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Mdp 04 cf-05 selección del dispositivo de contacto

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Mdp 04 cf-05 selección del dispositivo de contacto

  1. 1. PDVSA N° TITULO REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHAAPROB.FECHA TORRES DE FRACCIONAMIENTO E1994 MDP–04–CF–05 SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO APROBADO ENE.97 ENE.97 ENE.97 J.M.0 6 F.R. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO ESPECIALISTAS PDVSA
  2. 2. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO ENE.970 PDVSA MDP–04–CF–05 Página 1 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Indice 1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO 2. . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Factores que favorecen la selección de torres empacadas 2. . . . . . . . . . . 4.2 Factores que favorecen la selección de torres con platos 4. . . . . . . . . . . . . 4.3 Comparación entre platos y empaques desordenados 5. . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Comparación entre platos y empaques estructurados 6. . . . . . . . . . . . . . . .
  3. 3. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO ENE.970 PDVSA MDP–04–CF–05 Página 2 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1 OBJETIVO Presentar los factores que favorecen el uso de platos o empaque en diferentes tipos de servicio, para orientar al diseñador en la selección del dispositivo más adecuado para su caso en particular. 2 ALCANCE Esta subsección presenta algunos criterios para la selección del dispositivo de contacto más adecuado a ser considerado en el diseño de torres de fraccionamiento normalmente utilizadas en las instalaciones petroleras y petroquímicas. Se indican las ventajas o desventajas que proporciona la selección de platos o empaques en diferentes tipos de servicio, sugiriendo en cada caso el dispositivo más apropiado. 3 REFERENCIAS S Distillation Design, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1992 S Distillation Operation, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1990 S Chemical Eng., Thibodeaux, L. J., and P. W. Murrill, July 18, p. 155, 1966 4 SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO En esta sección se presentará un resumen de los factores que favorecen la selección de torres empacadas o torres con platos. Una vez que se haga la elección, los siguientes capítulos presentan los criterios para seleccionar el tipo de plato o empaque y posteriormente se explica el procedimiento de diseño riguroso a seguir en cada caso. 4.1 Factores que favorecen la selección de torres empacadas 4.1.1 Sistemas al vacío La caída de presión del empaque es mucho menor que la de los platos. Cuando se trata de platos, el área abierta en cada uno de ellos es normalmente 5 a 10 % del área transversal de la torre. Cada plato equivale a un orificio de restricción con una relación de área de 10 –20 a 1, lo que origina una velocidad alta y por lo tanto, una caída de presión alta. Adicionalmente, cada plato retiene normalmente 1 a 2 pulgadas de líquido, a través del cual debe pasar el vapor, proporcionando más caída de presión. En este caso la caída de presión está generalmente en el orden de 0.15 psi por etapa teórica. En el caso de una torre empacada, el área abierta es normalmente mayor que el 50 % del área transversal de la torre, y la resistencia del líquido al flujo de gas es relativamente baja. Esto origina una caída de presión típica de 0.04 psi por etapa teórica en el caso de empaques desordenados y en el caso de empaques estructurados se obtiene la mitad de ese valor ( 0.02 psi).
