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  1. 1. PDVSA N° TITULO REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHAAPROB.FECHA TORRES DE FRACCIONAMIENTO E1994 MDP–04–CF–07 TORRES DE DESTILACION EMPACADAS APROBADO NOV.97 NOV.97 NOV.97 A.H.0 149 L.R. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO ESPECIALISTAS PDVSA
  2. 2. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 1 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Indice 1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 TIPOS DE EMPAQUES Y APLICACIONES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Empaques desordenados 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Empaques estructurados 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Diámetro de la columna 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Caída de presión promedio 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Tasa mínima de mojado (Min. Wetting Rate) 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 ALTURA DE LA COLUMNA 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 HETP, empaques desordenados 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Efectos de la mala distribución en el diseño de columnas empacadas 18. 6 INTERNOS DE TORRES EMPACADAS 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Distribución de líquido 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Criterios de diseño generales para distribuidores 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Distribuidores con alimentación líquido–vapor (“Flashing Feed”) 27. . . . . . 6.4 Redistribuidores de líquido 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Distribuidores de vapor 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Soportes de empaque 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 EJEMPLO DE DIMENSIONAMIENTO DE TORRES EMPACADAS 31 7.1 Primera iteración 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Cálculo del diámetro usando el criterio de máxima caída de presión 34. . . 7.3 Dimensionamiento de la columna: segunda iteración 37. . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 Dimensionamiento de la columna: chequeos de diseño 39. . . . . . . . . . . . . . 7.5 Sumario de diseño y funcionamiento 43. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 ATLAS DE INTERPOLACIÓN DE CAPACIDAD DEL EMPAQUE Y CAÍDA DE PRESIÓN (MÉTODO GPDC) 44. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Guías para el uso de las figuras de interpolación GPDC 44. . . . . . . . . . . . . . 8.2 Nomenclatura y leyendas en las figuras 46. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 DATOS DE EFICIENCIA DE EMPAQUE 47. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Empaques desordenados 47. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Empaques estructurados 49. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  3. 3. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 2 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1 OBJETIVO Presentar la metodología generalmente usada para el diseño y evaluación de torres de destilación empacadas en la industria petrolera y petroquímica. 2 ALCANCE Esta subsección presenta la metodología para el diseño de torres de destilación empacadas con empaques no estructurados (desordenados), estructurados y rejillas. Adicionalmente se presentan ejemplos que ilustran la metodología de cálculo. No se incluyen métodos para el diseño de distribuidores. 3 REFERENCIAS – Distillation Design, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1992. – Prácticas de Diseño de PDVSA, 1986. – Handbook of Chemical Engineering Calculations, Brittish Petroleum, Mayo 1981. – Distillation Operations, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1990. 4 TIPOS DE EMPAQUES Y APLICACIONES Los empaques pueden ser divididos en tres clases: a. Empaques desordenados o rellenos: Son unidades o piezas discretas de empaques con una forma geométrica especifica, los cuales son vaciados o rellenados aleatoriamente dentro de la columna. b. Empaque estructurado o sistemáticamente arreglado: Está constituido por capas onduladas de malla tejida (wire mesh) u hojas corrugadas. Este empaque es apilado ordenadamente en secciones dentro de la columna. c. Rejillas: Son también empaques estructurados, pero en vez de malla tejida u hojas corrugadas están constituidas por una estructura reticular abierta. 4.1 Empaques desordenados Son los de uso mas común en la práctica comercial. Históricamente pueden ser divididos en tres generaciones. La primera generación (1907 a 1950) produjo dos tipos básicos de formas simples, el anillo Rasching y la silla Berl, que vienen a ser los ancestros de los empaques desordenados modernos. Estos empaques se han vuelto obsoletos con los nuevos desarrollos, y rara vez son usados en la práctica moderna de destilación. La segunda generación (finales de 1950 principio de los setenta) produjo dos geometrías muy populares: el anillo Pall, que evoluciono del anillo Rasching, y la silla Intalox, que se desarrollo a partir de la silla Berl. Esta segunda generación de empaques todavía es popular y de extensivo uso en la industria.
