Separador de vapor y líquido
En ingeniería química , un separador vapor-líquido es un dispositivo que se utiliza para separar una mezcla de vapor y líquido en sus fases constituyentes . Puede ser un recipiente vertical u horizontal y puede actuar como un separador bifásico o trifásico.
Un separador de vapor y líquido también puede denominarse tambor de evaporación instantánea , recipiente de ruptura , tambor de extracción o recipiente de extracción , tambor de succión del compresor, depurador de succión o tambor de entrada del compresor, o depurador de ventilación. Cuando se utiliza para eliminar gotas de agua suspendidas de corrientes de aire, a menudo se lo denomina desempañador .
Método de funcionamiento
En los separadores de vapor-líquido se utiliza la gravedad para hacer que el fluido más denso (líquido) se asiente en el fondo del recipiente, de donde se extrae, mientras que el fluido menos denso (vapor) se extrae de la parte superior del recipiente. [1] [2] [3] [4]
En entornos de baja gravedad , como una estación espacial , un separador de líquidos común no funcionará porque la gravedad no se puede utilizar como mecanismo de separación. En este caso, se debe utilizar la fuerza centrífuga en un separador centrífugo giratorio para impulsar el líquido hacia el borde exterior de la cámara para su eliminación. Los componentes gaseosos migran hacia el centro.
Un difusor de entrada reduce la velocidad y distribuye la mezcla entrante por toda la sección transversal del recipiente. [5] Una almohadilla de malla en la parte superior del recipiente facilita la separación y evita que el líquido se arrastre con el vapor. La almohadilla o estera de niebla atrapa las gotas de líquido arrastradas y les permite fusionarse hasta que sean lo suficientemente grandes como para caer a través del vapor que fluye hacia arriba hasta el fondo del recipiente. [5] También se utilizan paquetes de paletas y separadores ciclónicos para eliminar el líquido del vapor de salida. [5]
La salida de gas puede estar rodeada por una malla giratoria o rejilla, de modo que cualquier líquido que se acerque a la salida golpee la rejilla, se acelere y sea expulsado fuera de la salida.
El vapor viaja a través de la salida de gas a una velocidad de diseño que minimiza el arrastre de gotas de líquido en el vapor cuando sale del recipiente.
Un rompedor de vórtices en la salida del líquido evita la formación de vórtices y que el vapor sea aspirado hacia la salida del líquido. [5]
Monitoreo del nivel de líquido
El separador solo es eficaz mientras haya un espacio de vapor dentro de la cámara. El separador puede fallar si la entrada de mezcla se ve sobrecargada con material de suministro o si el drenaje de líquido no puede manejar el volumen de líquido que se recolecta. Por lo tanto, el separador se puede combinar con algún otro mecanismo de detección de nivel de líquido, como una mirilla o un sensor de flotador . De esta manera, tanto el flujo de suministro como el de drenaje se pueden regular para evitar que el separador se sobrecargue.
Aplicaciones
Los separadores verticales se utilizan generalmente cuando la relación gas-líquido es alta o los volúmenes de gas son altos. Los separadores horizontales se utilizan cuando se utilizan grandes volúmenes de líquido. [5]
Un separador de vapor-líquido puede funcionar como un separador trifásico, con dos fases líquidas inmiscibles de diferentes densidades. Por ejemplo, gas natural (vapor), agua y aceite/condensado. Los dos líquidos se sedimentan en el fondo del recipiente y el aceite flota en el agua. Se proporcionan salidas de líquido separadas. [5]
La alimentación a un separador vapor-líquido también puede ser un líquido que se transforma parcial o totalmente en vapor y líquido a medida que ingresa al separador.