  4. 4. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO ENE.970 PDVSA MDP–04–CF–05 Página 3 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Tomando como ejemplo una columna de vacío con 10 etapas teóricas, que opera a una presión en el tope de 1 psi, si se diseña con platos la presión en el fondo será de 2.5 psi, mientras que al utilizar empaque solamente resultará de 1.4 psi. Con la torre empacada se obtiene mejor volatilidad relativa en el fondo, reduciendo así los requerimientos de reflujo, calor (rehervidor) y temperatura. Esto significa menor degradación del producto, mayor capacidad y menor consumo de energía, lo que representa una ventaja atractiva para la selección del empaque en este tipo de servicio. 4.1.2 Baja caída de presión El uso de empaque, como se mencionó en los párrafos anteriores, se ve favorecido cuando resulta económico minimizar la caída de presión. Un ejemplo típico es una torre atmosférica o torre que opera a baja presión, cuyos productos de tope son comprimidos aguas arriba. Cada psi de caída de presión significa mayor requerimiento de compresión lo que se traduce en un mayor consumo de energía y mayor inversión para el compresor. 4.1.3 Remodelaciones “Revamp” La ventaja que tiene el empaque frente a los platos, en cuanto a caída de presión, es invaluable cuando se trata de remodelaciones de columnas al vacío. Al optimizar la presión de diseño, durante la remodelación, una reducción en la caída de presión se traduce en: un aumento de capacidad, un ahorro de energía, un mejoramiento de la separación, o en varias combinaciones de estos beneficios. El empaque es un medio que permite intercambiar fácilmente capacidad por separación y viceversa. Utilizando empaques pequeños se puede convertir capacidad extra (sobrediseño) de la torre en etapas de separación adicionales. Mientras que al utilizar empaques grandes se puede superar un problema de embotellamiento por falta de capacidad a expensas de separación. Si ambos casos pueden aplicarse dentro de diferentes secciones de una misma columna, asumiendo la ausencia de perturbaciones cerca de la alimentación, se puede lograr una mejora en la capacidad o en la separación, o en ambas al mismo tiempo con una mínima penalización. Una pérdida en la separación por el uso de empaques grandes puede compensarse mediante un pequeño aumento, casi impercebible, del reflujo. En torres con platos, el aumento del espaciamiento entre platos dará resultados similares, sin embargo, esto es mucho más difícil de lograr. 4.1.4 Torres de diámetro pequeño Cuando el diámetro de la torre es menor de 3 pie resulta difícil accesar el interior de la torre para la instalación y mantenimiento de los platos. Generalmente se utilizan los platos tipo ”Cartridge” o un sobredimensionamiento del diámetro de la torre. Cualquiera de las dos opciones tiene un costo alto, además los platos tipo
  5. 5. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO ENE.970 PDVSA MDP–04–CF–05 Página 4 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Cartridge experimentan fugas y problemas de estancamiento ”hold–down”. La selección de empaque es una alternativa más económica y deseable. 4.1.5 Sistemas corrosivos La variedad de materiales utilizados en la elaboración de empaques es mucho mayor que los que se usan normalmente para la construcción de platos. Los platos pueden ser manufacturados con materiales no metálicos, sin embargo, los empaques de cerámica y plástico son económicos y efectivos. Por lo tanto, el uso de empaques en estos servicios resulta más económico y deseable. 4.1.6 Espuma (y emulsión) En platos hay mayor tendencia a la formación de espuma que en empaques debido a que las velocidades del líquido y del vapor son mayores, y el contacto entre ambas fases es más violento. La ventaja del empaque en este servicio es muy pequeña, pero normalmente es exageradamente grande porque se realizan prácticas de diseño de platos donde el dimensionamiento del bajante resulta deficiente. 4.1.7 Poca retención de líquido Los empaques generalmente retienen poco líquido comparado con platos. Esto resulta ventajoso para casos donde se desea reducir la polimerización o degradación, y en otros casos como medida de seguridad que busca la reducción del inventario de material de alto riesgo. 4.1.8 Destilación por pasos ”Batch” El empaque en esta aplicación, proporciona un gran porcentaje de recuperación de líquido por el tope, ya que la retención de líquido es pequeña. 4.2 Factores que favorecen la selección de torres con platos 4.2.1 Sólidos Los platos, a diferencia de las torres empacadas, pueden manejar fácilmente sólidos. Esto se debe a que normalmente, tanto la velocidad del gas como la del líquido en los platos es mayor que en el empaque, dando un efecto de barrido que mantiene las aperturas y perforaciones limpias. Los sólidos tienden a acumularse en los espacios vacíos (intersticios) del empaque, sin embargo existen muy pocas partes en un plato donde los sólidos puedan depositarse. Otro factor que desfavorece el uso de las torres empacadas en este servicio, es que se necesitan distribuidores de líquido, y su taponamiento ha resultado un problema operacional muy común. La limpieza de los platos es mucho más fácil que la limpieza de empaques desordenados, mientras que limpiar empaque estructurado es casi imposible.