  4. 4. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 3 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma La tercera generación (mediados de los setenta hasta el presente) ha producido una multitud de geometrías comerciales, la mayoría de las cuales evolucionó de los anillos Pall y sillas Intalox. En la Tabla 1 se encuentra algunas equivalencias de las distintas denominaciones comerciales de los empaques desordenados, y se refiere exclusivamente a los de segunda generación, ya que cada empaque de la tercera generación de distintas compañías ofrecen características únicas, no siendo posible una equivalencia. TABLA 1. EQUIVALENCIA DE LAS DISTINTAS DENOMINACIONES COMERCIALES DE EMPAQUE, EMPAQUES ESTRUCTURADOS Norton Koch Glittsch Jaeger Raushert Intalox saddles (m,c,p) Flexisaddle (m) Novalox saddles (m) Super Intalox saddles (c,p) Flexisaddle (p) Ballast saddles (p) Novalox saddles (p) Pall rings (m,p) Flexining (m) Ballast ring (m) Pall rings (m,p,c) (1) Pall rings (m,p,c) (1) Hy pack (m) K–Pack (m) Ballast plus (m) Leyenda: m: metal; p: plástico; c: cerámica NOTA: 1. El desempeño de los anillos Pall de cerámica es inferior a sillas Intalox de cerámica. 4.1.1 Materiales de empaque–empaques desordenados La selección de el material de empaque se basa principalmente en la resistencia a la corrosión. Los factores que se enumeran a continuación también son importantes. Metales: Los empaques de acero al carbono deberían ser considerados como la primera alternativa para la mayoría de las aplicaciones cuando la corrosión no representa un problema. Comparados con los plásticos y de cerámica, normalmente ofrecen una mayor capacidad y eficiencia, una mayor diversidad de geometrías, mayor capacidad de reducción de carga (“turn–down”) y mayor resistencia mecánica (lo cual permite mayor altura de lecho). Los empaques de acero inoxidable cuestan aproximadamente de 3 a 5 veces mas que los de acero al carbono; las aleaciones son inclusive mas costosas. No se deberían usar empaques metálicos cuando la velocidad de corrosión sea mayor a 0.25 mm/año (Ref. 3). Cerámica: El uso de empaques de cerámica se ha visto reducido desde el advenimiento de los empaques plásticos. Comparados con los plásticos, los empaques cerámicos son frágiles, tienen menor capacidad y no están disponibles en muchas de las formas mas usadas. Actualmente, los empaques cerámicos se
  5. 5. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 4 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma especifican solo cuando se requiere una gran resistencia al ataque químico y altas temperaturas (p. ej. absorción de ácido sulfúrico). Sin embargo, se han reportado casos de degradación de empaques cerámicos en soluciones en ebullición de carbonato de potasio. Los empaques cerámicos se degradan rápidamente en presencia de ácido hidrofluorhídrico. En soluciones cáusticas calientes, puede esperarse una vida útil de un año aproximadamente para una operación con 10% de soda cáustica hasta 50 °C, y con 1% de soda cáustica hasta 95 °C (Ref. 2). Plástico: El polipropileno es barato y es el mas usado cuando las temperaturas de operación no exceden los 120 °C (Tomar en consideración procedimientos operacionales como desplazamiento con vapor). Se debe tener cuidado cuando existe la posibilidad de puntos calientes, p. ej. cuando hay calor de disolución. Otros plásticos pueden ser mejores a mayores temperaturas, pero son mas caros. El Kynar tiene como límite 140 °C y el polietileno 100 °C (pero se puede extender con refuerzos de fibra de vidrio). Generalmente, los anillos Pall de plástico son los mejores, pues son mas rígidos y resisten el ablandamiento mas que otras geometrías debido a sus “brazos” internos. Las sillas Intalox tienden a “empaquetarse” (trabarse) a partir de 95 °C, y por lo tanto limitan la capacidad después de largos períodos de operación. Algunos grados de polipropileno tienden a promover la formación de espuma en servicios alcalinos. Los plásticos tienden a degradarse en atmósferas oxidantes y cuando se usan solventes, por lo cual debe evitarse su uso en tales aplicaciones. Igualmente los plásticos se vuelven frágiles a la luz ultravioleta, a temperaturas muy bajas y con el tiempo. Debido a su baja “mojabilidad”, es más difícil formar una capa delgada de líquido en la superficie de los empaques plásticos, esto es causa de problemas, especialmente durante el período de “envejecimiento” en el arranque inicial de una columna. 4.2 Empaques estructurados La primera generación de empaques estructurados (p. ej. Panapack) apareció hacia los años cuarenta. Estos empaques rara vez son usados en la actualidad. La segunda generación comenzó en los años cincuenta con empaques de malla tejida (“wire mesh”) de alta eficiencia tales como Hyperfil de Goodloe y los empaques Koch–Sulzer de malla tejida. Hacia los años setenta la aplicación de estos empaques cobró importancia en destilación al vacío, donde su baja caída de presión por etapa teórica es de gran ventaja. En este servicio son muy usados hoy en día. Los empaques de hoja corrugada, primeramente introducidos por Sulzer hacía 1970, comenzaron con la tercera generación de empaques estructurados. Con una alta capacidad, menor costo y menor sensibilidad a los sólidos (en comparación a los empaques de malla tejida), pero con una alta eficiencia, estos empaques se vuelto mas competitivos con otros internos
  6. 6. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 5 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma convencionales, especialmente en aumentos de capacidad “revamps”, hasta el punto de hacerlos uno de los internos mas usados en la actualidad. Comparación entre empaques estructurados y desordenados – Capacidad y eficiencia: En general, los empaques estructurados muestran ventajas en capacidad y eficiencia comparados con empaques desordenados, cuando son operados a cargas líquidas menores (<49 m3/h/m2, 20 GPM/pie2). Sin embargo, los empaques estructurados no deberían ser usados en servicios donde la presión de operación sea mayor de 100 a 200 psia, y/o con cargas líquidas menores a 24 m3/h/m2 (10 GPM/pie2), debido a una severa reducción de eficiencia y capacidad de los empaques estructurados en estas condiciones, puede hacerse una excepción donde la práctica operacional en estas condiciones haya demostrado que son adecuados (p. ej. contactores de glicol). – Caída de presión por etapa teórica: Los empaques estructurados tienen una considerablemente menor caída de presión por etapa teórica que los desordenados. – Inventario de líquido: En aquellas aplicaciones donde se necesite reducir el inventario líquido, debido a la posibilidad p. ej. de degradación térmica, se debería preferir el uso de empaques estructurados – Sensibilidad a problemas operacionales: Los empaques estructurados pueden absorber mejor que los empaques desordenados incrementos súbitos de presión, tales como los producidos al introducir agua en una torre de crudo, debido a su menor caída de presión y estructura en forma de “bloque”. – Mantenimiento/Inspección: Detectar un defecto de fabricación o instalación, o inspeccionar dentro de un “bloque” de empaque estructurado es extremadamente difícil y puede dañar el empaque. Inspeccionar las paredes de la columna (p. ej. para determinar corrosión) puede ser también difícil, y requiere dañar varios elementos de empaque. Es mucho más fácil inspeccionar un empaque desordenado. – Costo: Los empaques estructurados cuestan de 3 a 10 veces mas por unidad de volumen que los empaques desordenados de 2 plg. Sin embargo, su mayor capacidad y eficiencia permiten el uso de columnas de menor altura y diámetro, por lo que será necesario realizar un análisis costo–beneficio y compararlo Vs. un diseño de torre con empaque desordenado. 4.3 Diámetro de la columna La herramienta de diseño mas adecuada para dimensionar columnas empacadas es la interpolación de datos experimentales. Sin embargo, el diseñador se encuentra con frecuencia en la situación de no poseer tal información para un servicio particular. Ante esta circunstancia, la única opción posible es el uso de correlaciones de diseño. Es importante reconocer que trabajar con una sola
