 ∗ 0,65 ∗ 595 = = 𝑧𝑅𝑇 𝑧𝑇 0,92 ∗ 560,4

𝜌𝐺𝐴𝑆 = 2,05 𝑙𝑏/𝑝𝑐

CALCULO DE LA VELOCIDAD SUPERFICIAL MAXIMA 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 𝐶𝑆𝐵 ∗ ((𝜌_𝑇𝐸𝐺 − 𝜌_𝐺𝐴𝑆)/𝜌_𝐺𝐴𝑆 )1/2 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 660 ∗ ((70 − 2,05)/2,05 )1/2 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 3823,90(𝑓𝑡/ℎ𝑟𝑎) 𝑈𝑚𝑎𝑥 = 63,75(𝑓𝑡/𝑚𝑖𝑛) CALCULANDO EL “n” NUMERO DE MOLES DEL GAS DE ENTRADA 𝑛=

𝑄(𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎) 30𝑋106 𝑆𝐶𝐹 = 379,5 𝑠𝑐𝑓/𝑑 379,5 𝑠𝑐𝑓/𝑑

𝑛 = 79051,38 (𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙/𝑙𝑏) CALCULANDO EL VOLUMEN DEL GAS DE ENTRADA 𝑉=

𝑧𝑛𝑅𝑇 0,92 ∗ 79051,38 ∗ 10,73 ∗ 560,4 = 𝑝 595 𝑉 = 734984,476 (ft3/d)

CALCULANDO EL AREA “A” 𝐴=

𝑉 𝑈𝑚𝑎𝑥

=

734984,476 (ft3/d) 1𝑑𝑖𝑎 1ℎ𝑟𝑎 ∗ ∗ 63,75(𝑓𝑡/𝑚𝑖𝑛) 24ℎ𝑟𝑠 60𝑚𝑖𝑛 𝐴 = 8 (𝑓𝑡)2

CALCULANDO EL DIAMETRO “d” d =√

4∗𝐴 𝜋

=√

𝑑 = 3,2 𝑓𝑡

4∗8 𝜋

USANDO EL METODO DE McCabe Thiele Tenemos los siguientes datos: --------- 𝑊𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 6,872 lb H2O/MMsfc

TEG (Pobre ) = 99%

TEG (rico ) = 95,3% (dato teorico promedio) --------- 𝑊𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 89,71 lb H2O/MMsfc

(A) (B)

Graficando según McCabe Thiele

W(H2O) vs %TEG 0,50000

B

0,45000

0,40000 0,35000 0,30000 0,25000 0,20000 0,15000 0,10000

A

0,05000 0,00000 0,00000

2,00000

4,00000

6,00000

8,00000

10,00000

Según Graficamente tendremos 20 arriba 6 abajo

𝐴𝐵𝐴𝐽𝑂

𝑁𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 = 1 + (𝐴𝑅𝑅𝐼𝐵𝐴) 6 𝑁𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 = 1 + ( ) 20 𝑁𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 = 1,30

CALCULANDO EL NUMERO REAL DE PLATOS (BANDEJAS) 𝑁𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 𝑁𝑅𝐸𝐴𝐿 = ( ) 𝑇𝐸𝐺 (𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎) 1,30 𝑁𝑅𝐸𝐴𝐿 = ( ) 0,25 𝑁𝑅𝐸𝐴𝐿 = 5,2 𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒𝑎 𝑎 𝑢𝑛 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑁𝑅𝐸𝐴𝐿 = 6 (numero de bandejas)

12,00000

CALCULANDO LA ALTURA DE LA TORRE TOMANDO EN CUENTA UN DATO TEORICO DE DISTANCIA ENTRE BANDEJAS DE 2 ft 𝐻=

2 ∗ 𝑁𝑅𝐸𝐴𝐿 𝑇𝐸𝐺 (𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)

𝐻=

2 (𝑓𝑡) ∗ 6 0,25

𝐻 = 48 (𝑓𝑡)

14) Un flujo de gas humedo de 150 MMscfd con gravedad especifica entra a una contactora con TEG a 1200 psia y 80 °F. La especificacion de humedad para el gas de salida es 4 lbH2O/MMscf. Calcular el diametro y la altura para la torre de absorcion. Usar una temperartura de aproximacion de 10 °F para el punto de rocio.

Tasa de flujo de gas Gravedad especifica de gas Presion de operación Temperatura del gas de entrada Z Factor de condensado Fp Caida de presion por altura de relleno

150 MMscfd 0,56 1175 psia 90 °F 0,875 580 0,3

SOLUCION CALCULANDO LA DENSIDAD DEL GAS 𝜌𝑔𝑎𝑠 = 𝜌𝑔𝑎𝑠 =

2,7 ∗ 𝑆𝐺 ∗ 𝑃 𝑧∗𝑇

2,7 ∗ 0,56 ∗ 1175 0,875 ∗ (80 + 460)

𝜌𝑔𝑎𝑠 = 3,76 (𝑙𝑏/𝑓𝑡3) CALCULANDO LA VELOCIDAD SUPERFICIAL MAXIMA 𝜌𝑇𝐸𝐺 − 𝜌𝑔𝑎𝑠 1/2 𝑈𝑀𝐴𝑋 = 𝐹𝑝 ∗ ( ) 𝜌𝑔𝑎𝑠

70 − 3,69 1/2 ) 3,69

𝑈𝑀𝐴𝑋 = 580 ∗ (

𝑓𝑡 𝑓𝑡 𝑈𝑀𝐴𝑋 = 2434,41 ( ) = 40,57 ( ) ℎ𝑟𝑎 𝑚𝑖𝑛

CALCULANDO NUMERO DE MOLES EN LA ENTRADA 𝑛𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =

𝑛𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =

𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑜𝑙. (𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟)

150𝑥106 (𝑠𝑐𝑓𝑑) 𝑠𝑐𝑓 379,5 ( − 𝑚𝑜𝑙) 𝑙𝑏

𝑛𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 395256,92 (𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙) CALCULANDO CAUDAL DE ENTRADA 𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =

𝑧∗𝑛∗𝑅∗𝑇 𝑃

0,875 ∗ 395256,92 ∗ 10,73 ∗ (80 + 460) 1175

𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1705466,33 (

𝑓𝑡3 ) = 1184,35 (𝑓𝑡3/𝑚𝑖𝑛) 𝑑𝑖𝑎

CALCULANDO EL AREA DE LA TORRE 𝐴=

𝐴=

𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑈𝑀𝐴𝑋

1184,35 (𝑓𝑡3/𝑚𝑖𝑛) 𝑓𝑡 40,57 ( ) 𝑚𝑖𝑛 𝐴 = 29,2 (ft)2

CALCULAR EL DIAMETRO DE LA TORRE 4∗𝐴 𝑑=√ 𝜋 4 ∗ 29,2 𝑑=√ 𝜋 𝑑 = 6,1 𝑓𝑡 CALCULANDO ALTURA ℎ= ℎ=

𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐴

1184,35 (𝑓𝑡3/𝑚𝑖𝑛) 29,2 𝑓𝑡2 ℎ = 40,56 𝑓𝑡

15) Se tiene 35 MMscf de gas humedo que se alimenta en un lecho de relleno desecante, el peso molecular de gas es 18 y su densidad es de 1,5 lb/ft3. La temperatura de operación es 110 °F y presion es 600 psia, a la entrada el punto de rocio es de 100 °F y a la salida el punto de rocio contiene 1 ppmH2O. Considerar las siguientes condiciones. Densidad del desecante Saturacion relativa Viscocidad del gas WM del desecante

45 lb/ft3 100 0,01 90 lb/lbmol

Determinar el tiempo de penetracion del desecante y la caida de presion del absorbedor para verificar si el diseño es recomendado. SOLUCION.Asumiendo

Xc = 0,12 WB =

35 ∗ 90 = 8750 3 ∗ 0,12

VB =

8750 = 195 𝑓𝑡 3 45

1 8

Asumir ” tamaño de partículas DP =

Vg = 540 ∗ (

1 = 96 ft 8 ∗ 12

1 𝑓𝑡 )1/2 = 45 8 ∗ 12 ∗ 1.5 𝑚𝑖𝑛

25 ∗ 35𝑏 ∗ 1 ∗ 70 1/2 d = ( ) = 3,9 ft 600 ∗ 45 hB =

𝑉𝐵 195 ∗ 4 = = 16,3 ft 2 𝑑 𝜋 ∗ 3,92 𝜋∗ 4

𝐺𝑊 q = 0,053 ( 2 ) = 𝑑

hz = 31, 25 (

Xc = X′s ∗

35 ∗ 90 ∗ 0,053 3, 92

110,7895 ) 450,5505 ∗ 1000,2606

= 9,03

hz = 7,5 ft

( ℎ𝐵 – 0,45 ∗ ℎ𝑧 ) [16,3 – 0,45 ∗ 7,5] 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 = 14,7 = 11, 236 ℎ𝐵 16,3 100 𝑙𝑏𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑

Tiempo: tB =

0,01 ∗ 𝑋𝑐 ∗ 𝜌 𝐵 ∗ ℎ𝐵 0,01 ∗ 11,2 ∗ 45 ∗ 16,3 = = 7,468 𝑞 11

ΔP = 0,0560 ∗ μVg + 8,89 ∗ 10−5 ∗ ρ ∗ V𝑔2 ΔP = (0,0560 ∗ 0,01 ∗ 45 + 8,89 ∗ 10−5 ∗ 1,5 ∗ V452 ∗ 16,3) ΔP = 3,96 psi Es bajo que 8 psia ( recomendado)

16) Un pozo de gas produce 10MMSCF/DIA junto con 2000 libras de agua y 700 barriles por dia (BPD) de condensado teniendo una densidad de 300 libras/barril. La temperatura de la formacion del hidrato es de 75 °F. Si la temperatura promedio de flujo es 65 °F, determine la cantidad de metanol necesitada para inhibir la formacion del hidrato en la linea de flujo, dado que la solubilidad del metanol en el condensado es 0,5% por peso y que el promedio del metanol del peso de metanol en agua es 0,95. Encontrar la cantidad de concentracion total de glicol en la fase liquida. SOLUCION CALCULANDO VARIACION DE TEMPERATURA EN EL SISTEMA △ 𝑇 = 𝑇𝐹𝐻 − 𝑇 △ 𝑇 = (75 − 65)˚𝐹 △ 𝑇 = 10 ˚𝐹 USANDO LA ECUACION DE HAMMERSCHMIDT △𝑇 =

10 =

𝐾∗𝑊 𝑀 ∗ (100 − 𝑊)

2335 ∗ 𝑊 32,04 ∗ (100 − 𝑊) 𝐾 = 12,066%

METANOL REQUERIDO EN EL AGUA ES: 𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 =

𝑊 ∗ 𝑊𝐴𝑔𝑢𝑎 100%

12,066% ∗ 2000(𝑙𝑏/𝑑) 100%

𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 241,32 (𝑙𝑏/𝑑) CALCULANDO LAS LIBRAS DE METANOL EN EL VAPOR 𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 =

0,95 𝑙𝑏(𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) ∗ 𝐾 ∗ 𝑄𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 =

0,95 𝑙𝑏(𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 ∗ 12,066 ∗ 10 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑑

𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 114,63 (𝑙𝑏/𝑑)

CALCULANDO METANOL DISUELTO EN EL CONDENSADOR 𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 =

0,5%(𝑆𝑂𝐿. 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) ∗ 𝜌 ∗ V(condensado) 100%

0,5%(𝑆𝑂𝐿. 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) 𝑙𝑏 ∗ 300 ( ) ∗ 700(𝐵𝑏𝑙/𝑑) 100% 𝐵𝑏𝑙

𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 1050 (𝑙𝑏/𝑑)

LA CANTIDAD TOTAL DE METANOL USADO SERÁ 𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 241,32 + 114,63 + 1050 𝑊𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 1405,95 (𝑙𝑏/𝑑)

17) En un lecho de tamiz molecular de solido granular 1/16´´ de diametro, se efectua una deshidratacion de gas natural, con un ciclo de 8 horas en cada lecho, dicho gas fluye incrementandose su volumen a 200 MMpcd. Estimar el incremento de presion y determinar si la capacidad del lecho que permita continuar operando a un ciclo de tiempo de 8 horas. El agua entra al lecho a 150 °F y 885 psia. El contenido de agua es 70% de saturacion a 65 °C. El peso molecular del gas es de 16,5 y la viscocidad 0,014 cP, con z=0,86. El lecho de adsorcion contiene 39000 lb con una densidad de 44 lb/ft3. El diametro interno de la pared del lecho es de 5,5 ft. Solución: Calculamos el número de moles de entrada 𝑄

𝑛 𝑒𝑛𝑡 =

379,5

𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙

=

200 𝑀𝑀𝑝𝑐𝑑 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 = 527009,22 379,5 𝑑𝑖𝑎

Para el caudal de entrada tendremos 𝑄 𝑒𝑛𝑡 = 𝑄 𝑒𝑛𝑡 =

𝑧∗𝑛∗𝑇∗𝑅 𝑃

0,86 ∗ 527009,22 ∗ 610 ∗ 10,73 = 3351991,82𝑝𝑐𝑑 885

𝑄 𝑒𝑛𝑡 = 3351991,82

𝑝𝑐 1 𝑑𝑖𝑎 1 𝐻𝑟 𝑝𝑐 ∗ ∗ = 2327,77 𝑑𝑖𝑎 24𝐻𝑟 60 𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑖𝑛

Calculamos la velocidad y la densidad el gas 𝑄 𝑒𝑛𝑡 2327,77 = 𝜋 = 97,98 𝑓𝑡/𝑚𝑖𝑛 2 𝐴 ∗ 5,5 4

𝑉𝑠 =

𝜌𝑔=

𝑃𝑀 1000 ∗ 21,66 𝑙𝑏 = = 2,59 𝑍 ∗ 𝑅 ∗ 𝑇 0,86 ∗ 10,73 ∗ (95 + 460) 𝑝𝑐

Altura del lecho: 𝑉 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 =

𝑚 39000 𝑙𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐 = = 886,36 𝑝𝑐 𝑙𝑏 𝜌 44 𝑝𝑐

𝐿=

𝑉 886,36 = 𝜋 = 37,31 𝑓𝑡 2 𝐴 ∗ 5,5 4

∆𝑃 = (ß ∗ μ𝑠 ∗ 𝑉𝑠 + 𝐶 ∗ 𝜌𝑔 ∗ 𝑉𝑠 2 ) ∗ 𝐿

∆𝑃 = (0,152 ∗ 0,0126 ∗ 97,98 + 0,000136 ∗ 2,59 ∗ 3097,982 ) ∗ 37,31 = 133,94 𝑝𝑠𝑖

La caída de presión es muy elevada por tanto repetiremos todo el proceso de cálculos variando el diámetro y el caudal.

D asumido (ft) Q total (M MPCD) Vs (ft/min) L (ft) ΔP (psi)

1 8 200 46,31 17,65 15

2 8,5 150 30,77 15,62 6,14

3 8,5 140 28,71 15,62 5,3

Por tanto seleccionamos el ultimo ya que cumple con la especificación de caída de presión. Para hallar la capacidad del desecante

P= 885 psi T= 150 ºF

275 lb H2O/MMscf

275 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 140 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 1 𝑑𝑖𝑎 8 ℎ𝑟𝑠 ∗ ∗ ∗ = 12833,33 𝑙𝑏 𝐻2𝑂/𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑑𝑖𝑎 24 ℎ𝑟𝑠 1 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 12833,33𝑙𝑏

𝐻2𝑂 = 𝐶𝑎𝑝 ∗ 𝐶𝑠 ∗ 𝐶𝑡 𝑑𝑖𝑎

𝐶𝑠 = 0,636 + 0,0826 ln(70) = 0,98 𝐶𝑡 = 1,2 − 0,0026 ∗ 120 = 0,81 𝐶𝑎𝑝 = 0,42

18) Calcule el diametro, la altura y peso de una columna de absorcion para la deshidratacion de un gas bajo las siguientes condiciones de operación: Flujo del gas natural = 90 MMSCFD a 0,627 de SG, Saturacion de agua a 1000 psig, 100°F. Se utiliza TEG para la deshidratacion (la pureza 98,5%) Cd (contactor)=0,86 z=0,81 SOLUCION: Densidad del gas: 𝜌𝑔𝑎𝑠 = 2,7 ∗ 𝜌𝑔𝑎𝑠 =

𝑃 ∗ 𝑆𝐺𝑔𝑎𝑠 𝑧∗𝑇

2,7 ∗ 1014,7 ∗ 0,627 0,81 ∗ (100 + 460)

𝜌𝑔𝑎𝑠 = 3,79

𝑙𝑏 𝑓𝑡

Velocidad permisible del gas: 𝜌𝐿 − 𝜌𝑔 𝑣 =𝐾∗√ 𝜌𝑔

𝑣 = 600 ∗ √

70 − 3,79 3,79

𝑣 = 2507,8

𝑓𝑡 𝑓𝑡 ≈ 41,8 ℎ𝑟 𝑚𝑖𝑛

Moles de entrada 𝑛𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =

𝑛𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =

90 ∗ 106 379,5

𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑐𝑓 379,5 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙

𝑛𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 237154,15

𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎

Caudal de entrada: 𝑄𝑒𝑛𝑡 = 𝑄𝑒𝑛𝑡 =

𝑧∗𝑛∗𝑅∗𝑇 𝑃

0,81 ∗ 237154,15 ∗ 10,73 ∗ (100 + 460) 1014,7

𝑄𝑒𝑛𝑡 = 789,96

Area del contactor: 𝐴= 𝐴=

789,96 41,8

𝑄𝑒𝑛𝑡 𝑣𝑒𝑙 𝐴 = 18,9 𝑓𝑡2

Diametro del contactor: 4∗𝐴 𝑑=√ 𝜋

4 ∗ 18,9 𝑑=√ 𝜋

𝑑 = 4,91𝑓𝑡

𝑓𝑡3 𝑚𝑖𝑛

Altura del contactor: ℎ=

𝑉 𝐴

ℎ=

789,96 18,9

ℎ = 41,8 𝑓𝑡

19) El campo Bulo Bulo procesa 75 MMscfd de un gas natural dejando el campo a 90 °F y 1000 psia, el gas llega a a la planta de tratamiento a 55 °F y 750 psia. La gravedad especifica del gas es de 0,65. La produccion de condensado asociado es de 15 Bbl/MMscf. El condensado tiene una gravedad API de 68 y Peso Molecular de 140. Calcular la cantidad de metanol al 80% en peso requerido para evitar la formacion de hidratos en el ducto. SOLUCION: Contenido de agua

Para: P=1000psia y T=90°F 𝑊𝐻20 = 45

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Para: P=750psia y T=55°F 𝑊𝐻20 = 18

∆𝑊𝐶𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 45 − 18 = 27 𝑚𝐻20 = 75

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 27 = 2025 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑑𝑖𝑎

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Temperatura de formacion de hidratos

Temperatura de formaciond e hidratos 𝑇𝐻 = 63°𝐹

Concentracion del metanol

𝑋𝑅 =

𝑑 ∗ 𝑃𝑀 𝐾𝑚 + 𝑑 ∗ 𝑃𝑀

𝑑 = 𝑇𝐻 − 𝑇𝑔𝑎𝑠 𝑓𝑟𝑖𝑜 𝑋𝑅 =

𝑑 = 63 − 55

8 ∗ 32 2335 + 8 ∗ 32

𝑑 = 8°𝐹

𝑋𝑅 = 0,1 ≅ 10%𝑤𝑡

Relacion masica del inhibidor en la fase acuosa (80%wt de metanol) 𝑚1 =

𝑋𝑅 ∗ 𝑚𝐻20 0,1 ∗ 2025 = 𝑋𝐿 − 𝑋𝑅 0,8 − 0,1

Estimacion por perdidas de evaporacion

𝑚1 = 289,29

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎

Para: P=750 psia y T=55°F 1,86

𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 1,86

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑤𝑡% 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ∗ 75 ∗ 10%𝑤𝑡 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 1395 𝑤𝑡% 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑎

Estimacion por perdidas en el condensado de hidrocarburo

Para: T=55°F y

Xr=10%wt

No existe perdidas por evaporacion de condensado

Cantidad total de inyeccion de inhibidor: 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑑𝑜𝑟 = 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑚𝑝𝑒𝑟𝑑 𝑒𝑣𝑎𝑝 + 𝑚𝑝𝑒𝑟𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑑𝑜𝑟 = 289,29 + 1395 + 0 = 1684,29

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎

20) 100 MMscfd de un gas natural deja una plataforma offshore a 100 °F y 1200 psia, el gas llega a tierra a 40°F y 900psia. La temperatura de formacion de hidratos del gas es 65 °F, la produccion de condensado asociado es de 10 Bbl/MMscf. El condensado tiene una gravedad API de 50 y Peso Molecular de 140. Calcular la cantidad de metanol requerido para prevenir la formacion de hidratos en el ducto. SOLUCION: Contenido de agua:

Para:

To = 100°F

Po = 1200 psia

𝑊𝐻2𝑂 = 55

Para:

Tf = 40°F

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Pf = 900 psia

𝑊𝐻2𝑂 = 10

Calculo del agua condensada: ∆𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 𝑊𝑜 − 𝑊𝑓 𝑚𝐻2𝑂 = 100

∆𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 55 − 10 = 45

𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 45 = 4500 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑑𝑖𝑎

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Calculo de concentracion del metanol: Depresion del punto de rocio: ∆𝑡 = 𝑡𝑜 − 𝑡𝑓 ∆𝑇 =

𝐾 ∗ 𝑥𝑅 100(𝑀𝑖𝑛ℎ ) − (𝑀𝑖𝑛ℎ ) ∗ (𝑥𝑅 )

∆𝑡 = 65 − 40 = 25°𝐹 25 =

2335 ∗ 𝑥𝑅 32 ∗ (100 − 𝑥𝑅 )

𝑥𝑖𝑛ℎ = 25,5%𝑤𝑡 = 0,255 𝑃⁄𝑃

Calculo de la masa del inhibidor para eliminar el agua 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 =

4500 ∗ 0,255 1 − 0,255

𝑚𝐻2𝑂 𝑐𝑜𝑛𝑑 ∗ 𝑥𝑖𝑛ℎ 𝑥𝑙 − 𝑥𝑖𝑛ℎ 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 1540,27

𝑙𝑏 𝑑𝑖𝑎

Estimacion por perdidas de evaporacion

Para: P=900 psia y T=40°F 1,25

𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 1,25

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑤𝑡% 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ∗ 100 ∗ 25,5%𝑤𝑡 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 3187,5 𝑤𝑡% 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑎

Estimacion por perdidas en el condensado de hidrocarburo

Para: T=40°F y

Xr=25,5%wt

0,15% 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑖𝑑𝑟𝑜𝑐𝑎𝑟𝑏𝑢𝑟𝑜

100

𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑏𝑏𝑙 𝑏𝑏𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 ∗ 10 = 1000 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑑𝑖𝑎

𝑆𝐺 =

141,5 𝐴𝑃𝐼 + 131,5

𝑆𝐺 =

𝜌𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 = 𝑆𝐺 ∗ 𝜌𝐻2𝑂 = 0,78 ∗ 8,33 1000

141,5 50 + 131,5

𝑙𝑏 42𝑔𝑎𝑙 ∗ 𝑔𝑎𝑙 1𝑏𝑏𝑙

𝑆𝐺 = 0,78 𝜌𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 = 272,89

𝑏𝑏𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑙𝑏 1 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 ∗ 272,89 ∗ = 1949,21 𝑑𝑖𝑎 𝑏𝑏𝑙 140 𝑙𝑏 𝑑𝑖𝑎

1949,21 2,92

𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 0,15 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ∗ = 2,92 𝑑𝑖𝑎 100 𝑙𝑏 𝑑𝑒 𝐻𝐶 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑖𝑎

𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 32 𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 ∗ = 93,44 𝑑𝑖𝑎 1 𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎

Cantidad total de inyeccion de inhibidor (metanol): 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑑𝑜𝑟 = 𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑚𝑝𝑒𝑟𝑑 𝑒𝑣𝑎𝑝 + 𝑚𝑝𝑒𝑟𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑖𝑛ℎ𝑖𝑏𝑖𝑑𝑜𝑟 = 1540,27 + 3187,5 + 93,44 = 4821,21

𝑙𝑏 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎

𝑙𝑏 𝑏𝑏𝑙

21) En un lecho de tamiz molecular se esta procesando 11326632 mcd a un ciclo de 12 horas por cada lecho, el flujo de gas es incrementado a 13025627 mcd. Estimar la caida y variacion de presion en el lecho, el gas ingresa al lecho a 650 °R y 1150 psia, el contenido de agua es de 88% de saturacion a 160 °F, y tiene una viscosidad de 0,014 cp y un factor de compresibilidad de 0,89, el lecho de adsorcion contiene 45000 lb de 1/8’’ de diametro de solido granular con una densidad de 44 lb/ft3, siendo el diametro interno de la pared del lecho de 8 ft, el absorvente instalado tiene 2,5 años de funcionamiento. Datos Qtotal = 11.326.632 mcd T= 12 horas Qfinal = 13.025.627 mcd  Determinamos la cantidad de agua a la entrada: Del grafico: Tpr = 160 °F; Pop = 1150 psi

Cantidad de agua por ciclo: 12 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 𝐿𝑏 𝐻2 𝑂 𝐿𝑏𝐻2 𝑂 × 13.25 𝑀𝑀𝑝𝑐𝑑 × 260 ( ) = 1722.5 ( ) 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 Calculo de la carga 𝑚𝑠 =

1722.5 𝐿𝑏 𝐻2 𝑂 = 28708.33 𝐿𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 𝐿𝑏𝐻2 𝑂 0.060 𝐿𝑏 𝑑𝑒𝑠𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑉=

𝑚 28708.33 = = 652.46 (𝑓𝑡 3 ) 𝑑 44

Calculo de la altura de la torre: 𝐴=

𝜋 𝜋 × 𝑑2 = × 82 = 50.26 (𝑓𝑡 2 ) 4 4

Diámetro de la torre: A 1000 psia es recomendable una velocidad superficial de 65ft/min, entonces de la ecuación de diámetro tenemos: 𝑑2 = 3600 ×

