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PDVSA N TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

SEPARACION FISICA

E PDVSA, 1983

MDP03S05 TAMBORES SEPARADORES LIQUIDO LIQUIDO VAPOR

TAMBORES SEPARADORES

AGO.950 64

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

PDVSA
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SEPARACION FISICASEPARADORES LIQUIDOLIQUIDOVAPOR

PROCEDIMIENTOS DE DISEOAGO.950

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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice

1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 CONSIDERACIONES DE DISEO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 Consideraciones generales 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 Decantacin de las fases lquidas 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3 Niveles/tiempos de residencia 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4 Botas decantadoras 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5 Evaluacin de la capacidad de separacin lquidolquidode acuerdo al separador a usar 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.6 Consideraciones de diseo para algunos servicios especficos 20. . . . . . . .4.7 Informacin complementaria en otros documentos tcnicos

de PDVSA 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 METODOLOGIA DE DISEO 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1 Procedimiento de diseo para tambores horizontales con bota

decantadora, una sola entrada. 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 Procedimiento de diseo para tambores horizontales con bota

decantadora, dos entradas. (PENDIENTE) 33. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3 Procedimiento de diseo para tambores horizontales con lasdos fases lquidas dentro del cuerpo cilndrico, una sola entrada 33. . . . . .5.4 Procedimiento de diseo para tambores horizontales con las dos

fases lquidas dentro del cuerpo cilndrico, dos entradas. 44. . . . . . . . . . . . .5.5 Procedimiento de diseo para tambores horizontales con

compartimientos separados . 44. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 NOMENCLATURA 54. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 APENDICE 58. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 1. Identificacin de niveles y dimensiones en un tambor separador

vaporlquidolquido con bota decantadora (una sola entrada) 59Figura 2. Identificacin de niveles y dimensiones en un tambor separador

vaporlquidolquido con dos fases lquidas en el cuerpo principal (unasola entrada) 61. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 3. Identificacin de niveles y dimensiones en un tambor separadorvaporlquidolquido con compartimientos separados 63. . . . . . . . .
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3 REFERENCIAS

Manual de Diseo de Proceso

PDVSAMDP04CF01 Torres de FraccionamientoPDVSAMDP02FF01 Flujo de Fluidos

PDVSAMDP02K01 Compresores

PDVSAMDP03S01 Tambores Separadores: Principios BsicosPDVSAMDP08SD01 Sistemas de Disposicin

Manual de Ingeniera de Diseo

PDVSAMID10603.2.302 Deflector de Entrada y Salida de Vapor

PDVSAMID10603.2.306 Separador de Malla Metlica y SoportePDVSAMID10603.2.308 Plancha tpica rompevrtice

PDVSAMID10603.2.309 Rompe vrticetipo rejilla

Otras Referencias

1. PDVSA, MANUAL DE DISEO DE PROCESOS, PRACTICAS DE DISEO,Vol 2, Seccin 5: TAMBORES, Junio 1986.

4 CONSIDERACIONES DE DISEO

4.1 Consideraciones generalesTres tipos principales de separadores vaporlquidolquido sern estudiados enestos procedimientos de diseo:

Tambores horizontales con bota decantadora (Ver Figura 1.)

Se usan cuando la cantidad de fase lquida pesada a contener por el separador esbastante pequea (muy poco tiempo de residencia y/o muy bajos flujos de faselquida pesada).

En este tipo de separadores, el criterio primordial de diseo es que la fase lquidaliviana est libre de gotas de lquido pesado.

Cuando se inicia el diseo de un separador vaporlquidolquido, son los primerosa tratar de disear, ya que ahorran costos al no poner en el cilindro principal elvolumen del lquido pesado, ahorrando dimetro (y longitud tambin), en el cuerpoprincipal del recipiente, teniendo un costo extra por tener la bota decantadora, peroeste costo es menor que si se tuviera la fase lquida pesada dentro del cuerpoprincipal del separador.
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En estos equipos, existe un control de nivel gaslquido en el cuerpo principal, y

un control de nivel de interfase lquidolquido en la bota decantadora. (Deberecordarse que el control de nivel de interfase es ms difcil y, a veces, menosconfiable que el control de nivel gaslquido.

El volumen de operacin y de emergencia para la fase lquida liviana estcontenido en el cuerpo principal del separador. El volumen de operacin (en estoscasos, casi nunca se tiene volumen de emergencia), para el lquido pesado, locontiene la bota decantadora.

Tambores horizontales con las dos fases lquidas dentro del cuerpocilndrico (Ver Figura 2.)

Cuando la cantidad de fase lquida pesada a retener es tal que no puede tenerseen una bota decantadora, ya que sta sera ms grande que lo que las buenasprcticas de construccin mecnica permitiran, la siguiente alternativa a escogeres un separador con las dos fases lquidas dentro del cuerpo cilndrico.

Esta alternativa es ms costosa que la anterior, ya que el tener la fase lquidapesada tambin dentro del cuerpo, aumenta el dimetro del recipiente, hacindoloms pesado y ms costoso.

En este tipo de separadores, el criterio primordial de diseo es que la fase lquidaliviana est libre de gotas de lquido pesado.

En estos equipos, se tiene control de nivel gaslquido y control de interfase

lquidolquido, dentro del mismo cuerpo cilndrico, lo cual hace ms complicadala operacin del equipo y su relacin con los procesos aguas abajo.

Obviamente, el volumen de operacin y de emergencia para la fase lquida livianay el volumen de operacin (en estos casos, casi nunca se tiene volumen deemergencia), para el lquido pesado est contenido en el cuerpo principal delseparador.

Tambores horizontales con compartimientos separados (Ver Figura 3.)

En los casos cuando la fase lquida pesada es la ms importante, es decir, la quecontrola el procesamiento aguas abajo, como seran los despojadores de aguasagrias o los de aminas, el tiempo de residencia de operacin (y tiempo de respuestade operador a emergencias en la operacin), y el flujo del lquido pesado sonmucho mayores que los correspondientes de la fase lquida pesada.

En este tipo de separadores, el criterio primordial de diseo es que la fase lquidapesada est libre de gotas de lquido liviano.

Estos equipos, tambin llamados separadores de balde (bucket), y de vertedero(weir), tienen fijo el nivel de lquido con respecto a la fase vapor/gas, debido alrebosadero de fase liviana hacia el compartimiento de fase lquida liviana (baldeo bucket de lquido liviano), el cual fija dicha altura.

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En la zona del separador antes del balde de lquido liviano, es donde se produce

la separacin de las gotas de lquido liviano, de la fase pesada continua: aqu nose controla interfase lquidolquido, ya que la posicin de dicha interfase se fija(ms o menos), por la diferencia de alturas entre el rebosadero de lquido livianohacia el balde, y el vertedero de fase pesada hacia el compartimiento del tamborque contiene dicho lquido pesado. Es conveniente notar que las densidades de lasfases lquidas involucradas, y el flujo de la fase pesada, afectan tambin la posicinde dicha interfase y, si tales caractersticas varan, cambiar la posicin de dichainterfase.

Los requerimientos de volumen de operacin y de emergencia para el lquidopesado, son satisfechos en el compartimiento de pesados que est limitado por elvertedero de pesados. Los requerimientos de volumen de operacin y deemergencia para el lquido liviano, son satisfechos en el balde de lquido liviano delseparador.

De acuerdo a lo anterior, este es el diseo ms costoso, ya que la longitud delseparador es aumentada, con respecto a los otros tipos ya mencionados, por elbalde y el compartimiento de lquido pesado limitado por el vertederocorrespondiente.

Debido a que no importante, la medicin de interfase lquidolquido, es ms fcilde operar, ya que slo tiene control de nivel vapor lquido en el balde de livianos,y slo control de nivel vapor lquido en el compartimiento de pesados.

Para todos los efectos de este documento, cuando se hable de separadores decompartimientos separados, se usar el trmino balde, como genrico delcompartimiento del lquido liviano, y vertedero, como genrico del vertedero y elcompartimiento de la fase lquida pesada.

