Ubique las operaciones de recuperación de vapores donde el beneficio de recuperación sea mayor en relación con el flujo manejado y el riesgo controlado. Instale la recuperación en la corriente de purga cuando se esté perdiendo un producto valioso o alimentación sin reaccionar. Instálela en la corriente de reciclaje de gas cuando las impurezas amenacen el rendimiento del reactor o la vida útil del catalizador, y colóquela en la corriente de vapor flash cuando deban abordarse ambos objetivos.
La ubicación de la recuperación de vapores es un compromiso en el diagrama de flujo entre la conservación de material, la pureza del reciclaje, el tamaño del equipo y el control de contaminantes. Recupere de la corriente más pequeña que resuelva el problema, pero elimine las especies corrosivas, tóxicas, polimerizables o que formen hielo lo suficientemente pronto como para proteger el equipo aguas abajo.
Comience con el problema del proceso
Recupere material valioso de la purga
Una corriente de purga evita que los componentes inertes o no deseados se acumulen en un bucle de reciclaje. También puede arrastrar producto valioso o alimentación sin reaccionar fuera del proceso.
Cuando esta pérdida es económicamente significativa, la unidad de recuperación debe ir en la línea de purga. La purga suele tener el caudal más bajo entre las opciones de ubicación prácticas, por lo que esta disposición a menudo minimiza el tamaño del equipo, los servicios auxiliares y el costo de capital.
Proteja el reactor y el catalizador
Un bucle de reciclaje puede concentrar impurezas traza durante pasadas repetidas. Incluso pequeñas cantidades pueden reducir la actividad del catalizador, alterar la selectividad del producto o crear una condición de operación del reactor inaceptable.
En este caso, coloque la operación de recuperación de vapores o purificación en la corriente de reciclaje de gas antes de que el gas regrese al reactor. El objetivo no es principalmente la recuperación del producto; es mantener una composición de reciclaje adecuada.
Aborde tanto la pérdida como la contaminación
Si el proceso tiene tanto pérdidas sustanciales por purga como acumulación de impurezas dañinas, instale la recuperación en la corriente de vapor inmediatamente después del separador flash.
Esta ubicación puede tratar el vapor flash combinado antes de que se divida en corrientes de purga y reciclaje. Aborda tanto la recuperación de material como la protección del reciclaje, pero la unidad debe manejar un flujo mayor que un sistema solo de purga.
Utilice la composición y el flujo de la corriente para elegir la ubicación
Compare las cargas de las corrientes relevantes
La misma tecnología de separación puede tener costos muy diferentes dependiendo de dónde se instale. Una unidad en la purga generalmente maneja menos gas que una en la corriente de reciclaje o en el vapor post-flash.
Un flujo menor puede reducir el volumen del equipo, el área de la membrana, el tamaño del absorbedor, la carga del compresor, la carga del condensador y el consumo de servicios auxiliares asociados. Estos ahorros deben sopesarse frente a si una corriente más pequeña contiene todo el material o los contaminantes que deben eliminarse.
Identifique qué debe recuperarse
El objetivo de recuperación puede ser un producto condensable, un componente de alimentación sin reaccionar u otra especie valiosa. Su concentración, comportamiento de fase y compatibilidad con el método de recuperación determinan si la condensación, absorción, separación criogénica o permeación por membrana es apropiada.
Los métodos de propiedades físicas utilizan diferencias en el punto de ebullición, volatilidad relativa o solubilidad del gas. Los métodos químicos utilizan reactividad selectiva, como la absorción química, oxidación catalítica o hidrogenación catalítica.
Identifique qué debe eliminarse
Algunas especies son importantes debido a su peligro o efecto en el equipo en lugar de su valor económico. Los contaminantes corrosivos, tóxicos, polimerizables y susceptibles a la congelación deben considerarse explícitamente durante la secuenciación del diagrama de flujo.
Por ejemplo, el H2S, el dióxido de carbono y la humedad pueden requerir eliminación antes de operaciones a baja temperatura o de membrana cuando podrían causar corrosión, congelación, incrustación, degradación o una operación insegura.