𝑄𝑆 × 𝑇 × 𝑍 13.25 × 620 × 0.89 = 3600 × = 1.67 𝑖𝑛 𝑉𝑚 × 𝑃 65 × 1000 𝑑 = 20.12 𝑓𝑡

La altura de la cama será: 𝐴=

𝜋 𝜋 × 𝑑2 = × 82 = 50.26 (𝑓𝑡 2 ) 4 4 𝐿=

𝑉 652.46 = = 12.98 𝑓𝑡 𝐴 50.26

Calculamos la caída de presión asumiendo 1/8plg de diámetro de lecho viscosidad de 0.014cp ∆𝑃 65 2 𝑝𝑠𝑖 = 𝛽𝜇𝑣 + 𝑐𝑝𝑣 2 = 0.056 × 0.014 × 65 + 0.0000889 × 1.7 × = 0.114 ( ) 𝐿 10 𝑓𝑡 ∆𝑃 = 0.114 (

𝑝𝑠𝑖 𝑝𝑠𝑖 ) × 𝐿 = 0.114 ( ) × 12.98 𝑓𝑡 𝑓𝑡 𝑓𝑡 ∆𝑃 = 1.48

22) 15 MMscfd de un gas natural con una gravedad especifica de 0,65 es enfriado al ingresar a un ducto subterraneo a 55 °F. La presion en la tuberia es de 1100 psia, la concentracion de etilenglicol en el mercado es de 85% en peso. Que volumen de etilenglicol debe ser añadido diariamente si el gas entra al ducto a 120°F. Calcular: a) El contenido de agua de un gas natural a una presion de 298 psi y 225 °F e indique en que porcentaje difieren los resultados obtenidos b) Si variamos la presion de saturacion del agua a una temperatura de 230°F considerando la cantidad de agua en el gas calculada, ¿cual sera la nueva presion de operación? SOLUCION: Presion inicial: 𝑃𝑜 𝑃𝑓 = 𝑇𝑜 𝑇𝑓

𝑃𝑜 =

𝑃𝑓 1100 ∗ 𝑇𝑜 𝑃𝑜 = ∗ 120 𝑇𝑓 55

𝑃𝑜 = 2400𝑝𝑠𝑖𝑎

Contenido de agua

Para:

To = 120°F

Po = 2400 psia

𝑊𝐻2𝑂 = 57

Para:

Tf = 55°F

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Pf = 1100 psia

𝑊𝐻2𝑂 = 14

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Agua condensada: ∆𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 𝑊𝑜 − 𝑊𝑓 𝑚𝐻2𝑂 = 15

∆𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 57 − 14 = 43

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 43 = 645 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑑𝑖𝑎

Temperatura de formacion de hidratos

Temperatura de formaciond e hidratos 𝑇𝐻 = 64°𝐹

Concentracion de EG

𝑋𝑅 =

𝑑 ∗ 𝑃𝑀 𝐾𝑚 + 𝑑 ∗ 𝑃𝑀

𝑑 = 𝑇𝐻 − 𝑇𝑔𝑎𝑠 𝑓𝑟𝑖𝑜 𝑋𝑅 =

𝑑 = 64 − 55

9 ∗ 62,07 2200 + 9 ∗ 62,07

𝑑 = 9°𝐹

𝑋𝑅 = 0,2025 ≅ 20,25%𝑤𝑡

Relacion masica del inhibidor en la fase acuosa (85%wt de etilenglicol) 𝑚1 =

𝑋𝑅 ∗ 𝑚𝐻20 0,2025 ∗ 645 = 𝑋𝐿 − 𝑋𝑅 0,85 − 0,2025

𝑚1 = 201,72

𝑙𝑏 𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 𝑑𝑖𝑎

Volumen de etilenglicol 𝜌𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 = 9,26 𝑉𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 =

𝑚 𝜌

𝑉𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 =

201,72 9,26

𝑙𝑏 𝑔𝑎𝑙 𝑉𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 = 21,78 𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠

23) 30 MMsfcd de gas natural 0,65 GRSP entra en un contactor de TEG a 600 psia y 100 °F. Especificacion de contenido de agua de salida es de 7 lbH2O/MMscf y la velocidad de circulacion del TEG es 3 galTEG/lbH2O. Estimar el diametro del contactor y el numero de bandejas y la altura del embalaje estructurado necesaria para cumplir con este requisito. Asumir z=0,92 SOLUCION: Contenido de agua

Para: W=7lbH2O/MMscf y P=600psia 𝑇𝑟𝑜𝑐𝑖𝑜 = 24°𝐹

Para: T=100°F y P=600psi 𝑊𝐻20 𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 = 90

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

𝐶𝑇𝐸𝐺 = 98,8%𝑤𝑡

Eficiencia de remocion del agua 𝐸=

𝑊𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 − 𝑊𝑜𝑢𝑡𝑙𝑒𝑡 90 − 7 = 𝑊𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 90

𝐸 = 0,922

Numero de platos reales:

Para GWR=3galTEG/lbH2O y C=99%wt 𝑊𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 − 𝑊𝑜𝑢𝑡𝑙𝑒𝑡 = 0,885 𝑊𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡

Para GWR=3galTEG/lbH2O y C=99%wt 𝑊𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 − 𝑊𝑜𝑢𝑡𝑙𝑒𝑡 = 0,925 𝑊𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡

𝑁 = 1,5



𝐸 = 0,885

𝑁 = 2,0



𝐸 = 0,925

Donde la eficiencia calculada se acerca mas a la eficiencia del numero de platos teoricos “N=2” #𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠 =

#𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜

Para platos con capsulas de burbujeo (eficiencia de 25%): #𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠 =

2 = 8 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 0,25

Para platos con embalaje estructurado (eficiencia de 33%): #𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠 =

2 = 6,06 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 ≈ 7 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 0,33

PARAMETROS DE DISEÑO (para platos con capsulas de burbujeo): Velocidad masica:

𝜌𝑔𝑎𝑠 =

𝜌𝑇𝐸𝐺

𝑃∗𝑀 600 ∗ 0,65 ∗ 28,96 𝑙𝑏 = 𝜌𝑔𝑎𝑠 = 2,04 𝑅 ∗ 𝑇 ∗ 𝑧 10,73 ∗ (100 + 460) ∗ 0,92 𝑓𝑡3

𝑔 1 𝑙𝑏 2,54 𝑐𝑚 3 12 𝑝𝑙𝑔 3 𝑙𝑏 = 1,119 ∗ ∗( ) ∗( ) = 69,9 𝑐𝑐 453,6 𝑔 1 𝑝𝑙𝑔 1 𝑓𝑡 𝑓𝑡3

𝐺 = 𝐶[𝜌𝑔𝑎𝑠 ∗ (𝜌𝑇𝐸𝐺 − 𝜌𝑔𝑎𝑠 )]

0,5

𝐺 = 576 ∗ [2,04 ∗ (69,9 − 2,04)]0,5 𝐺 = 6777,11

𝑙𝑏 𝑓𝑡2 ∗ ℎ𝑟

Tasa de flujo masico: 𝑚 = 30

𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 1 𝑙𝑏 1 𝑑𝑖𝑎 0,65 ∗ 28,96 𝑙𝑏 ∗ ∗ ∗ 𝑑𝑖𝑎 379,5𝑠𝑐𝑓 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴=

𝑚 𝐺

4 ∗ 𝐴 0,5 𝐷=( ) 𝜋

𝐴=

62002,63 6777,11

𝑚 = 62002,63

𝐴 = 9,15𝑓𝑡 2

4 ∗ 9,15 0,5 𝐷=( ) 𝜋

𝐷 = 3,41 𝑓𝑡

PARAMETROS DE DISEÑO (para platos con embalaje estructurado): 𝐷=(

𝐶𝑐𝑎𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝑏𝑢𝑟𝑏𝑢𝑗𝑒𝑜 𝐶𝑒𝑚𝑏𝑎𝑙𝑎𝑗𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜

0,5

)

∗ 𝐷𝑐𝑎𝑝𝑠 𝑑𝑒 𝑏𝑢𝑟𝑏

𝑙𝑏 ℎ𝑟

576 0,5 𝐷=( ) ∗ 3,41 1200

𝐷 = 2,36 𝑓𝑡

24) Se dispone de 100 MMscfd de gas natural de gravedad especifica 0,7, a una presion de 1000 psi y 110 °F, el cual debe ser deshidratado hasta un punto de rocio de 35 °F. Calcular: La temperatura a la cual se formaran hidratos en el gas, a las condiciones originales, el contenido de agua en el gas que llega a la planta, el descenso del punto de rocio, la cantidad de agua que queda en el gas deshidratado, la cantidad de agua que se debe remover del gas natural. Selección el tipo de glicol a utilizar, calcular la tasa de circulacion de TEG, utilizando una torre de cinco platos reales, diametro del absorbedor. SOLUCION: Temperatura de formacion de hidratos:

Para: P=1000psia y SG=0,7 𝑇𝐹𝐻 = 65°𝐹

Contenido de agua:

Para: P=1000psia y T=110°F 𝑊𝐻2𝑂 = 75

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

Para: P=1000psia y T=35°F 𝑊𝐻2𝑂 = 7,5

𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑊𝐻20 = 75 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑊𝐻20 = 7,5

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

Descenso del punto de rocio: ∆𝑇 = 𝑇𝐹𝐻 − 𝑇𝑟𝑜𝑐𝑖𝑜 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 65 − 35

∆𝑇𝑟𝑜𝑐𝑖𝑜 = 30°𝐹

Cantidad de agua a la salida de la contactora: 𝑚𝐻2𝑂 = 100

𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 7,5 = 750 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑑𝑖𝑎

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓

Cantidad de agua removida: Cantidad de agua al ingreso de la torre 𝑚𝐻2𝑂 = 100

𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 75 = 7500 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑑𝑖𝑎

𝑚𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 = 𝑚𝐻2𝑂 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑚𝐻2𝑂 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑚𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 = 7500 − 750

𝑚𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 = 6750

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑑𝑖𝑎

Selección de glicol a utilizar: Se usara el TEG, porque tiene mayor rendimiento que los demas glicoles

Para Top=110°F y depresion de T=30°F 𝐶𝑇𝐸𝐺 = 98,5%𝑤𝑡 𝑇𝐸𝐺

platos teoricos: #𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠𝑟𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠 =

#𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠 𝐸𝑓𝑓 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠

𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝐸𝑓𝑓 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠 = 0,25

#𝑝𝑙𝑎𝑡𝑜𝑠𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠 = 5 ∗ 0,25 = 1,25 ≈ 1,5 Tasa de circulacion del TEG:

Para E=0,9

y C=99%wt 5,4

𝑔𝑎𝑙 𝑇𝐸𝐺 𝑙𝑏 𝐻2𝑂

Tasa de circulacion minima de TEG 𝐺𝑃𝑀 = 𝐺𝑃𝑀 =

𝑄 ∗ 𝑊𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣 ∗ 𝑇𝐸𝐺 24 ∗ 60

100 ∗ (75 − 7,5) ∗ 5,4 24 ∗ 60

𝐺𝑃𝑀 = 25,31

𝑔𝑎𝑙 𝑚𝑖𝑛

Eficiencia de remocion de agua 𝐸=

𝑊𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 − 𝑊𝑜𝑢𝑡𝑙𝑒𝑡 75 − 7,5 = 𝑊𝑖𝑛𝑙𝑒𝑡 75

𝐸 = 0,9

Densidad del TEG:

Para T=110°F y C=98,5%wt 𝜌𝑟𝑒𝑙 = 1,1025

𝜌𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 = 1,1025 ∗ 62,4

𝑙𝑏 𝑙𝑏 = 68,796 𝑓𝑡3 𝑓𝑡3

Densidad del gas: 𝜌𝑔𝑎𝑠 = 2,7 ∗ 𝜌𝑔𝑎𝑠 = 2,7 ∗

𝑃 ∗ 𝑆𝐺𝑔𝑎𝑠 𝑧∗𝑇

1000 ∗ 0,7 1 ∗ (110 + 460)

𝜌𝑔𝑎𝑠 = 3,375

𝑙𝑏 𝑓𝑡3

Velocidad permisible del gas:

𝐾 = 0,16

𝑓𝑡 𝑠

𝜌𝐿 − 𝜌𝑔 𝑣 =𝐾∗√ 𝜌𝑔 68,796 − 3,375 𝑣 = 0,16 ∗ √ 3,375

𝑣 = 0,704

𝑓𝑡 𝑠

Diametro de la contactora 59,4 ∗ 𝑄 ∗ 𝑧 ∗ 𝑇 𝐷=√ 𝑃∗𝑣 59,4 ∗ 100 ∗ 1 ∗ (110 + 460) 𝐷=√ 1000 ∗ 0,704

𝐷 = 69,35 𝑝𝑙𝑔 ≅ 70𝑝𝑙𝑔

𝐷 ≅ 70𝑝𝑙𝑔 = 5,8𝑓𝑡

25) En una planta de gas se esta tratando un gas natural con las siguientes caracterizticas: TEG en solucion al 98,7% en peso Regeneracion a 400 °F y presion atmosferica Gas de alimentacion: presion 1230 psia y temperatura 100 °F Caudal volumetrico de cada unidad: 70 MMscfd Gas tratado a presion de 1214,7 psia Contenido de agua 7 lb/MMscf maximo Gas saturado con agua, la composicion de gas es la siguiente: Componente CO2 N2 C1 C2 C3 C4 TOTAL

% molar 15,60 0,17 83,53 0,57 0,07 0,06 100

Calcular: a) Contenido de agua del gas a la entrada de la planta b) Agua a ser removida en la corriente de gas c) Caudal de circulacion del gas SOLUCION COMPONENTE CO2 N2 C1 C2 C3 C4

%Molar 15,6 0,17 83,53 0,57 0,07 0,06 100

Xi (molar) 0,156 0,0017 0,8353 0,0057 0,0007 0,0006 1

Mi (lb/lb-mol) 28,013 44,01 16,043 30,07 44,097 58,124

Xi*Mi 4,370028 0,074817 13,4007179 0,171399 0,0308679 0,0348744 18,0827042

𝑀𝐺𝐴𝑆 = 18,083 (𝑙𝑏/𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙) CALCULANDO LA GRAVEDAD ESPECIFICA 𝑆𝐺 =

𝑀𝐺𝐴𝑆 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑆𝐺 = 𝑆𝐺 = 0,62

18,083 (𝑙𝑏/𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙) 28,96 (𝑙𝑏/𝑙𝑏𝑚𝑜𝑙)

PARA ENCONTRAR LA PRESIÓN DE FORMACIÓN DE HIDRATOS USAMOS EL SIGUIENTE GRÁFICO

Se lee una temperatura de formación de hidratos: 𝑇=63 ℉ CALCULAR EL CONTENIDO DE AGUA SATURADA CON LA GRÁFICA DE MCKETTA AND WEHE

De la gráfica se obtiene: 𝑊𝐻2𝑂=16 (𝑙𝑏𝐻2𝑂/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓) CONTENIDO DE AGUA A LA ENTRADA 70 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑∗16 (𝑙𝑏 𝐻20 /𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓)=1120 𝑙𝑏𝑠 𝐻20 𝑊𝐻2𝑂 = 1120 lbs H20 AGUA A SER REMOVIDA 16 (𝑙𝑏 𝐻207𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓)−7 (𝑙𝑏 𝐻20/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓)= 9 (𝑙𝑏 𝐻207𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓) 70 (𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑)∗9 (𝑙𝑏 𝐻20/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓) = 490 (𝑙𝑏 𝐻20) 𝑊𝐻2𝑂 (𝑟𝑒𝑣𝑜𝑚𝑖𝑑𝑎) = 490 (lb H20) CAUDAL DE CIRCULACIÓN ṁ = 70 (

MMscf 1 (𝑚𝑜𝑙) 18,084 lb 1dia )∗ ∗ ∗ = 138985,52 (lb/hr) 𝑑𝑖𝑎 379,5 𝑠𝑐𝑓 1 𝑚𝑜𝑙 24 ℎ𝑟𝑎𝑠

DENSIDAD DEL GAS: 0,624 𝑔𝑟 (30,48)3 𝑐𝑚3 1 𝑙𝑏 𝑙𝑏 ∗ ∗ = 38,954 ( ) 𝑐𝑚3 1 𝑓𝑡3 453,6 𝑔𝑟 𝑚3 Entonces: 138985,52

𝑙𝑏 1 𝑓𝑡3 ( ) ℎ𝑟𝑎 38,954 𝑙𝑏

𝑓𝑡3 𝑄𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 3567,9 ( ) ℎ𝑟𝑎 26) Se dispone de 100 MMscfd de gas natural de gravedad especifica 0,7 a una presion de 1000 psi y 110 °F, el cual debe ser deshidratado hasta un punto de rocio de 35 °F. Calcular: La temperatura a la cual se formara hidratos en el gas, a las condiciones originales Contenido de agua en el gas que llega a la planta Descenso del punto de rocio Cantidad de agua que queda en el gas deshidratado Cantidad de agua que se debe remover del gas natural Seleccione el tipo de glicol a utilizar Calcular la taza de circulacion de TEG, utilizando una torre de cinco platos reales Diametro del absorbedor SOLUCION DETERMINAR LA TEMPERATURA DE FORMACIÓN DE HIDRATOS Tenemos: SG=0,7 Y 𝑃=1000 𝑃𝑠𝑖