Consideraciones con respecto al rea de flujo de vapor, arrastre en lasuperficie de lquido, diseo y uso de mallas, otros internos y clculo deboquillas de proceso

Con respecto al rea de flujo de vapor, arrastre en la superficie de lquido,consideraciones para el diseo y uso de mallas, otros internos y clculo deboquillas de proceso, se recomienda consultar el documentoPDVSAMDP03S03: Tambores Separadores, Procedimientos de Diseo:Separadores LquidoVapor. Dicho documento cubre exhaustivamente talestemas. Como gua, se presenta la siguiente tabla:
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Tema

Seccin en

MDP03S03

Comentarios /

Modificaciones

Area de Flujo de vapor

4.1

Si el lquido liviano es ms del 5%en vol de la fase lquida total, usarsu densidad para el clculo de lavelocidad crtica; en casocontrario, usar la densidadpromedio de la fase lquida total

Slo se consideran tamboresseparadores horizontales

Arrastre en la superficie delquido

4.4


Boquillas de Proceso

4.5

Boquillas elevadas o con exten

siones rectas, para el retiro dellquido liviano

Consideraciones para eldiseo y uso de mallas

4.6


Otros internos

4.7

Codos de 90, distribuidores enforma de T, rompe vrtices,recolectores de gas

4.2 Decantacin de las fases lquidas

4.2.1 Velocidad de decantacin y de flotacin

De acuerdo a la literatura, el proceso de decantacin (o de flotacin, segn sea elcaso), de gotas lquidas dispersas en una fase lquida continua, puede describirsepor tres mecanismos diferentes, de acuerdo al rango de nmero de Reynolds degota en el cual se est operando:

Rango del No. de Reynolds

Ley o mecanismo de decantacin

< 2

Stokes

w 2, v 500

Intermedia

> 500

Newton

Sin embargo, para efectos de diseo, se ha impuesto un lmite superior a lavelocidad de decantacin (flotacin) que se pueda usar para disear un equipo quetenga alguna forma de decantacin (flotacin) lquidolquido: dicha velocidadmxima es de 4.2 mm/s o 10 pulg/min (4.2 x 103 m/s o 1.39 x 102 pie/s): estarestriccin tomara en cuenta la compensacin de variables no involucradas en elclculo, como la velocidad de coalescencia y el grado de turbulencia, en el diseode la seccin de decantacin del separador. Puede probarse que, de acuerdo aeste lmite superior, todos los casos prcticos de decantacin pueden describirseapropiadamente, para diseo, usando la ley de Stokes [Ec. (1)]:
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V

t +

F1 g D2pP L

18 m Ec. (1)

donde:

En unidadesSI

En unidadesinglesas

Vt

=

Velocidad terminal de decantacin(flotacin).

m/s

pie/s

Dp

=

Dimetro de la gota.

m

pie

F1

=

Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas.

1000

1

g

=

Aceleracin de la gravedad.

9.807 m/s2

32.174 pie/s2

P

=

Densidad de la fase pesada.

kg/m3

lb/pie3

L

=

Densidad de la fase liviana.

kg/m3

lb/pie3

m

=

Viscosidad de la fase continua.

mPa.s

lb/pie/s

Llevando la ecuacin de la ley de Stokes a una forma ms amigable, se tiene (Ecs.(2), (3)):

Vt + F12 x d2 x P L m Ec. (2)

Re +F15 x d Vt c

mEc. (3)

donde:

En unidadesSI

En unidadesinglesas

Vt

=

Velocidad terminal de decantacin(flotacin).

m/s

pie/s

d

=

Dimetro de la gota.

mm

pulg

Re

=

Nmero de Reynolds de gota.

Adimensional

c

=

Densidad de la fase continua.

kg/m3

lb/pie3

P

=

Densidad de la fase pesada.

kg/m3

lb/pie3

L

=

Densidad de la fase liviana.

kg/m3

lb/pie3

m

=

Viscosidad de la fase continua.

mPa.s

cP

F12

=


0.545 x 103

18.4663

F15

=


1

123.871

Para efectos de este manual, la ley de Stokes ser empleada siempre para elclculo de las velocidades de flotacin y decantacin de gotas de fases lquidas.

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4.2.2 Tamao de gota de lquido a separar

Normalmente, la separacin lquido lquido considera, para efectos de diseo, untamao de gota de lquido de 127 m o 127 mm (0.005 pulg). Sin embargo, comola mayora de las operaciones de separacin lquidolquido en la IPPCN, tienenque ver con separacin hidrocarburosagua a medida que la densidad de loshidrocarburos se acerca a la del agua, ms difcil es la separacin y se necesitaseparar gotas ms pequeas.

Tomando en cuenta lo anterior y, para efectos de gua en la escogencia del tamaode gota de lquido a emplear en el diseo, usar la siguiente tabla:

Tamao de gotas para separacin lquidolquido

Fase Lquida Liviana

Fase LquidaPesada

Tamao de la Gota,(ambas fases)

mm

pulg

Hidrocarburos API < 35

Agua o soda custica

0.127

0.005

Hidrocarburos API > 35

Agua o soda custica

0.089

0.0035

Agua

Furfural

0.089

0.0035

MetilEtilCetona

Agua

0.089

0.0035

Secbutilalcohol

Agua

0.089

0.0035

MetilisobutilCetona

Agua

0.089

0.0035

Otros casos

0.127

0.005

4.3 Niveles/tiempos de residencia

A continuacin se presentarn definiciones y comentarios sobre niveles de lquido,tiempos de residencia y temas relacionados, con el objetivo de justificar criteriosy procedimientos de diseo que se mostrarn posteriormente.

4.3.1 Identificacin de los niveles en un recipiente

De acuerdo a lo normalmente empleado en la IPPCN para hablar de niveles en un

recipiente lquidovapor, tenemos la siguiente tabla (Ver Figs. 1. y 2.)

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Siglas tpicas en

espaol

Descripcin tpica

Siglas tpicas

en ingls

NAAL

Nivel altoalto de lquido

HHLL

NAL

Nivel alto de lquido

HLL

NNL

Nivel normal de lquido

NLL

NBL

Nivel bajo de lquido

LLL

NBBL

Nivel bajobajo de lquido

LLLL

NAI

Nivel alto de interfase

HIL

NBI

Nivel bajo de interfase

LIL

Para efectos de consistencia en la discusin en el MDP de tambores, se usarn las

siglas tpicas en espaol para identificar los diferentes niveles.

4.3.2 Volumen de operacin de la fase liviana

Es el volumen de lquido liviano existente entre NAL y NBL. Este volumen, tambinconocido como volumen retenido de lquido liviano, y en ingls como light liquidsurge volume o light liquid holdup, se fija de acuerdo a los requerimientos delproceso, para asegurar un control adecuado, continuidad de las operacionesdurante perturbaciones operacionales, y para proveer suficiente volumen delquido liviano para una parada ordenada y segura cuando se sucedenperturbaciones mayores de operacin.

4.3.3 Tiempo de residencia de operacin de la fase liviana

Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de lquido liviano puede llenar elvolumen de operacin de la fase liviana en el recipiente bajo estudio. La mayorade las veces, cuando se quiere especificar el volumen de operacin de la faseliviana, lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NALy NBL. Tambin es conocido en ingls como light liquid surge time.

4.3.4 Volumen de operacin de la fase pesada

Es el volumen de lquido pesado existente entre NAI y NBI. Este volumen, tambinconocido como volumen retenido de lquido pesado, y en ingls como heavy liquid

surge volume o heavy liquid holdup, se fija de acuerdo a los requerimientos delproceso, para asegurar un control adecuado, continuidad de las operacionesdurante perturbaciones operacionales, y para proveer suficiente volumen delquido pesado para una parada ordenada y segura cuando se sucedenperturbaciones mayores de operacin.

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4.3.5 Tiempo de residencia de operacin de la fase pesada

Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de lquido pesado puede llenar elvolumen de operacin de la fase pesada en el recipiente bajo estudio. La mayorade las veces, cuando se quiere especificar el volumen de operacin de la fasepesada, lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAIy NBI. Tambin es conocido en ingls como heavy liquid surge time.

4.3.6 Tiempo de respuesta o de intervencin del operador

Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores), en responder cuandosuena una alarma de nivel en el panel y resolver la perturbacin operativa queorigin la alarma, antes que otros sistemas automatizados (Interruptores o

switches de nivel), originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de laplanta completa.

Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba, sera muyengorroso que la bomba se quedara seca, es decir, que no tuviera lquido quebombear, ya que eso podra daar al equipo; y si, a su vez, la bomba alimenta aun horno, se podra generar una emergencia mayor en la planta por rotura de untubo del horno, ya que ste, a su vez, ha quedado seco. Por esa razn, el tamboralimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAL y NBL, y coninterruptores y/o alarmas de NAAL y NBBL: al sonar la alarma de NBL, losoperadores investigaran y resolveran, en menos del llamado tiempo de

respuesta del operador, el problema que origin la reduccin de nivel; en el casoque no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado, el interruptor de NBBLactivara una parada segura de la bomba y, seguramente, una parada segura delhorno y de toda la planta.

Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la IPPCN, es dfcilestablecer un criterio uniforme acerca de cul es el tiempo promedio de respuestadel operador; sin embargo, se usar, como criterio general, que el tiempo derespuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo deretencin de lquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL), ser de cincominutos.

4.3.7 Volumen de emergencia

Es el volumen adicional que corresponde al lquido que debe satisfacer el llamadotiempo de respuesta o de intervencin del operador: de acuerdo a lo expresadoen 4.3.6, cuando se tengan interruptores y/o alarmas de NAAL o NBBL, se tendrncinco minutos adicionales de tiempo de residencia de lquido porinterruptor/alarma, lo que indica que, cuando se tiene NAAL y NBBL, se aaden 10minutos de tiempo de residencia, a lo cual corresponde un volumen de lquido deemergencia de 10 minutos del mximo flujo de lquido.

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4.3.8 Nivel bajobajo de lquido liviano (o bajo, cuando aplique)

La distancia mnima desde el nivel bajobajo de lquido liviano, si se tiene unInterruptor y/o alarma de nivel bajobajo de lquido liviano, (o nivel bajo, si no setiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajobajo), hasta el Nivel alto de interfase(cuando se tengan dos fases lquidas en el tambor), o hasta el fondo del recipiente(cuando existe una bota decantadora), es 230 mm mnimo (9 pulg).

Sin embargo, este valor puede cambiar debido a requerimientos de tiempo deresidencia del lquido liviano, para lograr decantacin exitosa del lquido pesado,como se ver posteriormente en los procedimientos de diseo.

Para el caso del balde de lquido liviano, de separadores con compartimientos

separados, medido desde el fondo del balde, este valor se conoce comohBBALDENBL.

Para el caso del compartimiento de lquido pesado, de separadores concompartimientos separados, medido desde el fondo del tambor, este valor seconoce como hVNBBL.

4.3.9 Nivel bajo de interfase

La distancia mnima desde el nivel bajo de interfase, hasta el fondo del recipiente,ya est en una bota decantadora, o en un tambor con lquido pesado en el cuerpocilndrico, es 230 mm mnimo (9 pulg).

4.3.10 Criterios para fijar el volumen de operacin/tiempo de residencia

La tabla siguiente, presenta criterios para fijar el volumen de operacin o tiempode residencia de lquido, para ciertos servicios especficos:

Descripcin (para una fase lquida)

Tiempo deResidencia de

Operacin, min

Tambores de Alimentacin a Unidades

Alimentacin desde otra unidad(diferente cuarto de control)

20

Alimentacin desde otra unidad (mismocuarto de control)

15

Alimentacin desde tanquera lejos delarea de operacin

1520

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Otros Tambores

Alimentacin a una columna (diferentecuarto de control)

7

Alimentacin a una columna (mismocuarto de control)

5

Producto a tanquera lejos del reaoperativa o a otro tambor dealimentacin, directo, sin bomba

2

Producto a tanquera lejos del reaoperativa o a otro tambor dealimentacin, directo, con bomba

5

Producto a tanquera lejos del reaoperativa o a otro tambor dealimentacin, con bomba, que pasa atravs de un sistema de intercambiocalrico

35

Unica carga a un horno de fuego directo

10

4.3.11 Tiempos de residencia de las fases lquidas pesada y liviana, calidad deseparacin de las fases y efectos sobre el diseo del separador

La mayora de las aplicaciones de la IPPCN para tambores separadores vaporlquido lquido, incluyen, como fase lquida pesada, una relativamente pequeacantidad de agua, y como fase lquida liviana, una relativamente grande cantidadde hidrocarburos lquidos.

Adems, casi siempre el procesamiento aguas abajo de los hidrocarburos lquidoses de capital importancia, por lo que se le fijan relativamente altos tiempos deresidencia de operacin en el separador, con el objetivo de garantizar unaoperacin confiable y ayudar a que la separacin lquidolquido sea ptima.

Mientras tanto, casi siempre el procesamiento posterior del agua separada, es demenor cuanta y no afecta partes crticas del proceso, por lo cual, regularmente,se le asignan tiempos de residencia de operacin relativamente bajos. En el casoque este ltimo criterio no aplique, como es el caso de alimentacin a despojadoresde aguas agrias, los tiempos de residencia del agua aumentan dramticamente.

4.3.12 Longitud efectiva de operacin (Leff)

Es la longitud de tambor requerida para que se suceda la separacinvapor/gaslquidolquido, y se puedan tener los volmenes requeridos de lquido,tanto de operacin como de emergencia. Esta es la longitud que normalmente seobtiene por puros clculos de proceso.

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En el caso de tambores horizontales de una sola boquilla de alimentacin,

corresponde a la distancia entre la boquilla de entrada y la de salida de gas, la cuales la distancia horizontal que viaja una gota de lquido desde la boquilla de entrada,hasta que se decanta totalmente y se une al lquido retenido en el recipiente, sinser arrastrada por la fase vapor que sale por la boquilla de salida de gas.

Sin embargo, para obtener la longitud tangentetangente del tambor horizontal, esnecesario sumar los tamaos de las boquillas antes mencionadas, las toleranciasde construccin necesarias para soldar dichas boquillas, soldar los cabezales oextremos del tambor y cualquier otra cosa que obligue a aumentar la longitud deltambor.

A criterio del diseador de procesos, ste puede aproximar la longitud efectiva a

la longitud tangentetangente, y esperar que la especialidad mecnica completeel diseo del tambor, para luego verificar si se cumple la separacin.

4.3.13 Diferencia mnima de nivel entre NAAL y NBBL

Se fija como diferencia mnima de nivel entre NAAL y NBBL, 360 mm o 14 pulg, locual supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar en este rango.Si esto no fuera posible, como sera el caso de instrumentos de nivel condesplazadores externos, deber ajustarse este valor mnimo apropiadamente.

4.3.14 Diferencia mnima de nivel entre NAI y NBI

Se fija como diferencia mnima de nivel entre NAI y NBI, 360 mm o 14 pulg, lo cual

supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar en este rango. Si estono fuera posible, como sera el caso de instrumentos de nivel con desplazadoresexternos, deber ajustarse este valor mnimo apropiadamente.

4.3.15 Interfase en separadores con compartimientos separados

Como ya fue mencionado en 4.1, el nivel de interfase viene fijado por laspropiedades de las fases lquidas, el flujo de la fase lquida pesada, y la diferenciade alturas entre el rebosadero del balde de fase lquida liviana, y el vertedero dellquido pesado Las alturas de dichas placas de rebose del lquido liviano y dellquido pesado, se ajustan para mantener, por lo menos, una capa de lquido livianode 230 mm (9 pulg) de profundidad, en el compartimiento de decantacin. Ladiferencia de dichas alturas es (Ec. (4)):

hOBhWB + hOW 1 QW) F11 QWLc Ec. (4)

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donde:

En unidadesSI

En unidadesinglesas

hOB

=

Distancia vertical del fondo del tamboral tope del rebosadero del balde delquido liviano

m

pulg

hWB

=

Distancia vertical del fondo del tamboral tope del vertedero de lquidopesado

mm

pulg

hOW

=

Distancia vertical desde la interfaselquido liviano/lquido pesado hasta eltope del rebosadero del balde de

lquido liviano (230 mm (9 pulg)mnimo)

mm

pulg

QW

=

Flujo de lquido pesado

m3/s

pie3/s

LC

=

Longitud de la cuerda en el tope delvertedero de lquido pesado

mm

pie

rO

=

Densidad (a condiciones deoperacin), de la corriente mspesada de lquido liviano alimentadaal tambor. Si la densidad del lquidoliviano es desconocida, use 900 kg/m3

(56 lb/pie3)

kg/m3

lb/pie3

rW

=

Densidad lquido pesado acondiciones de operacin

kg/m3

lb/pie3

F11

=

Factor que depende de las unidadesusadas

67025.7

5.384

La ecuacin (4), la cual se basa en el flujo de un vertedero rectangular, toma encuenta la presencia de las dos fases lquidas en el compartimiento de decantaciny de un cabezal de lquido pesado por encima del tope del vertedero de lquidopesado.