  7. 7. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 6 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma correlación de diseño de torres empacadas no es suficiente, puesto que un problema frecuente es la incertidumbre de que la correlación seleccionada proporcione una predicción adecuada para el servicio en consideración, ya que sus limitaciones son a menudo desconocidas, y si son conocidas, rara vez son reportadas. A continuación se expondrán las correlaciones mas usadas en la actualidad. 4.3.1 Criterios de dimensionamiento de columnas empacadas – (4.3.1.1) Correlaciones basadas en el concepto de inundación: Se puede definir inundación como “una región de rápido incremento de la caída de presión con perdida simultánea de eficiencia en la transferencia de masa, siendo un síntoma adicional una importante acumulación de líquido”. Las torres empacadas usualmente son diseñadas para un 70 a 80 por ciento de la velocidad de inundación. En la Tabla 2 se dan los porcentajes de inundación de diseño dependiendo del servicio. Las siguientes son las correlaciones mas empleadas: TABLA 2. PORCENTAJE DE INUNDACIÓN DE DISEÑO ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ SERVICIO ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ EMPAQUE METALICO ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ EMPAQUE PLASTICO ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ EMPAQUE CERAMICO ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁSistemas de Hidrocarburos ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ70–80 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁNR ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁNR ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Sistemas espumosos (cáustico, amina, catacarb) ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 60 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 60 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 50 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Otros sistemas acuosos ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 85 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 85 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 70 NR: No recomendado
  8. 8. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 7 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma figura de Eckert: Este método cuyo nombre completo es “figura de Sherwood–Eckert Para una Correlación Generalizada de Caída de Presión”, también conocido como GPDC por sus siglas en inglés, ha sido el más empleado en la industria por décadas. La Figura 1 muestra esta correlación. Fig 1. FIGURA DE SHERWOOD–ECKERT. La abscisa de la figura de Eckert es el parámetro de flujo. La referencia 1, recomienda el uso de la correlación de inundación (la curva de inundación en la Figura 1) sólo para empaques desordenados cuyos factores de empaque Fp excedan 60 (ver definición en la pág. 12). Esta correlación esta incluida en el programa de simulación PROII de Simsci.
  9. 9. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 8 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Correlación de Kister y Gill: Esta correlación simplemente establece que: D RFl + 0.115 F 0.7 p (1) La ecuación (1) expresa que la caída de presión en el punto de inundación es función solamente del factor de empaque. Una vez que se conoce esta caída de presión, la velocidad de inundación puede ser calculada usando cualquier método estándar de predicción de caídas de presión. La referencia 1 recomienda el uso de esta correlación en conjunto con métodos de predicción de caída de presión por interpolación. Igualmente señala que para empaques estructurados de alta capacidad, con una geometría única tales como Norton Intalox 2T y Jaeger Maxpac, la ecuación (1) consistentemente predice puntos de inundación de 5 a 10% menores del valor real. Correlación de Billet y Shultes: Billet y Shultes modificaron la GPDC para tomar en cuenta la retención de líquido. La derivación de esta correlación se basa en el postulado de que en el punto de inundación, un pequeño incremento de la velocidad de líquido o de vapor afecta de manera cuasi–infinita la retención. La correlación es la siguiente: u2 s,Fl òG òL + 2 0.3048 ǒå * hL, FL Ǔ 3 å hL, FL ap C2 i,FLȧ ȱ Ȳ Flv ǒml mv Ǔ 0.2 ȧ ȳ ȴ *nFl (2) El parámetro de flujo Flv esta dado por: Flv + L G òG òL Ǹ (3) Ci,FL y nFL están dados por: Ci, FL + C1,Fl nFl + 0.388 (4)para Flv ≤ 0.4 Ci, FL + C2,Fl nFl + 1.416 para Flv ≥ 0.4 (5) ap, C1,Fl y C2,Fl son constantes obtenidas de la Tabla 3. donde: ap : es el área superficial específica
  10. 10. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 9 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ε : es la fracción vacía del empaque hL,FL: es la fracción volumétrica de líquido retenido (pie3 líquido/pie3 de lecho) en el punto de inundación, calculado por: h3 L,Fl ǒ3h L,Fl – eǓ + 6e ReL GaL (6) Esto da una ecuación de cuarto orden en h L,Fl. La ecuación tiene solamente una solución con significado físico, dada por: å 3 v h L,Fl v å (7) Los números de Reynolds y Galileo, ReL y GaL están dados por: Re L + òLmL 0.000672 apmL (8) Ga L + gò2 L ǒ0.000672 mL Ǔ2 a 3 p (9) La correlación de Billet y Shultes aplica tanto a empaques estructurados como a desordenados y tiene una firme base teórica. La referencia 1 indica que su precisión es ± 10%. Sin embargo, las constantes requeridas para el uso de la correlación no están disponibles para la mayoría de los empaques más comunes. Que método usar: Generalmente, la interpolación de datos es el método más preciso, y debe ser el preferido cuando están disponibles datos de inundación. De otra manera, si están disponibles datos de caída de presión, o estos pueden ser predichos con mucha confiabilidad, la ecuación 1 es la recomendada. Cuando el factor de empaque Fp excede el valor de 60, la correlación de Eckert es la recomendada. En condiciones de vacío y a bajas presiones por encima de la atmósfera, y cuando las constantes apropiadas están disponibles, se recomienda también el uso de la correlación de Billet y Shultes. Predicción de la inundación por interpolación: Los gráficos de interpolación GPDC son usados para interpolar datos reales de punto de inundación. La interpolación de datos reales permite una predicción muy precisa del punto de inundación, pero solo puede ser usada cuando están disponibles suficientes puntos experimentales. Si en los gráficos están ausentes los datos que corresponden a la inundación, se pueden usar los datos de caída de presión para determinar aproximadamente el punto de inundación mediante la ecuación 1.