Del gráfico encontramos: 𝑇𝐹𝐻 =65 ℉

DETERMINANDO EL CONTENIDO DE AGUA CON LA GRÁFICA DE MCKETTA AND WEHE Con los siguientes datos: 𝑃=1000 𝑝𝑠𝑖 y 𝑇=65 ℉

De la gráfica se lee: 𝑊𝐻2𝑂=20 (𝑙𝑏𝐻2𝑂/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓)

DESCENSO DE PUNTO DE ROCIO

𝑑𝑒𝑠𝑐𝑒𝑛𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑐𝑖𝑜=35−64 △ 𝑇𝑅𝑂𝐶𝐼𝑂 =−29 ℉

CANTIDAD DE AGUA QUE QUEDA 100 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓∗20 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓=2000 𝑙𝑏𝑠 𝐻20 𝑊𝐻2𝑂(𝑅𝐸𝐶𝐼𝐷𝑈𝑂) = 2000 lbs H20 =−29 ℉ CANTIDAD DE AGUA QUE SE DEBE DESHIDRATAR Según normas estándar para contenido mínimo de contenido de agua 20 (𝑙𝑏𝐻2𝑂𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓)−7 (𝑙𝑏𝐻2𝑂𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓⁄ 13 𝑙𝑏𝐻2𝑂𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓⁄ 100 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓∗13 𝑙𝑏𝐻201 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓=1300 𝑙𝑏𝑠 𝐻20 𝑊𝐻2𝑂(𝐷𝐸𝑆𝐻𝐼𝐷𝑅𝐴𝑇𝐴𝑅) = 1300 lbs H20 SELECCIÓN DE GLICOL Se seleccionará el trietilenglicol TEG porque es el tipo de glicol más adecuado para deshidratar el gas natural DENSIDAD Máxima temperatura de regeneración

69,9 lb/ft3 400 ˚F

TASA DE ELIMINACIÓN DE AGUA Suponiendo que el gas de entrada es agua saturada, puede determinarse como: 𝑊𝑟 =

𝑄𝐺(𝑊𝑖 − 𝑊𝑜) 24

Dónde: 𝑊𝑟=𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑞𝑢𝑖𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑏/ℎ𝑟 𝑊𝑖=𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑙𝑏/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑊𝑜=𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑙𝑏/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 𝑄𝐺=𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑 𝑊𝑟=100∗(20−13)24

𝑊𝑟=29,167 [𝑙𝑏ℎ𝑟⁄]

La tasa de circulación de glicol se la calcula con: 𝑄𝑇𝐸𝐺𝑚𝑖𝑛=𝐺∗𝑊𝑟 Se considera el valor de 0,2 para G porque estamos trabajando con TEG 𝑄𝑇𝐸𝐺𝑚𝑖𝑛=0,2∗29,167 𝑄𝑇𝐸𝐺𝑚𝑖𝑛=5,8 [𝑔𝑎𝑙ℎ𝑟] CALCULAR EL DIAMETRO DEL ABSORBEDOR 0,0357 ∗ 𝑚0,5 𝑑= (ρ𝑔 (ρ𝑙 − ρ𝑔 ))0,25 La separación entre plato y plato en torre es de unas de 24". Normalmente una torre para manejar unos 7 MPCN requiere de unos 6 -8 platos.

𝑚 = 100𝑥106

𝑠𝑐𝑓 1 𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙 𝑙𝑏 1 𝑑𝑖𝑎 ∗ ∗ 0,7 ∗ 28,96 ∗ 𝑑𝑖𝑎 379,5 𝑠𝑐𝑓 𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙 24 ℎ𝑟𝑠 𝑚 = 222604,30 (𝑙𝑏/ℎ𝑟𝑎)

Entonces: 𝑑=

0,0357 ∗ 222604,300,5 (43,7(70 − 43,7))0,25 𝑑 = 893 (𝑓𝑡)

27) Calcule la cantidad de gas que se puede procesar si la corriente de gas llega con un contenido de agua de 7 lb/MMpcdn y se tiene que deshidratar totalmente: Cantidad de agua en el gas procesado Capacidad del desecante Masa del desecante Tiempo en ciclo de absorcion Capacidad de procesamiento del gas

7 lbH2O/MMpcdn 22% 50000 lb 24 horas 400 MMpcdn

SOLUCION CANTIDAD DE AGUA A DESHIDRATAR CADA DÍA

𝑊𝐻2𝑂(𝐷𝐸𝑆𝐻𝐼𝐷𝑅𝐴𝑇𝐴𝑅) =

7 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 400𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑

𝑊𝐻2𝑂(𝐷𝐸𝑆𝐻𝐼𝐷𝑅𝐴𝑇𝐴𝑅) = 2800 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 RENDIMIENTO DEL DESECANTE PARA UN CICLO (UN DÍA)

𝑊𝐷𝐸𝑆𝐸𝐶𝐴𝑁𝑇𝐸 = 5000 𝑙𝑏(𝐷𝐸𝑆𝐸𝐶𝐴𝑁𝑇𝐸) ∗

22 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 100 𝑙𝑏(𝐷𝐸𝑆𝐸𝐶𝐴𝑁𝑇𝐸)

𝑊𝐷𝐸𝑆𝐸𝐶𝐴𝑁𝑇𝐸 = 1100 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 Solo se puede usar 1100 lbs H20 de desecante 1100 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 ∗ 100% = 39,29% 2800 𝑙𝑏 𝐻2𝑂 LO QUE SE PODRÁ PROCESAR SERÁ EL 39,29 % DE LA CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO 400 𝑀𝑀scfd∗0,3929=157,143 𝑀𝑀scfd 𝐶𝐴𝑃𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 157,143 𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑

28) Un 96,45 wt% de glicol rico entra a un regenerador con 8 scf de extraccion de gas por galon de solucion de glicol. La temperatura del rehervidor es de 400 °F. Encontrar el porcentaje en peso (wt%) de TEG en solucion de glicol pobre bajo una presion atmosferica de 400 mmHg. Desde la linea de fondo para glicol rico en flujo 96,45 el valor inyectado de 8 scf/gal. El proceso se realiza a 400°F y luego verticalmente para obtener un 99,31% de peso. Si se emplea un vacio, y la presion absoluta es 400 mmHg, la concentracion baja de glicol es 99,52% de peso. Calcular la cantidad de glicol requerido y el requerimiento de calor en el reboiler SOLUCION PARA HALLAR EL GLICOL POBRE SE UTILIZA LA SIGUIENTE GRAFICA

Entonces hallamos el TEG de solución pobre TEG=99.3 wt% Para calcular la cantidad de glicol requerido se utiliza la siguiente ecuación 𝐿= Usaremos igual: 𝑊𝑟 = Donde

𝐿𝑤 ∗ 𝑊𝑟 ∗ 𝐺 24

(𝑊1 − 𝑊0 ) ∗ 𝐺 24

L = Flujo de circulación de Glicol en ( gal/ hora ) 𝑊𝑟 = Agua removida del gas en ( lb/ hora ) 𝑊𝑜 = Agua contenido in ( lb/ hora ) 𝐿𝑤 = Glicol Flujo de circulación de agua a glicol (galTEG/ lb H20) 𝑊1 = Contenido de Agua de Gas de entrada ( lb H2O/ MMscf ) G = Caudal de Gas en MMscfd

HALLAR “LW” CON LA SIGUIENTE ECUACIÓN 𝑇𝐸𝐺(𝑟𝑖𝑐𝑜) =

96,45% =

8,33 ∗ 𝑆𝐺 ∗ 𝑇𝐸𝐺(𝑝𝑏𝑟𝑒) 1 (8,33 ∗ 𝑆𝐺) + 𝐿𝑤 8,33 ∗ 1,126 ∗ 99,3) 1 (8,33 ∗ 1,126) + 𝐿𝑤

Lw= 3,61 (Gal TEG/lb H2O)

HALLAMOS “WR” MEDIANTE EL SIGUIENTE GRAFICO

Para una presión de 760 mmHg y Para una temperatura de 75˚F

Wr =1200lb H2O/MMscfd

𝐺=16.8𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑

Asumimos un Caudal: Reemplazamos en la primera ecuación

𝐿=

𝐿𝑤 ∗ 𝑊𝑟 ∗ 𝐺 3,61 ∗ 1200 ∗ 16,8 = 24 24

𝐿 = 3032,4 (𝑙𝑏/ℎ𝑟𝑎) 29) Calcular la temperatura para la formacion de hidrato a 435 psi, de la siguiente composicion de un gas natural. Aplique el metodo de Katz