4.4 Botas decantadoras

Cuando existe una cantidad relativamente pequea de la fase lquida pesada (porejemplo, agua), sta, a veces, se retira a travs de una bota localizada en el fondodel tambor. La bota permite una reduccin en el tamao del tambor eliminando lacapa de la fase pesada en el fondo del mismo. Para satisfacer las consideracionesmecnicas y econmicas, los dimetros de las botas no deberan exceder lossiguientes valores:

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Dtamb

Dbota (mx.)

mm

pulg

v1000

v40

0.5 x Dtamb

>1000, 40,

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4.5.2 Anlisis de la decantacin de la fase lquida pesada, cuando es el criterio

determinante de diseoEn un tambor separador horizontal, al estudiar la decantacin de las gotas de faselquida pesada (fase discontinua), en la fase lquida liviana (fase continua), seobserva que la gota viaja en una direccin inclinada hacia abajo, con una velocidadque est compuesta por un componente vertical hacia abajo, que corresponde ala velocidad de decantacin, y un componente horizontal, en el sentido del flujo dela corriente lquida liviana, que corresponde a la velocidad de flujo de dicha fase,la cual se calcula por la divisin del flujo volumtrico entre el rea transversal queocupa dicha fase.

No importa los niveles que en un momento el tambor tenga, la separacin de la fase

pesada de la fase liviana debe garantizarse: por lo tanto el diseo del separadordebe ser tal que, si se est a mximo nivel a minimo nivel ( cualquier valorintermedio), la decantacin de las gotas de fase lquida pesada (fase discontinua),en la fase lquida liviana (fase continua) debe sucederse exitosamente.

La separacin de la fase pesada de la fase liviana se suceder cuando el tiempode residencia de la gota a separar, sea mayor que el tiempo requerido paradecantar en la fase continua. En trminos de distancias en el separador, esto setraduce en que la distancia horizontal que la gota recorre, cuando ha decantadototalmente (es decir, cuando ha tocado el fondo del recipiente para el caso detambores con bota decantadora; o cuando llega a la interfase, para el caso de dosfases lquidas en el cuerpo), es menor que la distancia horizontal entre la entradade la alimentacin y la boquilla elevada de salida del lquido liviano (para tamborescon dos fases lquidas en el cuerpo cilndrico), o el extremo horizontal ms alejadode la bota (para tambores con bota decantadora), tambin conocida tal distanciacomo longitud efectiva de separacin (Leff ).

4.5.3 Anlisis de la flotacin de la fase lquida liviana, cuando es el criteriodeterminante de diseo

En un tambor separador horizontal, al estudiar la flotacin de las gotas de faselquida liviana (fase discontinua), en la fase lquida pesada (fase continua), seobserva que la gota viaja en una direccin inclinada hacia abajo, con una velocidad

que est compuesta por un componente vertical hacia arriba, que corresponde ala velocidad de flotacin, y un componente horizontal, en el sentido del flujo de lacorriente lquida pesada, que corresponde a la velocidad de flujo de dicha fase, lacual se calcula por la divisin del flujo volumtrico entre el rea transversal queocupa dicha fase.

No importa los niveles que en un momento el tambor tenga, la separacin de la faseliviana de la fase pesada debe garantizarse: por lo tanto el diseo del separadordebe ser tal que, la flotacin de las gotas de fase lquida liviana (fase discontinua),en la fase lquida pesada (fase continua) debe sucederse exitosamente.

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La separacin de la fase liviana de la fase pesada se suceder cuando el tiempo

de residencia de la gota a separar, sea mayor que el tiempo requerido para flotaren la fase continua. En trminos de distancias en el separador, esto se traduce enque la distancia horizontal que la gota recorre, cuando se ha separado totalmente(es decir, cuando ha subido hasta la interfase lq. pesado/lq. liviano), es menor quela distancia horizontal entre la entrada de la alimentacin y el rebosadero del baldedel lquido liviano.

4.5.4 Evaluacin de la capacidad de decantacin en tambores con botadecantadora (Ver Figura 1.)

En este caso, no existe fase lquida pesada en el cuerpo principal del equipo, sloen la bota decantadora.

El punto de partida es un separador trifsico, con un dimetro y una longitudcalculados para separacin vapor lquido solamente, donde el volumen total delquido est compuesto de dos volmenes aditivos:

1. Volumen de operacin ms volumen de emergencia para la fase lquidaliviana, es decir, el volumen entre NAAL y NBBL.

2. Volumen de lquido liviano necesario para la separacin de la fase pesada,es decir el volumen entre NBBL y el fondo del recipiente.

Con el separador diseado como se dijo anteriormente, debe verificarse si se

decanta la fase pesada, independientemente de donde est el nivel operativo,NAAL o NBBL. Si las gotas de la fase lquida pesada llegan a la bota decantadoraantes de llegar al extremo horizontal ms alejado de la bota, entonces dicha fasepesada se separar e ir a la bota de decantacin.

El separador se revisa para saber si decanta la fase pesada de la siguiente manera:

1. Del diseo ya obtenido, se calculan las reas transversales de flujo de lquidoliviano, tanto para NAAL como para NBBL, y se calculan las correspondientesvelocidades de flujo de lquido liviano dentro del recipiente ( VfL ).

2. Se calcula la velocidad de decantacin de la fase lquida pesada ( VtP ),

usando la ecuacin (2) del aparte 4.2.13. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de lquido pesado tienen que

recorrer ( XH ), mediante la siguiente ecuacin (Ec. (5)):

XH + VfL x h VtP Ec. (5)

4. donde h es el nivel al cual se est evaluando la operacin, es decir NAAL oNBBL (medido desde el fondo del recipiente).

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5. Si XH (evaluado tanto para NAAL, como para NBBL), es menor que la

distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentaciny el extremo horizontal ms alejado de la bota, habr separacin de la fasepesada, y el diseo del tambor es satisfactorio para la decantacin de la fasepesada.

6. Si XH ( evaluado tanto para NAAL, como para NBBL ), es mayor que ladistancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentaciny el extremo horizontal ms alejado de la bota, no habr separacin completade la fase pesada, y el diseo del tambor no es satisfactorio para ladecantacin de la fase pesada. Por lo tanto habr que aumentar lasdimensiones del mismo y, al hacer clculos, se mantendrn constantes lasreas transversales de flujo de vapor y del lquido liviano (desde el NAAL

hasta el NBBL), lo cual tambin aumentara el tiempo de residencia de lasdiferentes fases.

4.5.5 Evaluacin de la capacidad de decantacin en tambores con las dos faseslquidas dentro del cuerpo cilndrico (Ver Figura 2.)

Dado un separador trifsico, el cual tiene un dimetro y una longitud calculadospara separacin vapor lquido solamente, el volumen total de lquido estcompuesto de dos volmenes aditivos:

1. Volumen de operacin ms volumen de emergencia para la fase lquidaliviana, es decir, el volumen entre NAAL y NBBL.

2. Volumen de lquido liviano necesario para la separacin de la fase pesada,es decir el volumen entre NBBL y NAI.

Con el separador diseado para tener los volmenes de lquido antesmencionados, y los correspondientes a NAI/NBI, debe verificarse si se decanta lafase pesada, independientemente de donde est el nivel operativo, NAAL o NBBL.Si las gotas de la fase lquida pesada llegan a la interfase lquido pesado / lquidoliviano antes de llegar a la boquilla elevada de salida del lquido liviano, entoncesdicha fase pesada se separar.

El separador se revisa para saber si decanta la fase pesada de la siguiente manera:

1. Del diseo ya obtenido, se calculan las reas transversales de flujo de lquidoliviano,para NAAL/NAI, NAAL/NBI, NBBL/NAI y NBBL/NBI, y se calculan lascorrespondientes velocidades de flujo de lquido liviano dentro del recipiente( VfL ).

2. Se calcula la velocidad de decantacin de la fase lquida pesada ( VtP ),usando la ecuacin (2) del aparte 4.2.1.

3. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de lquido pesado tienen querecorrer ( XH ), mediante la ecuacin (5), del aparte 4.5.4:

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donde h es la distancia vertical hacia abajo que recorren las gotas de lquidopesado, es decir desde NAAL hasta NAI, NAAL hasta NBI, NBBL hasta NBIy NBBL hasta NAI.

4. Si XH (en cualquiera de los casos antes mencionados), es menor que ladistancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentaciny la boquilla de salida del lquido liviano, habr separacin de la fase pesada,y el diseo del tambor es satisfactorio para la decantacin de la fase pesada.