  11. 11. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 10 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 3. CONSTANTES PARA LA CORRELACION DE BILLET Y SHULTES Características Inundación Carga Empaque Tamaño Np, 1/ft3 ap, ft2 / ft3 ε, ft3 / ft2 C,1,Fl C2,Fl C1,Lo C2,Lo nominal, plg Empaques Desordenados Metálicos Anillos Pall 2 176.8 34.3 0.951 1.580 2.725 1.4 552.7 47.9 0.946 1.679 2.629 1 1345.1 65.5 0.942 2.083 2.627 5/8 6490.9 112.3 0.933 2.081 2.550 Anillos Hiflow 2 141.6 28.1 0.977 1.626 2.702 1 1130.3 60.5 0.962 2.177 2.918 Anillos Bialecki 2 177.8 36.9 0.966 1.896 1.627 2.916 3.616 1.4 514.7 47.2 0.965 1.885 1.883 2.753 3.850 1.0 1472.5 68.6 0.945 1.856 1.782 2.521 3.412 CMR 1.5 1720.1 53.3 0.974 1.841 2.697 1.0 4487.3 70.9 0.971 1.996 2.703 5/8 15686 103.6 0.951 Anillos Rashing 5/8 10838 177.5 0.917 Empaques Desordenados Plásticos Anillos Pall 2 188.7 31.1 0.926 1.757 2.816 2 (Malla) 1.886 2.967 1.4 472.4 45.2 0.907 1.742 2.654 1.0 1481.0 68.6 0.880 2.064 2.252 2.696 4.062 Anillos Hiflow 3.5 1.597 2 198.1 36.6 0.924 1.871 2 (Super) 1.702 1 1.989 Anillos Bialecki 2 1.540 1.366 3.221 Nor–Pac 2 218.3 29.0 0.949 1.786 2.959 1.4 485.5 42.4 0.930 2.242 3.179 1 1260.1 54.9 0.927 1 Tipo A 2.656 3.419 1 Tipo B 2.472 3.277 1 Tipo C 2.156 2.990 1 10–web 2.083 2.865 7/8 2.173 2.893 5/8 2.406 2.246 2.911 3.881 Sillas Intalox 2 1.548 2 (Malla) 1.657 2.382 1.4 1.600 2.317 Anillos Ralu 2 1.812 2.317 Tri–Packs Jaeger 13/4 Tellerette 13/4 2.132 2.843 1 2.913
  12. 12. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 11 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma – (4.3.1.2.) Correlaciones basadas en el concepto de máxima capacidad de operación. La máxima capacidad de operación (MOC por sus siglas en inglés) se define como el “máximo flujo de vapor que permite una operación a un nivel de eficiencia normal del empaque”. Aún cuando algunos autores prefieren el uso de este concepto para el dimensionamiento de torres empacadas en vez del punto de inundación, determinar la MOC es difícil, y da lugar a un alto grado de subjetividad. Adicionalmente, la determinación de la MOC es sensible a la precisión en la medida de la eficiencia del empaque. Las correlaciones para la determinación del MOC a veces están disponibles en la literatura abierta, o en programas suministrados por los fabricantes. La única correlación distinta a éstas es la de Kister y Gill: us,MOC + 0.95us,Fl (10) Donde es us,Fl evaluado con la ecuación (1). Esta correlación tiene una precisión de ± 20%, tanto para empaques estructurados como desordenados. La referencia 1 señala que para empaques estructurados de alta capacidad de geometría única tales como Norton Intalox 2T y Jaeger Maxpac, la ecuación (1) consistentemente predice puntos de inundación de 5 a 10% menores del valor real. Normalmente, se recomienda diseñar torres empacadas con un margen del 10 al 20% del MOC. Puesto que la MOC esta usualmente 5% por debajo del punto de inundación, este criterio equivale a diseñar de un 76 a 86% de la velocidad de inundación, que es por lo tanto menos conservador que el criterio del factor de inundación. – (4.3.1.3.) Correlaciones basadas en el criterio de caída de presión: El criterio de caída de presión se usa con frecuencia para especificar la capacidad de una torre empacada. Sin embargo, este concepto adolece de múltiples limitaciones, por ejemplo: 1) La caída de presión varía con el diámetro de la columna para columnas menores a 1 m. de diámetro, 2) La caída de presión es mayor para lechos secos que húmedos, 3) Las mediciones de caída de presión en alto vacío (<50 mmHg) se ven afectadas por la caída de presión y el gradiente de presión a lo largo del lecho. 4) Las mediciones de caída de presión en torres empacadas incluyen el cabezal estático de vapor, etc. Cuando este criterio es usado, las torres son diseñadas de manera tal que la caída de presión en cualquier punto no exceda un valor máximo recomendado.