Componete N2 C1 C2 C3 i-C4 H2 CO2 C6+

Fraccion molar 0,05 0,78 0,06 0,03 0,01 0,01 0,04 0,02

SOLUCION Determinando la constante K con las siguientes graficas

𝑃𝑎𝑟𝑎 50°𝐹:

𝐾𝑣𝑠 = 1,65

𝑃𝑎𝑟𝑎 55°𝐹:

𝐾𝑣𝑠 = 1,75

𝑃𝑎𝑟𝑎 50°𝐹:

𝐾𝑣𝑠 = 0,43

𝑃𝑎𝑟𝑎 55°𝐹:

𝐾𝑣𝑠 = 0,8

𝑃𝑎𝑟𝑎 50°𝐹:

𝑃𝑎𝑟𝑎 55°𝐹:

𝐾𝑣𝑠 = 0,06

𝐾𝑣𝑠 = 0,4

𝑃𝑎𝑟𝑎 50°𝐹:

𝑃𝑎𝑟𝑎 55°𝐹:

𝐾𝑣𝑠 = 0,023

𝐾𝑣𝑠 = 0,05

𝑃𝑎𝑟𝑎 50°𝐹:

𝐾𝑣𝑠 = 1,6

𝑃𝑎𝑟𝑎 55°𝐹:

𝐾𝑣𝑠 = 3,5

P=435psi Comp N2 C1 C2 C3 i-C4 H2 CO2 C6+

y

T=50°F Kvs 0,05 0,78 1,65 0,06 0,43 0,03 0,06 0,01 0,023 0,01 0,04 1,6 0,02 -

y/Kvs 0,4727 0,1395 0,5000 0,4348 0,0250 1,5720

T=55°F Kvs 1,75 0,8 0,4 0,05 3,5 -

y/Kvs 0,4457 0,0750 0,0750 0,2000 0,0114 0,8071

Interpolando: 𝑥 − 𝑥1 𝑥2 − 𝑥1 = 𝑦 − 𝑦1 𝑦2 − 𝑦1

1 − 1,572 0,8071 − 1,572 = 𝑇 − 50 55 − 50

𝑇𝐹𝐻 = 53,75°𝐹

30) 20 mmSCFD DE GAS NATURAL DE SpGr 0,65, es enfriado hasta 35°F en el transporte por ducto marino, la presion minima de la tuberia es de 1200 psia, calcule el volumen de inhibidor que debe ser añadido diariamente en el gas, si el gas saturado entra a la linea a 90°F, considerar DEG como inhibidor

SOLUCION: Presion inicial: 𝑃𝑜 𝑃𝑓 = 𝑇𝑜 𝑇𝑓 Contenido de agua

𝑃𝑜 =

𝑃𝑓 1200 ∗ 𝑇𝑜 𝑃𝑜 = ∗ 90 𝑇𝑓 35

𝑃𝑜 = 3085,71 𝑝𝑠𝑖𝑎

Para:

To = 90°F

Po = 3085,71 psia

𝑊𝐻2𝑂 = 24

Para:

Tf = 35°F

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Pf = 1200 psia

𝑊𝐻2𝑂 = 6,5

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Agua condensada: ∆𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 𝑊𝑜 − 𝑊𝑓 𝑚𝐻2𝑂 = 20

∆𝑊𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 = 24 − 6,5 = 17,5 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑙𝑏𝐻2𝑂 ∗ 17,5 = 350 𝑑𝑖𝑎 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹 𝑑𝑖𝑎

𝑙𝑏𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝑆𝐶𝐹

Temperatura de formacion de hidratos

Temperatura de formaciond e hidratos 𝑇𝐻 = 65°𝐹

Concentracion del DEG

𝑋𝑅 =

𝑑 ∗ 𝑃𝑀 𝐾𝑚 + 𝑑 ∗ 𝑃𝑀

𝑑 = 𝑇𝐻 − 𝑇𝑔𝑎𝑠 𝑓𝑟𝑖𝑜 𝑋𝑅 =

30 ∗ 106,1 4370 + 30 ∗ 106,1

𝑑 = 65 − 35

𝑑 = 30°𝐹

𝑋𝑅 = 0,4214 ≅ 42,14%𝑤𝑡

Relacion masica del inhibidor en la fase acuosa (100%wt de dietilenglicol) 𝑚1 =

𝑋𝑅 ∗ 𝑚𝐻20 0,4214 ∗ 350 = 𝑋𝐿 − 𝑋𝑅 1 − 0,4214

𝑚1 = 254,9

𝑙𝑏 𝐷𝐸𝐺 𝑑𝑖𝑎

Volumen de etilenglicol

𝜌𝑇𝐸𝐺 = 1,088

𝑔 1 𝑙𝑏 1000 𝑐𝑐 3,785 𝑙 𝑙𝑏 ∗ ∗ ∗ = 9,08 𝑐𝑐 453,6 𝑔 1𝑙 1 𝑔𝑎𝑙 𝑔𝑎𝑙 𝜌𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 = 9,08

𝑉𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 =

𝑚 𝜌

𝑉𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 =

254,9 9,08

𝑙𝑏 𝑔𝑎𝑙 𝑉𝑒𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 = 28,07 𝑔𝑎𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠

31) El metano forma hidratos a 15°C y 12,79 Mpa. Calcule la cantidad de metanol requerido para suprimir esta temperatura por 10°C utilizando la ecuacion de Hammerschmidt. SOLUCION La ecuación de Hammerschmidt

𝑋𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 =

𝑑 ∗ 𝑀𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 𝑘 + (𝑑 ∗ 𝑀𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 )

Donde: 𝑑: 𝑑𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑘: 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 2335 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑀: 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑋𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 =

50 ∗ 32𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 2335 + (50 ∗ 32𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 )

La masa que se requiere para eliminar el contenido de agua será: 𝑚𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 =

𝑋𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 ∗ 𝑊𝐶𝑂𝑁𝐷𝐸𝑁𝑆𝐴𝐷𝑂 𝑋𝐼𝑁𝑌𝐸𝐶𝐶𝐼𝑂𝑁 − 𝑋𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 )

Inyectando el 100% de metanol

𝑋𝑖𝑛𝑦𝑒𝑐=1 𝑚𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 =

0,407 ∗ 340(𝑙𝑏/𝑑) 1 − 0,407)

𝑙𝑏 𝑚𝑀𝐸𝑇𝐴𝑁𝑂𝐿 = 232,98 ( ) 𝑑 32) Un gas de gravedad especifica 0,65 y una presion de 1200 psia, suponiendo la presencia de agua libre, calcular: La temperatura a la cual puede bajarse sin que exista la formacion de hidratos Cuanto de gas puede ser expandido sin formacion de hidratos, si la temperatura inicial del gas es de 120 °F. Cuanto de gas puede ser expandido sin formacion de hidratos, si la temperatura inicial del gas es de 100 °F. SOLUCION USANDO LA SIGUIENTE GRAFICA Y con SG = 0,65 y P = 1200 psia

Se tiene: 𝑇𝐹𝐻 = 64 ˚𝐹 USANDO LA GRAFICA SIGUIENTE Para una Pi = 1200 psia y Ti = 120 °F

Se ve que las curvas no se intersectan, es decir que a estas condiciones no se da la formación de hidratos, no se puede determinar las condiciones de P Y T para la formación de hidratos USANDO LA SIGUIENTE GRAFICA

Para una Pi = 1200 psia y Ti = 100 °F, se tiene: 𝑷𝑭𝒊𝒏𝒂𝒍=𝟒𝟎𝟎 𝒑𝒔𝒊𝒂 Si se disminuye más de este valor la pesión el gas seguirá expandiéndose llegando a formar hidratos.