5. Si XH (en cualquiera de los casos mencionados), es mayor que la distanciahorizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentacin y laboquilla de salida del lquido liviano, no habr separacin completa de la fasepesada, y el diseo del tambor no es satisfactorio para la decantacin de lafase pesada. Por lo tanto habr que aumentar las dimensiones del mismo y,al hacer clculos, se mantendrn constantes las reas transversales de flujode vapor y del lquido liviano (desde el NAAL hasta el NBBL), lo cual tambinaumentara el tiempo de residencia de las diferentes fases.

4.5.6 Evaluacin de la capacidad de decantacin en tambores concompartimientos separados (Ver Figura 3.)

Este tipo de separadores son diseados en forma algo diferente de los dos tiposcubiertos anteriormente, ya que el criterio controlante es la remocin de gotas delquido liviano de la fase lquida pesada. Aqu el volumen total de lquido presenteen la llamada zona o compartimiento de decantacin, est compuesto de dosvolmenes aditivos:

1. Volumen de lquido pesado necesario para la separacin de la fase liviana,es decir el volumen entre el fondo del recipiente y la interfase lquido lquido.

2. Volumen de la fase lquida liviana, producto del espesor de la capa de lquidoliviano (valor fijado con anterioridad, de manera arbitraria), por la longitudefectiva de operacin (Leff ), la cual, para este tipo de separadores, se midehorizontalmente desde la boquilla de entrada de alimentacin, hasta elrebosadero del balde de lquido liviano.

Con un dimetro fijo para el tambor, calcular cul debe ser Leff para poder separarlas gotas del lquido liviano de la fase continua pesada. Si las gotas de la faselquida liviana llegan (flotando), a la interfase lquido livianolquido pesado antesde llegar, horizontalmente, a la pared del balde o compartimiento del lquidoliviano, entonces dicha fase liviana se separar.

El separador se calcula para saber si separa la fase liviana de la siguiente manera:

1. Del dimetro ya obtenido, se calculan el rea transversal de flujo de lquidopesado, y se calcula la correspondiente velocidad de flujo de lquido pesadodentro del recipiente ( VfP ).

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2. Se calcula la velocidad de flotacin de la fase lquida liviana ( V tL ), usando

la ecuacin (2) del aparte 4.2.1.3. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de lquido liviano tienen que

recorrer( XH ), mediante la ecuacin (6):

XH + VfP x hOBhOW VtL Ec. (6)

donde hOBhOWes la distancia vertical que las gotas de lquido liviano tienenque recorrer, hacia arriba, para poder separarse de la fase pesada (medidodesde el fondo del recipiente).

4. Si XH es menor que dos y medio veces el dimetro del tambor, el dimetro deltambor es satisfactorio y la longitud efectiva de operacin ser 115% de XH.

5. Si XH es mayor que dos y medio veces el dimetro del tambor, el diseo deltambor no es satisfactorio para la separacin de la fase liviana. Por lo tanto,habr que aumentar las dimensiones del mismo, hasta que se logre cumplircon lo dicho en el prrafo anterior.

4.6 Consideraciones de diseo para algunos servicios especficos

4.6.1 Tambores de destilado o de cabecera de columnas de destilacin

Estos equipos reciben agua producto de la condensacin del vapor de agua usadopara despojar en la columna, ms los hidrocarburos destilados. El agua recogidanormalmente no es de mayor importancia (puede enviarse a despojamiento deaguas agrias), mientras que el destilado, el cual debe estar relativamente seco,es, en parte, reflujado a la columna para control de temperatura, y el resto enviadoa almacenamiento y/o procesamiento posterior. Esto indica que la fase lquidaliviana es la controlante en el diseo (aparte de los gases/vapores nocondensables).

Con respecto al tipo de separador a emplear, se recomienda primero tratar contambores que incluyen bota decantadora (Ver Fig. 1.): en el caso que la bota

decantadora sea muy grande, probar con tambores que incluyan las dos faseslquidas dentro del cuerpo cilndrico (Ver Fig. 2.).

Con respecto al tiempo de residencia de operacin de la fase lquida liviana(destilados), seguir las recomendaciones presentadas en la Tabla 1 del documentoMDP03S03, referido a tambores de destilado.

Con respecto al tiempo de residencia de operacin de la fase lquida pesada(aguas agrias), seguir las recomendaciones presentadas en 4.3.10, para OtrosTambores.
http://../index.htmlhttp://../indice_mdp.htmhttp://indice_tamb.htm/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://indice_tamb.htm/http://../indice_mdp.htmhttp://../index.html

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Informacin

Lquido liviano

Densidad

700 kg/m3 ( 43.6 lb/pie3 )

Viscosidad

0.7 mPas ( 0.7 cP )

Tensin Superficial

30 N/m ( 30 dyn/cm )

Flujo msico

0.1% en peso del flujo de aguasagrias o aminas

Con respecto al tipo de separador a emplear, usar tambores de compartimientosseparados (Ver Fig. 3.).

El rea de flujo del vapor por arriba del balde del aceite se debera dimensionar

para 100%, de la velocidad crtica a un caudal de flujo normal de gas. La alturamnima del espacio de vapor es el mayor valor entre 300 mm (12 pulg) o el 20%del dimetro del tambor

Con respecto al tiempo de residencia de operacin de la fase lquida pesada(aminas), usar 5 min.

Con respecto al tiempo de residencia de operacin de la fase lquida liviana(aceite), seguir las recomendaciones presentadas en 4.3.10, para OtrosTambores.

4.7 Informacin complementaria en otros documentos tcnicos dePDVSA

An cuando el objetivo de los documentos que forman parte del MDP de tambores,es proveer la informacin necesaria para hacer diseo de procesos de talesequipos, normalmente esto no es suficiente para completar una especificacin deprocesos con miras al diseo mecnico y/o compra del equipo en cuestin.

Es por eso que a continuacin se presentar una lista de documentos tcnicos dePDVSA, la cual ayudar a obtener informacin adicional para la completacin dedicha especificacin.

Informacin Adicional

Fuente PDVSA

Presin y Temperatura de Diseo (Criterios aaplicar)

(Pendiente) (Consultar MDP versin 1986,Seccin 2), MIDD211

Detalle de Mallas Separadoras de Gotas

MID10603.2.306

Detalle de Rompevrtices

MID10603.2.308, MID10603.2.309

Detalle de deflector a la entrada

MID10603.2.302

Seleccin de Materiales

(Pendiente),MIDD211

Aislamiento trmico

MIDL212
http://../index.htmlhttp://../indice_mdp.htmhttp://indice_tamb.htm/http://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_308.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_308.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_309.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_309.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_309.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_309.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_302.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_302.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol10/l-212.pdfhttp://../mid/vol10/l-212.pdfhttp://../mid/vol10/l-212.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_302.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_309.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_308.pdfhttp://../mid/vol21/10603_2_306.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://../mid/vol21/d-211.pdfhttp://indice_tamb.htm/http://../indice_mdp.htmhttp://../index.html

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5 METODOLOGIA DE DISEO

5.1 Procedimiento de diseo para tambores horizontales con botadecantadora , una sola entrada

Ver Figura 1. para orientacin y seguimiento de ciertas tolerancias de diseo,identificacin de alturas y niveles. (Ver nomenclatura en Seccin 6).

Paso 1.Informacin mnima requerida.

Ubicar la informacin mnima requerida segn la siguiente tabla:

Informacin

Vapor/gas

Lquido

liviano

Lquido

pesado

General

Densidad

X

X

X

Viscosidad

X

X

X

Tensin Superficial

X

X

Flujo (msico ovolumtrico)

X

X

X

Presin de Operacin

X

Temperatura de Operacin

X

Material pegajoso?

X

Arrastre de Slidos?

X

Paso 2. Definicin de los criterios de diseo.Consultar detalladamente la informacin contenida en este documento y lassecciones 4.2, 4.4, 4.5, 4.6 y 4.7 del PDVSAMDP03S03, para identificar loscriterios de diseo para el servicio en cuestin, (configuracin del tambor, tiemposde residencia, relacin F24 L/D, velocidad permisible de vapor).

Debido a que se va a dimensionar con bota decantadora , no se consideraretencin de lquido pesado dentro del cuerpo cilndrico principal del recipiente.

Paso 3. Obtenga la distancia mnima permisible entre NBBL y el fondo deltambor.

Para la definicin de los niveles, consultar 4.3.1. Se supone que el tambor tendrun Interruptor y/o alarma de nivel bajobajo. Si no es el caso, estaramos hablandode hNBL. Esta distancia, hNBBL, se obtiene con la informacin del aparte 4.3.8.

