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Fundamentos de la separación gas-líquido: una guía de ingeniería
Guía de ingeniería del separador de gases y líquidos
,fundamentos de la separación gas-líquido
,Manual técnico del separador de gases y líquidos
La separación gas-líquido es una operación de unidad central utilizada en las industrias de petróleo y gas, petroquímica, generación de energía y fabricación química.El objetivo principal es separar un flujo de fluido de fase mixta en fracciones gaseosas y líquidas distintas que sean limpias y libres de contaminación cruzadaYa sea la eliminación de condensado de las líneas de transmisión de gas natural, la protección de los compresores aguas abajo de las babosas líquidas, o la recuperación de productos de reacción valiosos.Comprender la física subyacente es esencial para diseñar equipos de separación eficientes.
En su esencia, la separación gas-líquido se basa en la explotación de las diferencias de propiedades físicas, específicamente densidad, viscosidad e impulso, entre la fase gasosa continua y la fase líquida dispersa..
Cualquier separador mecánico, ya sea un simple tambor horizontal o un separador avanzado de filtros de varias etapas, utiliza uno o varios de los siguientes principios fundamentales:
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Impulso (separación inercial):Cuando un flujo de fluido sufre un cambio repentino de dirección o velocidad, las moléculas de gas siguen fácilmente la nueva trayectoria de flujo debido a su baja masa.Las gotitas líquidas más pesadas y las partículas sólidas poseen mayor impulso, causando que se separen del flujo de gas y choquen con los deflectores de recolección o con las paredes de los recipientes.
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La gravedad se asienta:En una sección de vaso ampliada, la velocidad del gas disminuye significativamente.las gotas de líquido se depositan hacia abajo si la fuerza gravitacional hacia abajo excede la fuerza de arrastre hacia arriba ejercida por el gas que fluyeLa velocidad de asentamiento terminal se modela matemáticamente utilizando formas modificadas de la ley de Stokes o la ley de Newton, dependiendo del tamaño de las gotas y los números de Reynolds.
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Coalescencia:Las gotas microscópicas y los aerosoles submicrónicos (a menudo menores de 10 micras) carecen de masa suficiente para depositarse únicamente mediante la gravedad o el momento.Las demás partidas de los artículos de la partida 85, o elementos de cartucho de fibra especializados forzan a pequeñas gotas a chocarse, fusionarse en gotas más grandes y ganar suficiente peso para precipitarse fuera de la corriente de gas.
| Mecanismo de separación | Fuerza impulsora | Objetivo típico de tamaño de gotita | Tipo de equipo primario |
|---|---|---|---|
| Separación por gravedad | Diferencial de densidad y atracción gravitacional | Gran cantidad de gotas ($>150\,\mu m$) | Baterías de nocaut horizontal y vertical |
| Acción centrífuga | Aceleración de rotación (fuerza G) | Gotas medianas a grandes ($>10\,\mu m$) | Separaciones de vórtices, tubos de ciclones |
| Coalescencia y filtración | Intercepción de la superficie y fusión de gotas | Los aerosoles ultrafinos ($0.3\,\mu m$En el10$, su m$.) | Los demás aparatos para la fabricación de máquinas y aparatos para la fabricación de máquinas y aparatos para la fabricación de máquinas |
Los ingenieros deben tener en cuenta varias variables de funcionamiento al dimensionar y especificar un sistema de separación gas-líquido:
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Las tasas de flujo de gas y líquidos:Las tasas de flujo volumétrico dictan el área de la sección transversal del recipiente necesaria para mantener las velocidades de gas permitidas y evitar la re-atracción de líquidos ya separados.
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Tiempo de retención:La duración durante la cual el líquido debe permanecer en el depósito de fondo (o el maletero) del recipiente para permitir que las burbujas de gas disueltas o arrastradas escapen de nuevo a la fase de gas antes de que el líquido se drene.
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Propiedades del fluido:La viscosidad, la tensión superficial y la densidad relativa influyen en gran medida en la velocidad terminal de las gotas y la eficiencia de la coalescencia.Las viscosidades altas o las tensiones superficiales bajas requieren geometrías internas especializadas.
P: ¿Cuál es la principal diferencia entre un separador gas-líquido de dos fases y un separador gas-líquido de tres fases?
R: Un separador de dos fases aisla una fase líquida combinada de una corriente de gas. Un separador de tres fases incluye placas de presa internas, botas de agua,y zonas internas de gravedad para separar la alimentación líquida en tres flujos distintos: gas, petróleo crudo y agua gratuita.
P: ¿Por qué los aerosoles líquidos submicrónicos presentan un gran desafío en la separación de gas y líquido?
R: Las gotitas submicrónicas poseen una masa y un momento extremadamente bajos, lo que les permite viajar sin problemas a lo largo de las líneas de flujo de gas sin responder al asentamiento de la gravedad o a los cambios de momento estándar.Para capturarlos se requieren elementos de filtro de coalescencia de alta eficiencia que obligan a las gotas a fusionarse en tamaños más grandes antes de su eliminación..
P: ¿Qué es el reabsorción de líquidos y cómo se evita?
R: La reatracción se produce cuando las altas velocidades de gas arrastran el líquido previamente separado de la superficie de las piscinas de recolección internas o las almohadillas de eliminación de niebla de nuevo al flujo de gas limpio.Se evita manteniendo el tamaño adecuado de los vasos, manteniendo las velocidades del gas por debajo de los valores críticos de K y utilizando canales de drenaje eficaces.
P: ¿Requieren todos los separadores de gas-líquido fuentes de energía activas?
A: No. Most conventional mechanical separators (such as gravity drums and centrifugal cyclones) have no internal moving parts and rely entirely on the kinetic energy and pressure of the incoming fluid stream to perform separation.
Para una revisión exhaustiva de estos conceptos, puede ver elPetroSkills Separación de gas-líquido Fundamentos video.