Secuencie la protección antes de la optimización de la recuperación
Elimine las especies dañinas temprano
La ubicación preferida no siempre es el punto con el caudal más bajo. Si un contaminante puede dañar el equipo aguas abajo, debe eliminarse antes de ese equipo, incluso si la corriente de tratamiento es mayor.
La eliminación temprana de contaminantes protege el resto del tren de separación y evita que una unidad de recuperación se convierta en una fuente de incrustación, corrosión, taponamiento o exposición peligrosa.
Proteja las operaciones a baja temperatura
Las operaciones criogénicas y otras operaciones a baja temperatura son particularmente sensibles a los componentes que se congelan o solidifican. La humedad y el dióxido de carbono susceptible a la congelación son ejemplos comunes.
Estas especies deben controlarse aguas arriba de la unidad de baja temperatura. De lo contrario, la operación de recuperación nominalmente eficiente puede sufrir bloqueos, pérdida de capacidad o paradas forzadas.
Proteja las membranas y las unidades reactivas
Las membranas requieren condiciones de alimentación compatibles con el material de la membrana y su envolvente operativa. Los contaminantes reactivos también pueden interferir con las etapas de tratamiento catalítico o químico.
Por lo tanto, el diagrama de flujo debe colocar el pretratamiento antes de las unidades sensibles, mientras se conserva el componente objetivo en una forma que la operación de recuperación aguas abajo aún pueda capturar.
Mantenga el diagrama de flujo legible física y económicamente
Represente cada operación por separado
Cada bloque del diagrama de flujo debe representar una operación física o química. La mezcla, reacción, flash, absorción, condensación y separación no deben combinarse en un bloque ambiguo cuando sus funciones y restricciones de diseño difieren.
Esto hace que la ubicación de la operación de recuperación de vapores sea clara y permite que cada unidad reciba su propio balance de materia, balance de energía, condiciones de operación y evaluación de equipo.
Etiquete las corrientes completamente
Las etiquetas de las corrientes deben identificar la composición y las condiciones físicas relevantes, incluido el caudal, la temperatura, la presión y la fase, cuando sea apropiado.
Las decisiones de ubicación dependen de estas propiedades. Una purga con un flujo molar pequeño pero una alta concentración de un condensable valioso puede ser más atractiva que una corriente de reciclaje mayor con una concentración diluida del mismo componente.
Preserve la conservación de la masa
Cada ubicación de recuperación propuesta debe satisfacer la conservación de material en todas las unidades afectadas. El producto recuperado, la impureza rechazada, el gas de purga, el gas de reciclaje y cualquier subproducto o corriente de desecho deben representarse explícitamente.
Una unidad de recuperación que parece beneficiosa debido a un balance incompleto del diagrama de flujo puede producir estimaciones engañosas de recuperación, emisiones, composición de reciclaje y economía.
Comprender las compensaciones
La ubicación en la purga reduce el costo pero puede limitar la protección
La recuperación en la línea de purga generalmente minimiza el manejo de flujo y el tamaño del equipo. Sin embargo, puede no eliminar las impurezas del bucle de reciclaje antes de que afecten al reactor.
Por lo tanto, es apropiado cuando el problema principal es la pérdida de material valioso, no cuando se requiere un control continuo de impurezas.
La ubicación en el reciclaje protege al reactor pero puede recuperar con menos eficiencia
El tratamiento en la línea de reciclaje controla directamente el gas que regresa al reactor. Esta es la prioridad correcta cuando el envenenamiento del catalizador, la pérdida de selectividad o la inestabilidad del reactor son el riesgo dominante.
El compromiso es que la unidad puede manejar más flujo que un sistema solo de purga y puede requerir operación continua, servicios auxiliares adicionales o especificaciones de impurezas más exigentes.
La ubicación post-flash maneja más flujo
El tratamiento inmediatamente después del flash puede resolver problemas tanto de recuperación como de pureza del reciclaje. También puede centralizar la función de separación antes de la división de la corriente.
