Ecuación de Souders-Brown

Separador típico de vapor y líquido

La ecuación de Souders-Brown (nombrada en honor a Mott Souders y George Granger Brown ^[1]^[2] ) ha sido una herramienta para obtener la velocidad máxima de vapor permitida en recipientes de separación vapor-líquido (llamados de diversas formas tambores de flash , tambores de knockout , ollas de knockout , tambores de succión del compresor y tambores de entrada del compresor ). También se ha utilizado para el mismo propósito en el diseño de columnas de fraccionamiento con bandejas , columnas de absorción con bandejas y otras columnas de contacto vapor-líquido.

Un tambor separador de vapor y líquido es un recipiente vertical en el que se introduce una mezcla de líquido y vapor (o un líquido de evaporación instantánea) y en el que el líquido se separa por gravedad, cae al fondo del recipiente y se retira. El vapor se desplaza hacia arriba a una velocidad de diseño que minimiza el arrastre de cualquier gota de líquido en el vapor cuando sale por la parte superior del recipiente.

Usar

El diámetro de un tambor separador de vapor y líquido está determinado por el caudal volumétrico esperado de vapor y líquido del tambor. La siguiente metodología de dimensionamiento se basa en el supuesto de que se conocen dichos caudales.

Utilice un recipiente a presión vertical con una relación longitud-diámetro de aproximadamente 3 a 4, y dimensione el recipiente para proporcionar aproximadamente 5 minutos de inventario de líquido entre el nivel de líquido normal y el fondo del recipiente (con el nivel de líquido normal ligeramente por debajo de la entrada de alimentación).

Calcule la velocidad máxima de vapor permitida en el recipiente utilizando la ecuación de Souders-Brown:

$v=\left(k\right){\sqrt {\frac {\rho _{L}-\rho _{V}}{\rho _{V}}}}$

Luego, el área de la sección transversal del tambor se puede encontrar a partir de:

$A={\frac {\dot {V}}{v}}$

Y el diámetro del tambor es:

$D={\sqrt {\frac {4A}{\pi }}}$

El tambor debe tener una salida de vapor en la parte superior, una salida de líquido en la parte inferior y una entrada de alimentación aproximadamente a la mitad del nivel. En la salida de vapor, coloque una malla de arrastre dentro del tambor de modo que el vapor deba pasar a través de esa malla antes de poder salir del tambor. Según la cantidad de flujo de líquido que se espera, la línea de salida de líquido probablemente deba tener una válvula de control de nivel de líquido .

En cuanto al diseño mecánico del tambor (materiales de construcción, espesor de pared, tolerancia a la corrosión, etc.) utilice los mismos criterios que para cualquier recipiente a presión.

Valores recomendados dea

El libro de datos de ingeniería de GPSA ^[3] recomienda los siguientes valores k para tambores verticales con almohadillas de malla horizontales (a las presiones de operación indicadas):

A una presión manométrica de 0 bar : 0,107 m/s
A una presión manométrica de 7 bar: 0,107 m/s
A una presión manométrica de 21 bar: 0,101 m/s
A una presión manométrica de 42 bar: 0,092 m/s
A una presión manométrica de 63 bar: 0,083 m/s
A una presión manométrica de 105 bar: 0,065 m/s

Notas de GPSA:

k = 0,107 a una presión manométrica de 7 bar. Restar 0,003 por cada 7 bar por encima de una presión manométrica de 7 bar.
Para soluciones de glicol o amina , multiplique los valores k anteriores por 0,6 – 0,8
Por lo general, se utiliza la mitad de los valores k anteriores para el dimensionamiento aproximado de los separadores verticales sin almohadillas de malla.
Para depuradores de succión de compresores y separadores de entrada de expansores, multiplique k por 0,7 – 0,8

Véase también

Desempañador

Referencias

^ M. Souders y GG Brown (1934). "Diseño de columnas de fraccionamiento, arrastre y capacidad". Química industrial e ingeniería . 38 (1): 98–103. doi :10.1021/ie50289a025.
^ Estudio analítico de la eficiencia de separación de líquido/vapor Archivado el 24 de abril de 2009 en Wayback Machine , estudio desarrollado por WD Monnery, Chem-Pet Process Technology Ltd. y WY Svrcek, Universidad de Calgary , Calgary , Canadá , 2005, para Petroleum Technology Alliance Canada
^ Asociación de proveedores de procesamiento de gas (GPSA) (1987). Libro de datos de ingeniería . Vol. 1 (10.ª ed.). Asociación de proveedores de procesamiento de gas, Tulsa , Oklahoma .