  6. 6. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO ENE.970 PDVSA MDP–04–CF–05 Página 5 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 4.2.2 Velocidades altas de líquido Los platos con multipasos disminuyen efectivamente la carga de líquido que ve cada parte del plato. No se puede aplicar un truco similar en torres empacadas, la capacidad de estos, especialmente los estructurados, tiende a disminuir rápidamente a flujos grandes de líquido. Generalmente es más económico manejar flujos grandes de líquido con torres de platos. 4.2.3 Torres de diámetro grande En torres de diámetro grande los empaques son propensos a severos problemas distribución. En torres de platos esto es mucho menos severo. 4.2.4 Torres complejas Los rehervidores intermedios, intercondensadores, serpentines de enfriamiento y retiros laterales son más fáciles de incorporar cuando se tienen platos. Cuando se trabaja con empaque, cada complejidad requiere distribución adicional y/o equipo colector de líquido. 4.2.5 Variaciones en la composición de la alimentación Cuando en el diseño se tiene incertidumbre en cuanto a la composición de la alimentación, una forma de solventar esto es colocando puntos alternos de alimentación en la torre. Para el caso de torres empacadas, cada punto de alimentación requiere un equipo de distribución costoso. Por lo tanto, para esta situación es recomendable utilizar platos. 4.2.6 Predicción de comportamiento Hay gran incertidumbre en la predicción del comportamiento de torres empacadas, por lo que normalmente se requiere gran porcentaje de sobrediseño. 4.2.7 Reacción/absorción química Utilizando vertederos altos, los platos son capaces de proporcionar mayores tiempos de residencia para la absorción y la reacción química que los empaques. 4.2.8 Peso Las torres con platos generalmente pesan menos que las torres empacadas. Esto se traduce en ahorro en las fundaciones, soportes y caparazón de la torre. 4.2.9 Operación intermitente Cuando la temperatura es más baja o más alta que la atmosférica, la operación intermitente expande y contrae repetidamente la carcaza, ocasionando daños al empaque y a la carcaza en una torre empacada. Sin embargo, este problema es más fácil de manejar cuando se trata de torres con platos. 4.3 Comparación entre platos y empaques desordenados Los siguientes factores favorecen la selección de platos al compararlos con empaques desordenados. Esto no aplica para empaques estructurados.
  7. 7. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO ENE.970 PDVSA MDP–04–CF–05 Página 6 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 4.3.1 Flujos pequeños de líquido Con la ayuda de vertederos endentados (”serrated weirs”), placas de desvío para rociar el líquido (”splash baffles”), platos de flujo inverso y platos de casquete de burbujeo, los flujos pequeños de líquido pueden manejarse mejor en torres con platos. Las torres con empaque sufren de problemas de sequedad ”dewetting” (espacios que no se encuentran suficientemente mojados) y mala distribución a flujos pequeños de líquido. 4.3.2 Flexibilidad “Turndown” Los platos tipo válvula y casquetes de burbujeo proporcionan más flexibilidad que los empaques. La flexibilidad de una torre empacada está limitada por la flexibilidad del distribuidor. Cuando se trata de empaques desordenados, el problema de sequedad ”dewetting” limita también la flexibilidad (”turndown”). 4.3.3 Oleaje “Process Surges” Los empaques desordenados son más problemáticos que los platos en servicios que sufren de oleaje frecuente (ejemplos: entrada de agua a una torre de aceite caliente, disparo de una válvula de alivio, oleaje de un compresor, o inestabilidad de sellos de líquido ”liquid seal loops”). Los empaques estructurados están considerados como menos problemáticos que los platos en estos servicios. 4.4 Comparación entre platos y empaques estructurados Los siguientes factores favorecen la selección de platos al compararlos con empaques estructurados. Esto no aplica para empaques desordenados. 4.4.1 Materiales de construcción Debido a las láminas delgadas que se utilizan para la manufactura de empaques estructurados, el material de construcción requiere mayor resistencia a la oxidación y corrosión. En un servicio donde se requiere acero al carbón para la construcción de los platos, se necesita acero inoxidable para la manufactura de empaque estructurado. 4.4.2 Inspección de las paredes de la torre Cuando se tiene empaque estructurado es difícil inspeccionar las paredes de la torre sin dañar el empaque. Debido a su corte ajustado el empaque estructurado se daña fácilmente durante su descarga. 4.4.3 Lavado y purga El desplazamiento de líquido residual, agua de lavado, aire o gas de proceso atrapado en el empaque estructurado durante el arranque y parada es más difícil que en platos. Una remoción inadecuada de estos fluidos puede resultar peligrosa.

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