La desventaja es un mayor rendimiento volumétrico, lo que puede aumentar los requisitos de compresor, condensador, absorbedor, membrana o separador. La ubicación debe justificarse por el valor de resolver ambos problemas con una sola operación.
La recuperación puede no estar justificada
No se necesita una unidad de recuperación de vapores cuando las pérdidas por purga son económicamente insignificantes y las impurezas no se acumulan a niveles dañinos en el bucle de reciclaje.
No se debe agregar un sistema de recuperación solo porque un componente está presente. Su valor depende de la cantidad recuperable, el valor del producto, las obligaciones ambientales o de seguridad, los requisitos del reactor, el costo operativo y las consecuencias de no tratar la corriente.
La geometría del separador es una cuestión de diseño separada
Un separador gas-líquido vertical aguas arriba de una unidad de recuperación puede diseñarse utilizando una relación de aspecto cercana a L/D = 3, con un rango práctico más amplio de aproximadamente 2.5 a 5. La retención de líquido se evalúa comúnmente durante aproximadamente 5 a 10 minutos en una condición asumida de medio lleno, y se puede usar un eliminador de niebla de malla metálica para limitar el arrastre de líquido.
Estas son heurísticas de dimensionamiento de equipos, no reglas para elegir entre la ubicación en purga, reciclaje y post-flash. La decisión de ubicación es lo primero; las dimensiones del separador y los internos se derivan del diagrama de flujo seleccionado y las condiciones de operación.
Cómo aplicar esto a su proyecto
Utilice la siguiente lógica de decisión durante el diseño conceptual:
- Si su enfoque principal es minimizar la pérdida de producto valioso: Coloque la recuperación en la corriente de purga, siempre que las impurezas del reciclaje no requieran un tratamiento anterior.
- Si su enfoque principal es proteger un reactor o catalizador: Coloque la recuperación o purificación en la corriente de reciclaje de gas antes de que regrese al reactor.
- Si su enfoque principal es resolver tanto la pérdida de material como la acumulación de impurezas: Coloque la recuperación en la corriente de vapor flash antes de que se divida en flujos de purga y reciclaje.
- Si su enfoque principal es proteger el equipo aguas abajo de baja temperatura o membrana: Elimine las especies corrosivas, tóxicas, polimerizables o susceptibles a la congelación aguas arriba de la operación sensible.
- Si su enfoque principal es minimizar el costo innecesario de capital y operación: Omita la recuperación de vapores cuando tanto las pérdidas por purga como la contaminación por reciclaje sean demostrablemente insignificantes.
La ubicación correcta es aquella que resuelve el problema del proceso controlador en el punto necesario más temprano sin imponer costos de recuperación en una corriente más grande de lo que requiere el proceso.
Tabla de resumen:
| Prioridad del proceso | Ubicación recomendada | Beneficio principal | Compromiso clave |
|---|---|---|---|
| Reducir la pérdida de producto o alimentación valiosa | Corriente de purga | Equipo más pequeño y menores costos de servicios auxiliares | Puede no proteger el bucle de reciclaje de impurezas |
| Proteger el reactor o catalizador | Corriente de reciclaje de gas antes del reactor | Controla la acumulación de impurezas y mantiene la calidad del reciclaje | Maneja más flujo y puede requerir tratamiento continuo |
| Resolver problemas de recuperación y contaminación | Corriente de vapor flash antes de la división purga/reciclaje | Tratamiento centralizado para ambos objetivos | Mayor rendimiento y costo de equipo |
| Proteger equipo criogénico, de membrana o sensible | Aguas arriba de la unidad sensible | Evita congelación, incrustación, corrosión o daño | El pretratamiento puede requerir una corriente mayor |
| Evitar inversiones innecesarias | Sin unidad de recuperación | Elimina costos de capital y operativos injustificados | Apropiado solo cuando las pérdidas y la contaminación son insignificantes |
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