  13. 13. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 12 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Las caídas de presión recomendadas se listan en la Tabla N° 4. La caída de presión es el criterio que generalmente fija el diámetro de la torre en los siguientes servicios: destilación al vacío, servicios con formación de espuma y cuando se requiere minimizar el tamaño del motor de compresores/sopladores. Interpolación en gráficas GPDC. Al superponer puntos de datos experimentales (para un empaque dado) en las curvas de la correlación de caída de presión generalizada (figuras GPDC), las figuras GPDC se convierten en figuras de interpolación. Las curvas de la correlación ayudan a guiarse en la interpolación. La abcisa de la gráfica esta dada por el parámetro de flujo: Flv + L G òG òL Ǹ (11) y la ordenada por: Parámetro de Capacidad = Cs FP 0.5 u0.05 (12) Donde: υ = viscosidad cinemática del líquido en centistokes (= µ, (cP) / ρ) CS= factor “C” (La velocidad superficial del vapor corregida por las densidades del líquido y vapor, dada por: Cs + uS òG òL– òG Ǹ (14) FP = factor de empaque, el cual es un factor empírico característico de la forma y el tamaño del empaque. Debido a los distintos valores reportados en la literatura, se deben usar los factores de empaque dados en la Sección 8 para cada empaque.
  14. 14. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 13 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 4. CAÍDAS DE PRESIÓN MÁXIMAS RECOMENDADAS PARA COLUMNAS CON EMPAQUES DESORDENADOS ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tipo de Sistema ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Máxima Caída de Presión, plg. de agua por pie de empaque ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Fraccionador Atmósferico ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.5–1.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Fraccionadores de media a baja presión ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.5–1.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁDestilación a alta presión ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.06 < ρG/ ρL<0.2 (Nota 1) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.19Fp0.7(ρL/ρH2O) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.2 < ρG/ ρL (Nota 2) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.099Fp0.7(ρL/ρH2O) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁDestilación al vacío (Notas 3,4) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.1–0.6 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁSistemas con formación de espuma (Nota 5) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.1–0.6 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Absorbedores (Nota 5) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.1–0.75 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Absorbedores sin formación de espuma ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.25–0.4 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Absorbedores con formación de espuma (Nota 5) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.25 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Relación L/G > 20 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Nota 6 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAbsorbedores de aminas (Nota 5) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.25 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAbsorbedores de carbonato caliente (Nota 5) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁSecado de Cloro (Nota 7) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.1–0.15 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAbsorción de SO3 (Nota 8) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.25–0.30 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAtmósfericos ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.2–0.4 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Presión (Nota 9) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.5–1.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Regeneradores (Nota 5) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.15–0.6 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Despojadores con gas inerte de sistemas espumantes (Nota 5) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.25 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Despojadores con vapor o solvente y rehervidor (Reboiled Solvent) de sistemas espumantes ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Regeneradores de Aminas (Nota 5) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Regeneradores de carbonato caliente ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.4 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁAtmósfericos ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.2–0.4 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁPresión (Nota 9) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.5–1.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Lavadoras (Scrubbers) (Nota 10) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.25–0.6 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Con agua ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.6 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁCon líquidos distintos a agua L > 50 lb/ft3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.4 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁScrubbers con formación de espuma ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.35
  15. 15. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 14 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Tabla 4 (continuación): Notas: 1. Basado en la Ecuación (13): DP + 33F0.5 p C2.4 S ńs (13) 2. Basado en la Gráfica 1. 3. Debido a las consideraciones de tasa mínima de mojado, no se recomienda diseñar para caídas de presión menores a 0.1 plg. de agua por pie. 4. Las razones para la baja caída de presión recomendada en sistemas de vacío la formación de rocío y retención de líquido experimentada en vacío, y la minimización de la temperatura de fondo y por tanto la degradación de los materiales. 5. La caída de presión máxima recomendada es baja debido a la tendencia a la formación de espuma, lo cual es equivalente a incorporar un factor de seguridad (F.S.) por esta razón. 6. El flujo de gas no debe exceder de 85% del caudal que ocasione una caída de presión de 1.5 plg. de agua por pie. 7. Se refiere al secado del gas cloro usando ácido sulfúrico. La razón de la baja caída de presión es que el Cloro es secado en un grupo de torres arregladas en serie, por lo cual se desea que la caída de presión global del sistema sea baja. 8. Se refiere a la absorción de SO3 en la producción de ácido sulfúrico. La razón de la baja caída de presión es evitar la retención de ácido fuera del absorbedor a la vez que se permite algún aumento de la caída de presión debido a la acumulación de productos de sulfonación y astillas de empaque en el lecho empacado. 9. Presumiblemente en servicios sin formación de espuma. 10. Algunos ejemplos incluyen HF, HCL, Amoníaco, Lavadores de dióxido de azufre.