33) Una corriente de gas natural humedo debe ser deshidratado mediante una unidad de deshidratacion de TEG, si el caudal de flujo es de 10MMscfd, a 120 °F y 600 psia. En estas condiciones el gas esta saturado con agua a 150 lb/MMscf. El gas debe ser secado hasta 7 lb/MMscf. Calcular la velocidad de circulacion, el diametro de las torres contactora, el rendimiento del rehervidor. Utilice una taza de glicol de 2,5 gal glicol/lb de agua SOLUCION 𝑉𝑒𝑙𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 =? 𝑑𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 ? 𝑛𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 =? 𝑛𝑟𝑒ℎ𝑒𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜𝑟 =? VELOCIDAD DE CIRCULACIÓN Z= 0.90

sg= 0.63

VOLUMEN DE GAS 𝑉𝑜𝑙 (𝑚𝑜𝑙) = 379.5 𝑛=

𝑛=

𝑄 𝑉𝑜𝑙(𝑚𝑜𝑙)

𝐹𝑡 3 𝑚𝑜𝑙

10 ∗ 106 𝑓𝑡 3 𝐹𝑡 3 379.5 𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙

𝑛 = 2350.5 𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙 Entonces: 𝑛∗𝑧∗𝑅∗𝑇 𝑃 263350.5 ∗ 0.90 ∗ 10.73 ∗ 580 1𝑑𝑖𝑎 1ℎ 𝑣 𝑔𝑎𝑠 = ∗ ∗ 600 24 ℎ 60 𝑚𝑖𝑛 𝑣 𝑔𝑎𝑠 =

𝑉𝑔𝑎𝑠 = 170.82

𝑓𝑡 3 𝑚𝑖𝑛

ECUACIÓN DE SOUDER BROWN CALCULO DE LA VELOCIDAD MÁXIMA 𝜌𝐿 − 𝜌𝑉 1/2 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝜌𝑆𝐵 ( ) … … … … ec. 1 𝜌𝑉 𝑃 𝑇∗𝑍 600 ρV = 2.75 ∗ 0.65 ∗ 580 ∗ 0.90 𝜌𝐺 = 2.017 𝑙𝑏/𝑓𝑡 3 𝜌𝑔 = ρV = 2.75 ∗ G ∗

𝜌𝑆𝐵 = 660 = 𝑐𝑐𝑡𝑒 En ecuación 1. 70 − 2.013 1/2 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 660 ( ) 2.013 𝑓𝑡

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 63.93 𝑚𝑖𝑛 ÁREA DEL CONTACTOR 𝑓𝑡 3 𝑣 𝑔𝑎𝑠 170.82 𝑚𝑖𝑛 𝐴= = = 2.67 𝑓𝑡 2 𝑓𝑡 3 𝑉𝑚𝑎𝑥 63.93 𝑚𝑖𝑛 2

𝐴 = 2,67𝑓𝑡 DIÁMETRO DEL CONTACTOR

4∗𝐴 4 ∗ 2.67 𝑑= √ =√ 𝜋 𝜋

𝑑 = 1,85 𝑓𝑡𝑓𝑡

34) Hasta donde se puede expandir un gas de 0,6 de gravedad especifica en 2500 psia y 144°F sin formacion de hidratos?, aplique el metodo propuesto por Katz. Utilizando las constantes de equilibrio de vapor-solido.

Componente C1 C2 C3 n-C4 i-C4 n-C5

%molar 92,67 5,29 1,38 0,18 0,34 0,14

SOLUCION Usando la siguiente gráfica, para hallar una presión aproximada permisible:

Entonces empezaremos a trabajar con Katz para una presión de: 𝑃=250 𝑝𝑠𝑖

Suponer cierta temperatura T = 50 °F y predecir la presion de formacion de hidratos para este gas usando los datos de k vapor solido. Los resultados se muestran a continuacion:

A 250 psi Componente C1 C2 C3 n-C4 i-C4 n-C5 total

%molar 92,67 5,29 1,38 0,18 0,34 0,14 100

Xi 0,9267 0,0529 0,0138 0,0018 0,0034 0,0014 1

Kvs 2,29 0,98 0,16 0,06

A 400 psi Xs=Y/Kvs 0,4047 0,054 0,0862 0,03

0,5749

Kvs 1,75 0,5 0,07 0,02

Xs=Y/Kvs 0,5295 0,1058 0,1971 0,09

0,9224

Interpolando estos valores para x=1.0000, se tiene: 𝑃=584 𝑝𝑠𝑖𝑎

35) Efectue el diseño de una torre de absorcion y un rehervidor para una unidad de glicol con los siguientes datos: flujo del gas 0,7 MMscf/hr a 1000 psia y una temperatura de 100 °F, el punto de rocio del gas de salida es 20°F, el ingreso de gas con agua saturada tiene una masa molecular de 20,3 los datos del rehervidor para el gas es de T2=400°F - T1=280°F SOLUCION

Hallamos el contenido de agua de entrada con la siguiente figura

𝑻=𝟏𝟎𝟎º𝑭 y 𝑷=𝟏𝟎𝟎𝟎𝒑𝒔𝒊𝒂

𝑾𝒊=𝟔𝟎 𝒍𝒃/𝑴𝒔𝒄𝒇

Si multiplicamos por M = 17.4 (lb/lb-mol) 𝑾𝒊(𝑴=𝟐𝟎.𝟑)=𝑾𝒊(𝑴=𝟏𝟕.𝟒)∗𝑪𝑪=𝟔𝟎∗𝟎.𝟗𝟗=𝟓𝟗.𝟒 𝑳𝒃/𝑴𝑴𝒔𝒄𝒇

Concentración de TEG magra

𝑻=𝟐𝟎 º𝑭 𝑷=𝟏𝟎𝟎𝟎𝒑𝒔𝒊𝒂

𝑾𝒊=𝟒.𝟐 𝒍𝒃/𝑴𝒔𝒄𝒇

Multiplicando por M = 17.4 𝑾𝒊(𝑴=𝟐𝟎.𝟑)=𝟒.𝟐∗𝟏7,4=𝟒.𝟐 𝑳𝒃/𝑴𝑴𝒔𝒄𝒇 Para temperatura de gas de entrada de 100 ° F y punto de rocío de salida 20 ° F valor teórico Para TEG es 97.9%, pero disminuimos este punto 10-15 ° F. Tomemos 12 ° F para Un punto de rocío 8 ° F de concentración real de TEG magra es igual a 98,6% en peso. Glicol de la velocidad de la circulación, de la ecuación: 𝐿= “L” se supone que es 3 gal TEG / lb H2O

𝐿𝑤 ∗ 𝑊𝑟 ∗ 𝐺 24

𝑊𝑟 =𝑊𝑖−𝑊𝑜=59.4−4.2=55.2 𝑙𝑏/𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓 G = 0.7(f/hr) = 16,8MMscfd

𝐿=

3 ∗ 55,2 ∗ 16,8 = 115,9 (𝐺𝑎𝑙/ℎ𝑟𝑎) 24

La depresión del punto de rocío es △T = 100 – 20 = 80 ºF Concentración magra de glicol 98.6% Asumir que 𝑎Lw = 3(gal/lb)

Ocho contadores de bandejas reales con L, = 3 gal / lb, 80 ° F depresión del punto de rocío Y 99.1% de TEG magra satisfacen estas condiciones. HALLAMOS EL DIÁMETRO INTERIOR DEL CONTACTOR A continuación, se puede encontrar el diámetro interior del contactor de la figura siguiente Para Q = 16,8MMscfd, P = 1,000 psia

Se lee un valor de: d=2,5 ft Basado en este diámetro El modelo de lavado DHT-3610 puede elegirse de la Tabla adjunta Para el modelo DHT-3610

PARA EL DISEÑO DEL REHERVIDOR DE GLICOL SE UTILIZA LA ECUACIÓN SIGUIENTE 𝑄𝑡=𝑄𝑖+𝑄𝑤+𝑄𝑟+𝑄ℎ 𝑄𝑖= 𝐿∗𝑑∗𝐶∗(𝑇2−𝑇1)

𝑄𝑖=115.9𝑔𝑎𝑙ℎ𝑜𝑟𝑎∗9.26𝑙𝑏𝑔𝑎𝑙∗0.665𝐵𝑡𝑢𝑙𝑏ª𝐹∗(400−280) 𝑸𝒊=𝟖𝟓.𝟔𝟒 𝟒𝑩𝒕𝒖𝒉𝒐𝒓𝒂 𝑄𝑤=970.3𝐵𝑡𝑢𝑙𝑏∗55.2𝑙𝑏𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓∗16.8𝑀𝑀𝑠𝑐𝑓𝑑∗12 𝑸𝒘=𝟑𝟕.𝟒𝟗𝟐𝑩𝒕𝒖𝒉𝒐𝒓𝒂 𝑸𝒉=𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎𝑩𝒕𝒖𝒉𝒐𝒓𝒂 𝑸𝒓=𝟏𝟒𝟐𝟓𝟎𝟗𝑩𝒕𝒖𝒉𝒐𝒓𝒂 Si SG = 0.7 y T = 100 "F, calcule la capacidad de gas del contactor gas-glicol Seleccionado para las condiciones de funcionamiento específicas 𝑮𝒐= 𝑮𝒔(𝑪𝒕)(𝑪𝒈) Donde Go = capacidad de gas del contactor en condiciones de operación en MMscfd G, = capacidad de gas del contactor a SG = 0,7 y T = 100 ° F, basada en Presión de trabajo en MMscfd C, = factor de corrección para la temperatura de funcionamiento (Tabla 6-50a) Cg = factor de corrección para la gravedad específica del gas (Tabla 6-50b) Entonces hallamos Para una Temperatura de 100ºF Ct = 1.04 Para una Gravedad especifica 0.7 Cg = 1

Reemplazamos en la anterior ecuación 𝑮𝒐= 𝟐𝟕.𝟓∗𝟏.𝟎𝟒∗𝟏

𝑮𝒐= 𝟐𝟖.𝟔(𝑴𝑴𝒔𝒄𝒇𝒅)