Paso 4. Calcule la Velocidad permisible del flujo de vapor.

Usar la Ec. (11) en el MDP03S03, aparte 4.2, tomando en cuenta que, si ellquido liviano es ms del 5% vol del total de las fases lquidas, usar su densidadcomo densidad de lquido; en caso contrario, usar el promedio volumtrico de lasdensidades lquidas como densidad de lquido.
http://../index.htmlhttp://../indice_mdp.htmhttp://indice_tamb.htm/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://mdp_03_s_03.pdf/http://indice_tamb.htm/http://../indice_mdp.htmhttp://../index.html

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Paso 5. Calcule el rea vertical requerida (Av), para el flujo de vapor por

encima de NAAL.El rea vertical para el flujo de vapor Av, por encima del NAAL, requerida parasatisfacer los criterios de velocidad permisible, se calcula con la Ec. (12) delMDP03S03, aparte 4.2.

Paso 6. Dimensionamiento del tambor separador horizontal.

El estimado del tamao ptimo del tambor es un procedimiento de tanteo paratambores horizontales. Primero, se supone un tamao de tambor, luego se verificasi el tambor es adecuado para el servicio. Este procedimiento se debera repetirhasta que se optimice el tamao del tambor, ya que el objetivo es disear el tambor

ms pequeo adecuado para el servicio.

a. Calcular los volmenes de lquido liviano de operacin y deemergencia.

a.1. El volumen de operacin de lquido liviano, entre el NAL y el NBL, seobtiene multiplicando el flujo de alimentacin lquida liviana por eltiempo de retencin (Ec (7)):

Vr1 + QL1 x tr1 Ec. (7)

Donde QL1 es el flujo volumtrico de lquido liviano, y tr1 es el tiempode residencia de operacin del lquido liviano.

a.2. El volumen de lquido liviano por tiempo de respuesta del operador alaccionarse una alarma (sea de alta o sea de baja), entre NAAL y NAL(o entre NBBL y NBL), se obtiene multiplicando el flujo dealimentacin lquida liviana por el tiempo de respuesta supuesto, elcual es 5 min (300 s), desde NAL hasta NAAL, y 5 min ms (300 s),desde NBL hasta NBBL (Ec (8)):

Vr2 + QL1 x (600s) Ec. (8)

En el caso que no se tengan Interruptores y/o alarmas de NBBL yNAAL, este volumen adicional es nulo. An cuando se ha supuestoen este documento que el tiempo de respuesta del operador es de 5minutos, puede sucederse que, por experiencias tpicas de lainstalacin para la cual se est haciendo este diseo, los valores detiempos de respuesta cambien: esto depender de cada caso enparticular y, si no hay otra indicacin se usar 5 minutos entre NAAL yNAL (o entre NBBL y NBL).
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Primer Tanteo

b. Asumir un valor inicial de la relacin F24Leff/D, donde Leff es la longitudefectiva de operacin, es decir, la requerida para que el proceso deseparacin vaporlquido se cumpla, la cual vara segn la presin deoperacin en los siguientes rangos:

P < 250 psig

1.5 < F24Leff/D < 3.0

250 < P< 500

3.0 < F24Leff/D 500

4.0 < F24Leff/D < 6.0

c. Asumir un dimetro y a partir de la relacin F24Leff/D calcular la longitud(L

eff).

d. El rea vertical entre el NBL y el NAL ( ANBLNAL ), se obtiene dividiendoel volumen de operacin de lquido liviano (Vr1), entre la longitud (Leff)(Ec (9)).

ANBLNAL + Vr1Leff Ec. (9)

e. Calcule el rea fraccional (A1*) de la seccin transversal localizadaentre el fondo del tambor y el NBBL (AfonNBBL), a la altura del NBBL(hNBBL).

e.1. El trmino rea fraccional se usar genricamente como la razn

de una rea transversal sobre el rea transversal total del tamborhorizontal

e.2. Para calcular el rea fraccional de la seccin transversal (A1*), seutiliza la Tabla 5 del MDP03S03, en donde con el valor de R1*=hNBBL/D se lee el valor correspondiente a A1*.

e.3. (Nota: La Tabla 5 del MDP03S03 se usar para todos los clculossubsiguientes del dimetro de tambor y del rea de la seccintransversal).

e.4. El trmino altura fraccional se usar genricamente como la raznde una altura sobre el dimetro del tambor horizontal.

f. Calcule el rea vertical entre el NBBL y el fondo del tambor (AfonNBBL)

Esta rea se calcula multiplicando el rea fraccional de la seccintransversal A1* por el rea del tambor (Ecs (10), (11)):

ATAMB + p4 x DF242

Ec. (10)

AfonNBBL + A1 * x ATAMB Ec. (11)
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g. Obtenga el rea transversal entre el fondo y el NAL ( A fonNAL ),

mediante la Ec (12):AfonNAL + AfonNBBL) ANALNBL) Vr2 Leff 2 Ec. (12)

h. Calcule el rea vertical entre el NBBL y el NAAL (ANBBLNAAL), y laaltura de la seccin transversal correspondiente( hNBBLNAAL ):

h.1. El rea vertical entre el NBBL y el NAAL se obtiene mediante la Ec(13).

ANBBLNAAL + ANBLNAL) Vr2Leff Ec. (13)

h.2. El rea vertical entre el fondo y el NAAL se obtiene mediante la Ec

(14).AfonNAAL + ANBBLNAAL) AfonNBBL Ec. (14)

h.3. Obtenga el rea fraccional de la seccin transversal (A5*), mediantela Ec (15):

A5 * + AfonNAAL ATAMB Ec. (15)

h.4. Utilizando la Tabla 5 del MDP03S03, con el valor de A5*, se lee elvalor correspondiente a R5*.

h.5. Obtenga la altura entre el fondo del tambor y el NAL (hfonNAAL) (Ec

(16)):

AfonNAAL + R5 * x D Ec. (16)

h.6. Obtenga la altura entre el NAAL y el NBBL (hNBBLNAAL) (Ec (17)):

hNBBLNAAL + hfonNAAL hNBBL Ec. (17)

i. Calcule el rea vertical disponible para el flujo de vapor

El rea de seccin transversal vertical disponible para este flujo, AVD,es (Ec (19)):

AVD + ATAMBAfonNAAL Ec. (19)

j. Comparar el valor obtenido del rea requerida (Av) con el readisponible para el flujo de vapor (AVD ).

Si Aves igual a AVD, el dimetro asumido en el paso 6b es correcto. SiAVD es significativamente mayor que Av, el tamao de tambor que sesupuso es demasiado grande para el servicio, y si AVD essignificativamente menor que Av, el tamao de tambor que se supusoes demasiado pequeo.
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Siguientes Tanteos

De acuerdo a lo expresado en el aparte j, se debe repetir el procedimiento desde6b con un valor de dimetro mayor o menor segn sea el caso, hasta encontrar elvalor para el dimetro ptimo; cuando se obtenga tal dimetro, redondear aldimetro comercial, por arriba, ms cercano. Al lograr esto, se obtendr un valormnimo de longitud de operacin o longitud efectiva del tambor (Leff). Esta longitudhorizontal o longitud efectiva del tambor (Leff), se mide desde la boquilla de entradade alimentacin, hasta el extremo horizontal ms alejado de la bota de decantacin

Como producto de este paso, se tendr un diseo del tambor separador, el cualdeber verificarse para saber si es apropiado para la separacin lquidolquido:esto se har en el paso siguiente.

Paso 7. Evaluacin de la capacidad de separacin lquidolquido yestimacin final de las dimensiones del recipiente.

Seguir las instrucciones presentadas en el aparte 4.5.4, para evaluar si, con lasdimensiones actuales, el tambor es capaz de separar la fase pesada de la liviana.

En el caso que el tambor logre la separacin, las dimensiones actuales, sern lasdimensiones finales del equipo, y se proceder a continuar con otros clculosasociados.

En el caso que el tambor no logre la separacin, es necesario ir aumentando lasdimensiones del tambor hasta que se logre la separacin de la fase pesada.

Este tanteo tendr fijo los valores de las reas transversales de flujo de vapor y deflujo de la fase lquida liviana (rea entre NAAL y NBBL). Esto se traduce en unaumento del rea transversal por debajo de NBBL, lo cual significa que habr unmayor tiempo de residencia para la separacin del lquido pesado del lquido livianoy, cuando se obtenga el tamao apropiado de tambor, tal tiempo de residencia sersuperior al tiempo necesario para decantar las gotas de la fase lquida pesada.