  16. 16. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 15 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma En estas gráficas también se presentan datos correspondientes a la capacidad máxima de operación (MOC) y de inundación. Cuando esta información este ausente, las ecuaciones 1 y 10 pueden ser usadas para determinar aproximadamente el punto de inundación a partir de los datos de caída de presión. Que criterio usar: Algunos diseñadores han abandonado el criterio de punto de inundación, a favor del de MOC. Ninguno de estos criterios esta libre de limitaciones, pero los asociados con el MOC son bastante más restrictivos. El criterio de máxima caída de presión debe ser usado conjuntamente con el de inundación. La columna será entonces diseñada para el mas conservador de los dos criterios. Si prefiere usar el criterio de MOC en vez del punto de inundación, el criterio de caída de presión deberá se usado en conjunto con el de MOC, y la columna será diseñada para el mas conservador de los dos. 4.4 Caída de presión promedio Para cálculos por computadora, un lecho empacado puede ser dividido en varias secciones. La caída de presión del lecho es la suma de la caída de presión de todas las secciones. Alternativamente, la caída de presión especifica puede ser calculada en el tope y fondo del lecho. La caída de presión específica promedio se calcula entonces como: DP + ǒ0.5DP0.5 Tope ) 0.5 DP0.5 fondo Ǔ (15) En vez de usar la Ec. (15), la caída de presión específica puede ser calculada como el promedio aritmético de ∆Ptope y ∆Pfondo. Esto proporciona un estimado ligeramente conservador de la caída de presión promedio. 4.5 Tasa mínima de mojado (Min. Wetting Rate) La tasa mínima de mojado (MWR por sus siglas en ingles) es el límite de estabilidad inferior de un empaque. Es la carga líquida por debajo de la cual la película de líquido descendente se rompe, y esta disminución de líquido produce que el empaque se “seque”. El área disponible para la transferencia de masa disminuye, y la eficiencia cae. Empaques desordenados: Las reglas empíricas dadas por Glitsh para sus empaques desordenados tipo CMR están recogidas en la Tabla 5.
  17. 17. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 16 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 5. TASA MÍNIMA DE MOJADO RECOMENDADA POR GLITSH (Base: anillos CMR con ap >43 pie3/pie2) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Material ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tasa mínima de mojado, m3/h m2 (gpm/pie2) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁCerámica no porcenalizada (chemical stoneware) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.5 (0.2) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Metal oxidado (acero al carbono, cobre) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.7 (0.3) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Superficie metálica tratada (acero inox. erosionado) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 1.0 (0.4) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁCerámica porcelanizada ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ2.0 (0.8) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁVidrio ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ2.5 (1.0) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Metal brillante (acero inox, tantalio, otras aleaciones) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 3.0 (1.2) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ PVC–CPVC ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 3.5 (1.4) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁPolipropileno ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ4.0 (1.6) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Fluoropolímeros (tipo PTFE) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 5.0 (2.0) Los valores recomendados en la Tabla 6 aplican solo para empaques desordenados CMR #1, #1.5 y #2. La referencia 4 indica que la siguiente ecuación puede ser usada para extender estos valores a empaques distintos: QMW + ǒQMW de la Tabla 6Ǔ x ǒ60 ńapǓ0.5 (16) Empaques estructurados: Los empaques estructurados se distinguen por sus características de mojabilidad superiores comparadas con los empaques desordenados. Con empaques metálicos, se ha reportado un funcionamientos satisfactorio hasta 0.1 gpm/pie2 en hojas corrugadas, y hasta 0.05 gpm/pie2 en empaques estructurados tipo malla tejida. 5 ALTURA DE LA COLUMNA El único método que se considerará para determinar la altura requerida del empaque es el de “altura equivalente a una etapa teórica” (HETP por sus siglas en inglés). Otros métodos como el de la altura de una unidad de transferencia (NTU en inglés) son más complejos, más difíciles de usar y adicionalmente mejoran muy poco la precisión, en comparación con el método de HETP. Entre los factores que influencian la eficiencia de un empaque se encuentran los siguientes: Tamaño y tipo de empaque: Generalmente la eficiencia de un empaque aumenta cuando:
  18. 18. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 17 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma – El área superficial por unidad de volumen aumenta. La eficiencia aumenta cuando el tamaño del elemento del empaque disminuye (empaque desordenado) o el tamaño del canal se hace más pequeño (empaque estructurado). – La superficie del empaque esta mejor distribuida alrededor del elemento de empaque Carga líquido/vapor: Para una operación estable con una relación L/V constante, generalmente: – Las cargas de líquido y vapor tienen poco efecto en el HETP de un empaque desordenado – La eficiencia disminuye con la carga en un empaque estructurado. El efecto es mas pronunciado en los empaques de malla tejida , y mucho menos pronunciado en los de hojas corrugadas. En los empaques estructurados tipo hoja corrugada con ondulaciones mas grandes, la eficiencia es prácticamente independiente de las cargas líquido/vapor. Distribución: Tanto una mala distribución de líquido como de vapor causan una disminución grande en la eficiencia de los empaques. Presión: Generalmente la presión tiene poco efecto en la eficiencia de los empaques al menos por encima de presiones del orden de 0.07 a 0.14 bar abs. (1 a 2 psia). En destilación a alta presión (> 14 a 20 bar abs.) se ha observado que la eficiencia de los empaques estructurados disminuye con un aumento de presión. Propiedades físicas: La eficiencia de un empaque es relativamente insensible a las propiedades del sistema. Sin embargo, para los sistemas acuosos, la eficiencia de un empaque estructurado tiende a ser menor que para sistemas no acuosos. 