Un captador de babosas es un tipo de separador de vapor y líquido que puede recibir una gran cantidad de líquido en momentos aleatorios. Generalmente se encuentra al final de los gasoductos donde puede haber condensado en forma de babosas de líquido. Suele ser un recipiente horizontal o un conjunto de tuberías de gran diámetro. [5]
La capacidad de líquido de un separador se define generalmente por el tiempo de residencia del líquido en el recipiente. Algunos tiempos de residencia típicos son los que se muestran a continuación. [5]
| Solicitud | Tiempo de residencia, minutos |
|---|---|
| Gas natural – separación de condensados | 2–4 |
| Tanque de alimentación del fraccionador | 10–15 |
| Tambor de reflujo | 5–10 |
| Sumidero del fraccionador | 2 |
| Tanque de evaporación de amina | 5–10 |
| Tanque de compensación de refrigeración | 5 |
| Tanque de compensación del medio de calentamiento | 5–10 |
Dónde se utilizan separadores de vapor-líquido
Los separadores vapor-líquido se utilizan ampliamente en una gran variedad de industrias y aplicaciones, como por ejemplo:
- Refinerías de petróleo
- Plataformas offshore
- Plantas de procesamiento de gas natural (NGL)
- Plantas petroquímicas y químicas
- Sistemas de refrigeración
- Aire acondicionado
- Sistemas de compresores
- Gasoductos
- Tambores de evaporación de condensado de vapor
- Plantas de energía geotérmica
- Centrales eléctricas de ciclo combinado
- Chimeneas de bengalas
- Extracción de vapor del suelo
- Fábricas de papel
- Bombas de anillo líquido
Prevención de daños en la bomba
En los sistemas de refrigeración, es común que el sistema contenga una mezcla de líquido y gas, pero que el compresor de gas mecánico sea intolerante al líquido.
Algunos tipos de compresores, como el compresor de espiral, utilizan un volumen de compresión que se reduce continuamente. Una vez que el líquido llena por completo este volumen, la bomba puede detenerse y sobrecargarse, o la cámara de la bomba puede deformarse o dañarse de otro modo por el fluido que no cabe en un espacio más pequeño.
Véase también
- Evaporación instantánea
- Refrigeración por compresión de vapor
- Ecuación de Souders-Brown (para dimensionar separadores vapor-líquido)
- Tambor de vapor
Referencias
- ^ William D. Baasel (1990). Diseño preliminar de plantas de ingeniería química (2.ª ed.). Van Nostrand Reinhold. ISBN 0-442-23440-6.OCLC 18907139 .
- ^ David HF Liu (1997). Manual de ingenieros ambientales (2.ª edición). CRC Press . ISBN 0-8493-9971-8.OCLC 35886123 .
- ^ Stanley S. Grossel (junio de 2004). "Diseño y dimensionamiento de tambores de descarga/tanques de captura para sistemas de socorro de emergencia". Plant/Operations Progress . 5 (3): 129–135. doi :10.1002/prsb.720050304. ISSN 0278-4513.
- ^ Stanley M. Walas (1988). Equipos para procesos químicos: selección y diseño . Butterworth-Heinemann. ISBN 0-409-90131-8.OCLC 16714037 .
- ^ abcdefgh Asociación de Proveedores de Procesadores de Gas (2004). "Capítulo 7 - Equipos de separación". Libro de datos de ingeniería (duodécima edición). Tulsa, Oklahoma: GPSA.
Enlaces externos
- Caracterización experimental de depuradores de gas natural a alta presión por Trond Austrheim (preimpresiones de artículos basados en la tesis doctoral de la Universidad de Bergen , Noruega , 2006)
- Tutorial de Flash Steam Los beneficios de recuperar vapor flash, cómo se hace y aplicaciones típicas.
- Calculadora rápida para el dimensionamiento de tambores de extracción horizontal Basada en el tiempo mínimo requerido para separar gotas de líquido de un tamaño mínimo determinado.
- Criterios de diseño para separadores de vapor/líquido Archivado el 11 de febrero de 2008 en Wayback Machine
- Explicación detallada de los separadores de vapor-líquido de alto rendimiento (depuradores)
- Diseños y procesos de fabricación de separadores de vapor y líquido Archivado el 15 de junio de 2018 en Wayback Machine
