Dimensionamento de Vaso Flash

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1 Dimensionamento de Vaso Flash Prof. Universidade Federal do Pampa BA310 Curso de Engenharia Química Campus Bagé 13 de setembro de 2016 Dimensionamento de Vaso Flash 1 / 16

2 Vaso Flash (a) vaso vertical (b) vaso horizontal Figura 1: Partes internas de vasos separadores líquido-vapor (a) vertical e (b) horizontal. Legenda: (I) carga, (OV) saída de vapor, (OL) saída de líquido, (1) e (2) seções primária e secundária de separação, (3) seção de separação do líquido, (4) demister e (5) quebrador de vórtice. Fonte: KLM Technology Group (2011). Dimensionamento de Vaso Flash 2 / 16

3 Vaso Vertical Dimensionamento de Vaso Flash 3 / 16

4 Vaso Flash Vertical V h V D F h F Nível máximo h L L Figura 2: Dimensões de um vaso flash vertical. Legenda: h L = altura do volume de líquido de compensação, h F = altura do nível de líquido até a linha de carga, h V = altura da linha de carga até o demister. Fonte: adaptado de Wankat (2012). Dimensionamento de Vaso Flash 4 / 16

5 Vaso Flash Vertical Dimensionamento 1 Determinar as vazões, L e V, e as composições, x i e y i, do vapor e do líquido; 2 Calcular a velocidade admissível do vapor, u perm ; 3 A partir de V e u perm obter a área da seção transversal A c e após D; 4 Determinar h a partir de: Regra prática: 3 h/d 5; ou Volume de compensação de líquido requerido, V surge. Dimensionamento de Vaso Flash 5 / 16

6 Vaso Flash Vertical Diâmetro do Vaso, D Velocidade admissível do vapor, u perm : onde: u perm = K drum ρl ρ V ρ V (1) K drum = (1 ft/s) exp [ A + B(ln F LV ) (2) F LV = W L W V + C(ln F LV ) 2 + D(ln F LV ) 3 + E(ln F LV ) 4] ρv ρ L (3) sendo 0,1 < K drum < 0,35, W é a vazão mássica das fases. Dimensionamento de Vaso Flash 6 / 16

7 Vaso Flash Vertical Diâmetro do Vaso, D Os parâmetros são: A = 1, B = 0, C = 0, D = 0, E = 0, Obtém-se D a partir da área transversal, A c : A c = V Mw V (4) u perm ρ V D = 4Ac π onde, para um gás ideal, ρ V = p RT Mw V. (5) Dimensionamento de Vaso Flash 7 / 16

8 Vaso Flash Vertical Altura do Vaso, h total 1 Regra prática: 3 h total D 5 (6) 2 Volume de compensação de líquido, V surge : h V = ,5d F (7) h F = ,5d F (8) onde h V 48 e h F 18. Dimensionamento de Vaso Flash 8 / 16

9 Vaso Flash Vertical Altura do Vaso, h total 2 Volume de compensação de líquido, V surge : Por fim, h L = V surge πd 2 /4 h total = h V + h F + h L (10) Se h total /D < 3, um volume de compensação de líquido, V surge, maior é requerido; Se h total /D > 5, um vaso horizontal deve ser utilizado. (9) Dimensionamento de Vaso Flash 9 / 16

10 Vaso Horizontal Dimensionamento de Vaso Flash 10 / 16

11 Vaso Flash Horizontal Vasos horizontais são usados para grandes vazões; Uma área de separação adicional é formada ao fazer a coluna larga como em vasos horizontais; Vasos horizontais são mais baratos que os verticais; Vasos horizontais são particularmente úteis quando são necessárias grandes capacidades de líquido de compensação. Dimensionamento de Vaso Flash 11 / 16

12 Vaso Flash Horizontal Dimensionamento 1 Escolher h/d entre 3 e 5. 2 Determinar u perm pela equação 2 sendo: K horizontal = 1,25 K vertical (11) 3 Calcular D: V Mw V D = u perm ρ V (h/d) (12) Dimensionamento de Vaso Flash 12 / 16

13 Vaso Flash Horizontal Dimensionamento 3 Calcular D: Para um gás ideal, tem-se: V R T D = u perm p (h/d) (13) Dimensionamento de Vaso Flash 13 / 16

14 Vaso Existente Dimensionamento de Vaso Flash 14 / 16

15 Vaso Flash Existente Dimensionamento Para este caso, h e D já estão definidos para o vaso. Para um dado vaso é determinada a quantidade máxima admitida de vapor, V max : V max = πd2 u perm ρ V 4Mw V (14) A capacidade máxima de vapor limita o produto da fração vaporizada, V/F, pela carga, F: (V/F)F < V max (15) Dimensionamento de Vaso Flash 15 / 16

16 Vaso Flash Existente Dimensionamento Se a equação 15 é satisfeita então o uso do vaso é direto, caso contrário, algo deve ser feito: 1 Adicionar divisas ou um demister para aumentar V max ou diminuir o arraste; 2 Reduzir a carga, F, no vaso; 3 Reduzir V/F. Menos vapor com mais do componente mais volátil será produzido; 4 Usar vasos em paralelo. Isto reduz a carga para cada vaso; 5 Usar vasos em série; 6 Tentar aumentar a pressão; 7 Usar alguma combinação dessas alternativas. Dimensionamento de Vaso Flash 16 / 16