5.1 HETP, empaques desordenados Debido a que solo unas pocas variables afectan significativamente la HETP, y a lo impreciso de hasta el mejor método de transferencia de masa, las reglas empíricas pueden ser usadas con mucha confiabilidad. Para empaques desordenados las siguientes reglas son recomendadas por la referencia 1: HETP (pies) = 1.5dp (plg),para anillos Pall, o empaques similares de alta eficiencia HETP ≥ DT para DT (diámetro de la torre) < 2 pies En columnas de alto vacío (< 0.15 bar abs.), y donde hay problemas de mala irrigación (“underwetting”) estas reglas pudieran se optimistas, por lo que algunos autores han recomendado sumar 150 mm (6 plg.) a los valores anteriores debido a la reducida eficiencia de irrigación. (17)
  19. 19. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 18 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Empaques estructurados: Una regla empírica que ha resultado satisfactoria es: HETP (plg) + 1200 ap ǒft3ńft2Ǔ ) 4 (18) Se debe eliminar el 4 añadido cuando el ángulo de las ondulaciones (“crimps”) es de 45° (Ref. 1). Predicción de HETP por interpolación de datos: La interpolación de datos experimentales es el método más confiable de obtener altura equivalentes a una etapa teórica (HETP) de diseño. La referencia 1 recomienda verificar los valores obtenidos por interpolación con las reglas empíricas. 5.2 Efectos de la mala distribución en el diseño de columnas empacadas Los efectos de una mala distribución son mas severos en columnas grandes y empaques de pequeño diámetro. La eficiencia de un empaque puede disminuir por un factor de 2 a 3 debido a una mala distribución. Una buena práctica de diseño es la de seleccionar un tamaño de empaque con una relación DT/Dp entre 10 y 40. Con frecuencia esto es impráctico, por lo cual son comunes relaciones mayores. Existe un incentivo para disminuir la relación cuando esta excede 40. Cuando se excede un valor de 100, es muy difícil disminuir los efectos de la mala distribución. Se deben evitar relaciones que excedan 100, o se deberá tomar en cuenta la perdida de eficiencia por este factor. Para evitar los efectos de mala distribución de pared la relación DT/Dp debe ser mayor a 10. Otro factor a ser tomado en consideración es que los lechos de empaques pequeños o estructurados que desarrollan mas etapas teóricas por lecho son a su vez más sensibles a una mala distribución que un lecho de la misma profundidad, pero con empaques más grandes. Las columnas con menos de 5 etapas teóricas por lecho son relativamente insensibles a una mala distribución de líquido. Con 10 o más etapas por lecho, la eficiencia es extremadamente sensible a la mala distribución. 6 INTERNOS DE TORRES EMPACADAS El buen funcionamiento de una torre empacada depende no sólo del tipo de empaque usado, sino también del diseño efectivo de los internos de la torre. La selección de los internos puede afectar tanto la eficiencia como la capacidad de operación. Una distribución adecuada del líquido y el vapor ayuda a proveer el contacto necesario líquido/vapor para obtener la máxima eficiencia del empaque. 6.1 Distribución de líquido Cualquier distribuidor de líquido no esta exento de una mala distribución, ya que por razones practicas, el líquido puede ser dividido solamente en un número
  20. 20. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 19 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma limitado de corrientes. Las consideraciones principales al seleccionar un distribuidor para un servicio dado son la compatibilidad con el servicio y evitar una mala distribución a gran escala. Es conveniente recalcar que la flexibilidad operacional (“turndown”) de una torre empacada usualmente viene dada por la relación de flujo mínimo de su equipo de distribución. Los tipos más comunes de distribuidores de líquido comerciales se muestran en las Figuras 2, 3, 4 y son comparados en la Tabla 6. Actualmente están disponibles en el mercado varios diseños modernos, llamados con frecuencia “distribuidores de alto rendimiento” (high performance), los cuales son versiones sofisticadas de los de tipo común. Estos distribuidores tienen incorporadas características para minimizar una mala distribución a gran escala, y mejorar la compatibilidad con el servicio dado. Su diseño es propiedad de los fabricantes, y se puede esperar que exhiban un mejor comportamiento que los distribuidores estándar, cuando están adecuadamente diseñados, fabricados e instalados. Los distribuidores de líquidos son usualmente clasificados en distribuidores a presión y distribuidores por gravedad. En general los distribuidores a presión proporcionan mayor área abierta para un flujo de vapor dado y tienden a ser menos caros, más livianos, menos robustos y requerir menos tubería conductora que los distribuidores por gravedad. Su desventajas son un alto costo de operación (debido a la caída de presión del líquido), susceptibilidad de taponamiento y corrosión, retención de líquido (“entrainment”), y una calidad de distribución de líquido relativamente inferior. Los distribuidores a presión más comunes son el de tubería perforada y el tipo rociador. Los tipos más comunes de distribuidores por gravedad son el tipo vertedero y el tipo orificio. Ambos tipos pueden manejar grandes flujos de líquido. El tipo vertedero generalmente es uno de los distribuidores menos problemáticos, con una flexibilidad operacional (“turndown”) excelente, pero usualmente solo puede proporcionar un número limitado de puntos de goteo y es extremadamente sensitivo a la nivelación y agitación superficial. El tipo orificio puede sufrir corrosión y taponamiento, pero puede ser diseñado con un número mayor de puntos de goteo para permitir una distribución de líquido superior.