El tanteo ser como sigue:

1. Se aumenta el dimetro (D). Usando la relacin F24 x Leff / D, obtener lalongitud efectiva de separacin ( Leff ).

2. Se calcula el rea transversal del tambor (ATAMB).3. Se calcula el rea transversal desde el NAAL hasta el fondo (A fonNAAL)

(Ec.(20)):

AfonNAAL + ATAMB AV Ec. (20)

donde AV es el rea transversal de flujo de vapor

4. Se calcula el rea entre el fondo y el NBBL (AfonNBBL) (Ec.(21)):

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AfonNBBL + AfonNAAL ANBBLNAAL Ec. (21)

5. Se calculan las reas fraccionales A6*, A7* (Ecs.(22), (23)):

A6 * + AfonNBBL ATAMB Ec. (22)

A7 * + AfonNAAL ATAMB Ec. (23)

6. De la Tabla 5 del MDP03S03, con los valores de A6*y A7*, se leen losvalores correspondientes a R6* y R7*.

7. Se calcula el nivel bajobajo de lquido ( hNBBL ), y el nivel altoalto de lquido(

hfonNAAL ) (Ecs.(24), (25)):hNBBL + R6 * x D Ec. (24)

hfonNAAL + R7 * x D Ec. (25)

8. Ntese que el valor fijo de hNBBL en 230 mm (9), cambia aqu pornecesidades de la decantacin.

9. Se calcula la velocidad de decantacin de la fase lquida pesada ( VtP ),usando la ecuacin (2) del aparte 4.2.1.

10. Se calcula la velocidad de flujo de la fase lquida liviana ( VfL ), mediante lassiguientes ecuaciones (Ecs. (26), (27)):

VfL + QL1 AfonNAAL (para NAAL) Ec. (26)

VfL + QL1 AfonNBBL (para NBBL) Ec. (27)

11. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de lquido pesado tienen querecorrer( XH ), mediante la ecuacin (5) del aparte 4.5.4:


12. donde h es el nivel al cual se est evaluando la operacin, es decir h fonNAALo hNBBL (medido desde el fondo del recipiente), y VtP es la velocidad dedecantacin de la fase lquida pesada.

13. Si XH ( evaluado tanto para NAAL, como para NBBL ), es menor que Leff,habr separacin de la fase pesada, y el diseo del tambor es satisfactoriopara la decantacin de la fase pesada.
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14. Si XH ( evaluado tanto para NAAL, como para NBBL ), es mayor que Leff, no

habr separacin completa de la fase pesada, y el diseo del tambor no essatisfactorio para la decantacin de la fase pesada: regresar al inicio deltanteo.

Paso 8. Calcule la bota decantadora.

a. De acuerdo a lo indicado en la seccin 4.2, calcule la velocidad deflotacin de la fase dispersa liviana en la fase continua pesada, (VtL),usando la Ec (2). Si el valor calculado excede 4.2 mm/s (10 pulg/min),fijar dicha velocidad de flotacin en 4.2 mm/s (10 pulg/min).

b. Clculo del dimetro de la bota (DB).

b.1. El rea transversal de la bota AB, es (Ec (28)):

AB + QL2 0.85 x VfL Ec. (28)

Donde QL2 es el flujo volumtrico de lquido pesado.

b.2. El dimetro mnimo de la bota es (Ec (29)):

DB + 4 x AB p 12

x F24 Ec. (29)

b.3. Usando la tabla de dimetros de bota, que aparece en la seccin 4.4,comparar el dimetro de bota obtenido con los valores de dichatabla: si el valor obtenido excede el mximo all indicado, significaque el volumen de lquido pesado es muy grande para ser manejadopor una bota, y que se debe cambiar el tipo de separador, por unoque tenga volumen de lquido pesado dentro del cuerpo del tambor.

Si el dimetro de la bota es menor que el mximo indicado en la Tabla1, continuar con los clculos de este tipo de separador.

c. Clculo de la longitud de la bota (LB):

c.1. La altura del fondo hasta el NBI ( hNBI ), es 230 mm (9), de acuerdo alo indicado en el aparte 4.3.9.

c.2. La altura entre NAI y NBI ( hNBINAI ), es (Ec (30)):hNBlNAl + QL2 x tr3 x 60 AB Ec. (30)

Donde QL2 es el flujo volumtrico de lquido pesado, y tr3 es el tiempode residencia de operacin del lquido pesado.

Si hNBINAI es menor que 360 mm (14), entonces (Ec (31)):

hNBlNAl + 360mm (14) Ec. (31)

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c.3 La longitud de la bota (LB), es (Ec (32)):

LB + hNBl ) hNBlNAl Ec. (32)

Paso 9. Calcule otras reas y distancias verticales dentro del tambor.

El rea vertical entre el NBBL y NBL(ANBBLNBL), corresponde al volumen delquido de cinco minutos (300 s), de tiempo de residencia del lquido, dividido porLeff(Ec (33)):

ANBBLNBL + QL x (300) Leff Ec. (33)

El rea vertical entre el NAAL y NAL(ANAALNAL), es igual a ANBBLNBL (Ec (34)):

ANAALNAL + ANBBLNBL Ec. (34)

El rea vertical entre el fondo y NBL(AfonNBL), se obtiene por (Ec (35)):

AfonNBL + AfonNBBL) ANBBLNBL Ec. (35)

El rea vertical entre el fondo y NAL(AfonNAL), se obtiene por (Ec (36)):

AfonNAL + AfonNAAL ANAALNAL Ec. (36)

La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBL es (Ec (37)):

AfonNBL + R3 * x D Ec. (37)

Donde R3* se calcula a partir de la Tabla 5 del MDP03S03, con el valor de A3*=AfonNBL / ATAMB.

La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAL es (Ec (38)):

hfonNAL + R4 * x D Ec. (38)

Donde R4* se calcula a partir de la Tabla 5 del MDP03S03, con el valor de A4*=AfonNAL / ATAMB.

Paso 10. Verifique que el tambor cumple con las limitaciones de distanciasmnimas.

a. Verifique que hNBBLNAAL sea mayor o igual a 360 mm (14):

a.1. Obtenga la altura entre el NAAL y el NBBL (hNBBLNAAL) (Ec (62)):

hNBBLNAAL + hfonNAAL hfonNBBL Ec. (62)
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a.2. Si hNBBLNAAL es menor que 360 mm (14), entonces (Ec (63)):

hNBBLNAAL + 360 mm (14) Ec. (63)

a.3. Modificar (hfonNAAL), manteniendo todas las dems alturasincrementales que ya se haban calculado (Ec (111)):

hfonNAAL + hNBBLNAAL hfonNBBL Ec. (111)

a.4. Aumentar el dimetro en una cantidad igual a hNBBLNAAL. Alterar lalongitud efectiva de separacin acorde a la relacin F24 x Leff / D.

b. Verifique que la altura de la zona de flujo de vapor sea mayor que el

mayor de 300 mm (12) y el 20% del dimetro del tambor. En caso quesea as, no alterar los clculo realizados hasta ahora. En caso que nosea as, proceda a:

b.1. Aumentar la altura de la zona de vapor hasta cumplir con la limitacinantes mencionada

b.2. Aumentar el dimetro en la misma cantidad que aument la altura dela zona de flujo de vapor

b.3. No modificar las alturas que ya se haban calculado.

Paso 11. Dimensionamientode la boquilla de entrada.

a. Estimacin del dimetro de la boquilla (dp)Si no se tiene el dimetro de la tubera de entrada, y la aplicacin exigetener flujo bifsico anular, de acuerdo a lo expresado en el aparte 4.5 delMDP03S03, seguir lo indicado en PDVSAMDP(Pendiente)(Consultar con MDP versin 1986, seccin 14D), para obtener undimetro que produzca flujo anular a la entrada del recipiente. En laespecificacin de proceso del recipiente, se deber exigir que la tuberade entrada a este tambor tenga el dimetro aqu obtenido, en unadistancia de al menos cinco dimetros de boquilla medidos desde la bridade la boquilla de entrada.

Si no se tiene el dimetro de la tubera de entrada, y la aplicacin no exigetener flujo bifsico anular, de acuerdo a lo expresado en el aparte 4.5 delMDP03S03, usar la tabla mostrada en dicho aparte para estimar eldimetro de la boquilla de entrada.

b. Calcule la velocidad real de la mezcla a la entrada Vs (en el caso que anno se conozca) (Ec (39))

Vs +F20 x 4 x QM

p d 2pEc. (39)
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c. Chequee el criterio de mxima velocidad en la boquilla, de acuerdo a lo

presentado en el aparte 4.4.2 del MDP03S03.En caso que la boquilla seleccionada requiera de un distribuidor en Tcon ranuras, disee el distribuidor de acuerdo a lo presentado en elaparte 4.7.2 del MDP03S03.

Paso 12. Dimensionamiento de las boquillas de salida del gas y de lquidospesado y liviano.

Usar las recomendaciones de la tabla presentada en el aparte 4.5 delMDP03S03

Paso 13. Clculo de la longitud tangente a tangente del tambor.

Conociendo el tamao de la(s) boquilla(s) de entrada y de salida de gas, se tieneque la longitud tangente a tangente del tambor (L) es la suma, en unidadesconsistentes, de Leff y todos los tamaos nominales de las boquillas de entrada yde salida de gas, ms tolerancias mecnicas de construccin.

Paso 14. Diseo de la malla separadora de gotas.

a. Clculo del rea de la malla.Seguir las recomendaciones presentadas en los apartes 4.6.2 y 4.6.3 delMDP03S03. Conociendo el criterio a emplear, calcular la velocidadpermisible de gas, VV,,como un porcentaje de la velocidad crtica. Luego,

obtener el rea requerida de malla con la Ec (40):

AMalla + QV VV Ec. (40)

b. Seleccione el espesor y densidad de la malla, segn los criterios de diseo yaseleccionados.

c. Clculo del ancho de la malla cuadrada (aMalla) (Ec (41)):

aMalla + F25 AMalla12

Ec. (41)

d. Clculo de la distancia mnima permisible ho entre el tope de la malla y laboquilla de salida del gas: usar la Ec.(5a), en el aparte 4.6.4 del MDP03S03.

e. Calcule la distancia vertical disponible entre el fondo de la malla y NAAL(hMallaNAAL) (Ec (42)):

hMallaNAAL + DhfonNAALhoeMalla Ec. (42)

Nota: el hMallaNAAL mnimo requerido en de 300 mm (12 pulg), paraprevenir un salpiqueo excesivo en la malla.
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f. Verifique si el espacio de vapor es adecuado para montar una malla:

Calcule la distancia de la cuerda disponible para instalar la Malla, usandola Tabla 5 del MDP03S03, o directamente por medio de la siguienteecuacin (Ec (43)):

h + D x s e n cos1 1 2D x DhMallaNAAL hfonNAAL Ec. (43)

Paso 15. Especificacin de rompevrtices.

Siguiendo las recomendaciones del aparte 4.7.3 del MDP03S03, escoger eltipo de rompevrtice y anexar el estndar PDVSA aplicable.

5.2 Procedimiento de diseo para tambores horizontales con botadecantadora, dos entradas (PENDIENTE)

5.3 Procedimiento de diseo para tambores horizontales con las dosfases lquidas dentro del cuerpo cilndrico, una sola entrada

Ver Figura 2. para orientacin y seguimiento de ciertas tolerancias de diseo,identificacin de alturas y niveles. (Ver nomenclatura en Seccin 6)

Paso 1.Informacin mnima requerida.Ubicar la informacin mnima requerida segn la siguiente tabla.

Informacin

Vapor/gas

Lquidoliviano

Lquidopesado

General

Densidad

X

X

X

Viscosidad

X

X

X

Tensin Superficial

X

X

Flujo (msico ovolumtrico)

X

X

X

Presin de Operacin

X

Temperatura de Operacin

X

Material pegajoso?

X

Arrastre de Slidos?

X

Paso 2. Definicin de los criterios de diseo.

Consultar detalladamente la informacin contenida en este documento y lassecciones 4.2, 4.4, 4.5, 4.6 y 4.7 del PDVSAMDP03S03, para identificar loscriterios de diseo para el servicio en cuestin, (configuracin del tambor, tiemposde residencia, relacin F24 L/D, velocidad permisible de vapor).
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Antes de probar con este arreglo, se recomienda primero evaluar la posibilidad de

usar un arreglo de tambor con bota decantadora, el cual es el ms econmico, yaque el dimetro principal es menor que este arreglo.

Paso 3. Obtenga la distancia mnima permisible entre NBI y el fondo deltambor.

Para la definicin de los niveles, consultar 4.3.1. Esta distancia, hNBI, se obtienecon la informacin del aparte 4.3.9.

Paso 4. Obtenga la distancia mnima permisible entre NBBL y NAI.

Para la definicin de los niveles, consultar 4.3.1. Se supone que el tambor tendrun interruptor y/o alarma de nivel bajobajo. Si no es el caso, estaramos hablando

de hNBLNAI. Esta distancia, hNBBLNAI, se obtiene con la informacin del aparte4.3.9.

Paso 5. Calcule la velocidad permisible del flujo de vapor.

Usar la Ec. (11) en el MDP03S03, aparte 4.2, tomando en cuenta que, si ellquido liviano es ms del 5% vol del total de las fases lquidas, usar su densidadcomo densidad de lquido; en caso contrario, usar el promedio volumtrico de lasdensidades lquidas como densidad de lquido.

Paso 6. Calcule el rea vertical requerida (Av), para el flujo de vapor porencima de NAAL.

El rea vertical para el flujo de vapor Av, por encima del NAAL, requerida parasatisfacer los criterios de velocidad permisible, se calcula con la Ec. (12) delMDP03S03, aparte 4.2.

Paso 7. Dimensionamiento del tambor separador horizontal.

El estimado del tamao ptimo del tambor es un procedimiento de tanteo paratambores horizontales. Primero, se supone un tamao de tambor, luego se verificasi el tambor es adecuado para el servicio. Este procedimiento se debera repetirhasta que se optimice el tamao del tambor, ya que el objetivo es disear el tamborms pequeo adecuado para el servicio.

a. Calcular los volmenes de retencin de lquido liviano y lquido pesadode operacin y de emergencia.

a.1. El volumen de retencin de operacin de lquido liviano, entre elNAL y el NBL, se obtiene multiplicando el flujo de alimentacinlquida liviana por el tiempo de residencia correspondiente (Ec(44)):

Vr1 + QL1 x tr1 Ec. (44)
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REVISION FECHA




PDVSA MDP03S05

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PDVSA


Donde QL1 es el flujo volumtrico de lquido liviano, y tr1 es el tiempo

de residencia de operacin del lquido liviano.a.2. El volumen de retencin de lquido liviano por tiempo de respuestadel operador al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja),entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL), se obtiene multiplicando elflujo de alimentacin lquida liviana por el tiempo de respuestasupuesto, el cual es 5 min (300 s), desde NAL hasta NAAL, y 5 minms (300 s), desde NBL hasta NBBL (Ec (45)):

Vr2 + QL1 x (600s) Ec. (45)

En el caso que no se tengan interruptores y/o alarmas de NBBL y

NAAL, este volumen adicional es nulo. An cuando se ha supuestoen este documento que el tiempo de respuesta del operador es de 5minutos, puede sucederse que, por experiencias tpicas de lainstalacin para la cual se est haciendo este diseo, los valores detiempos de respuesta cambien: esto depender de cada caso enparticular y, si no hay otra indicacin se usar 5 minutos entre NAAL yNAL (o entre NBBL y NBL).

a.3. El volumen de retencin de operacin de lquido pesado, entre elNAI y el NBI, se obtiene multiplicando el flujo de alimentacin lquidapesada por el tiempo de residencia correspondiente (Ec (46)):

Vr3 + QL2 x tr3 Ec. (46)

Donde QL2 es el flujo volumtrico de lquido pesado, y tr3 es el tiempode residencia de operacin del lquido pesado.

Primer Tanteo

b. Asumir un valor inicial de la relacin F24Leff/D, donde Leff es la longitudefectiva de operacin, es decir, la requerida para que el proceso deseparacin vaporlquido se cumpla, la cual vara segn la presin deoperacin en los siguientes rangos:

P < 250 psig

1.5 < F24Leff/D < 3.0

250 < P< 500

3.0 < F24Leff/D 500

4.0 < F24Leff/D < 6.0

c. Asumir un dimetro y a partir de la relacin F24Leff/D calcular la longitud(Leff).

d. El rea vertical entre el NBL y el NAL se obtiene dividiendo el volumende retencin de operacin del lquido liviano (Vr1) entre la longitud (Leff)(Ec (47)).

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