  21. 21. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 20 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 2. TIPOS COMUNES DE DISTRIBUIDORES DE LIQUIDO – PARTE 1. A) DISTRIBUIDOR DE TUBOS ESCALONADOS; B) DISTRIBUIDOR ANILLO PERFORADO; C) DISTRIBUIDOR SPRAY. A B C
  22. 22. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 21 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 3. TIPOS COMUNES DE DISTRIBUIDORES DE LIQUIDO – PARTE 2. D) DISTRIBUIDOR DE BANDEJA DE ORIFICIOS; E) DISTRIBUIDOR DE TUNEL DE ORIFICIOS. D E
  23. 23. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 22 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 4. TIPOS COMUNES DE DISTRIBUIDORES DE LIQUIDO – PARTE 3. F) DISTRIBUIDOR DE RANURAS (NOTCHED–TROUGH); G) DISTRIBUIDOR DE ELEVADOR Y VERTEDERO (WEIR–RISER). F G
  24. 24. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 23 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 6.1.1 Distribuidores de tubería perforada Los distribuidores de tubería perforada (TP.) son usualmente del tipo escalera o anillo perforado. Las perforaciones son hechas en el lado inferior de la tubería. El de tipo escalera es usualmente el mas fácil de fabricar, y es por lo tanto menos costoso que el de anillo perforado. Estos distribuidores son los mas adecuados cuando las velocidades másicas del vapor son altas, y cuando se requiere de un área abierta que exceda el 70% para evitar inundación localizada. Se deben seguir las siguientes recomendaciones generales: – Los distribuidores de TP. son adecuados para líquido solamente, y deben ser evitados cuando hay presencia de vapor. – Se recomienda generalmente que estén localizados de 150 a 200 mm. (6 a 8 plg.) por encima del plato de retención, para permitir la separación del vapor del lecho antes de que pase a través del distribuidor. – La velocidad del líquido en las perforaciones no debe exceder de 1.2 a 1.8 m/s (4 a 6 pie/s), y se debe evitar una alta caída de presión a través del distribuidor, puesto que esto pudiera restringir el número de puntos de goteo. – Los distribuidores de TP. deben ser evitados en servicios donde pueda ocurrir taponamiento, tales como cuando hay sólidos presentes, o cuando el líquido esta cerca de su punto de congelación. Tampoco deberían ser usados cuando el líquido pueda corroer, erosionar o expandir los orificios de otra manera, puesto que algunos orificios pudieran expandirse mas que otros, causando mala distribución. 6.1.2 Distribuidores tipo boquillas rociadoras Los distribuidores de boquillas rociadoras (BR.) son cabezales de tuberías equipados con boquillas rociadoras en la parte inferior de los tubos. Son mas usados en servicios de transferencia de calor y de lavado, y con muy poca frecuencia en fraccionamiento. Los servicios donde estos distribuidores son frecuentes incluyen: columnas de crudo en refinerías, fraccionadores principales de FCC, torres de vacío en refinerías, columnas muy pequeñas (donde una sola boquilla cubra toda el área transversal de la columna), y aplicaciones donde se desee una gran capacidad de manejo de vapor. Se requiere el uso de eliminadores de líquido arrastrado (demisters) encima del distribuidor. Algunas guías para su diseño y selección son las siguientes: – Típicamente los distribuidores de BR. usan rociadores de ángulo ancho (120°), y están localizados de 460 a 900 mm por encima del lecho, irrigando un área de 0.5 a 0.9 m2 ( 5 a 10 pie2) por boquilla). Las caídas de presión típicas están en el orden de 0.35 a 2.1 bar (5 a 30 psi). – Se requiere del solapamiento de área irrigada por cada boquilla en el tope del lecho.
  25. 25. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 24 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 6. DISTRIBUIDORES DE LIQUIDO Escalera Anillo perforado Boquillas rociadoras Bandeja de orificio Túneles con orificio Bandeja con perforaciones Vertedero elevador (Ladder) (Multiple spray) (Orifice Pan) (Tunnel Orifice) en “V” (Notched Through) (Weir Raiser) Diagrama Fuerza motriz (“Driving force”) Presión Presión Presión Gravedad Gravdedad Gravedad Gravedad Tipo Tubería perforada Tubería perforada Rocío (“Spray”) Orificio Orificio Vertedero Vertedero Materiales disponibles Metal, plástico Metal, plástico Metal Metal, Plástico, Cerámica Metal Metal,m Plástico, Cerámica Metal, Plástico, Cerámica Diámetro de la torre, mm > 460 > 920 Cualquiera Cualquiera < 1200 Cualquiera > 1200 Cualquiera > 600 Cualquiera < 1200 Tendencia al taponamiento Media Media Baja–media Alta Alta Baja Baja Resistencia al taponamiento Baja Baja Baja Alta Media Baja Alta Susceptible a desnivelación No No No A bajo flujo A bajo flujo Si Si Afectado por corrosión Si Si Algo Si Si No No Susceptible a la agitación en superficie del líquido No No No Si Si Si Si Posible causante de retención líquida Si Si Si No No No No Relación de carga mínima (Turn–down) Baja Baja Baja Medio Baja Alto Medio Rango aproximado de caudal líquido para diseño estándar, gpm/pie2 1–10 1–10 Amplio 1–30 1.5–70 1–50 1–10 Peso Bajo Bajo Bajo Alto Medio Medio Medio Calidad de distribución Media Media Baja–media Alta Alta Media Media
  26. 26. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 25 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma – Como los distribuidores de tubería perforada, los distribuidores de BR. son sensibles al taponamiento, corrosión y erosión. Si se usan en servicios con sólidos, es obligatoria la filtración previa. 6.1.3 Distribuidores tipo orificio Los distribuidores tipo orificio (TO.) son usualmente del tipo bandeja o del tipo túnel. El primer tipo es el más adecuado para torres de pequeño diámetro (<1200 mm), mientras que el tipo túnel se usa para torres >1200 mm. Un distribuidor tipo bandejas de orificio consiste de una bandeja equipada con tubos elevadores (raisers) para el vapor y perforaciones en el piso de la bandeja para el líquido. Los distribuidores tipo túneles con orificio consisten en canales paralelos con perforaciones para el líquido en el piso de los canales. Los canales a menudo están interconectados con otros canales cruzados que permiten mantener un nivel de líquido igual en los distintos compartimientos. Estos canales ecualizadores son más importantes en torres mayores de 3000 mm de diámetro. Los distribuidores TO. son capaces de manejar altas cargas de líquido. El área abierta para el flujo de vapor es relativamente baja en distribuidores TO. Estos distribuidores son mas caros, mas grandes, consumen mayor espacio vertical y son más difíciles de soportar que la mayoría de los demás distribuidores. Los distribuidores de túneles con orificio proporcionan mayor área abierta para el flujo de vapor, son mas fáciles de soportar y son más adecuados para columnas de gran diámetro que los distribuidores de bandejas con orificios. Algunas guías para el diseño y selección son las siguientes: – Las vigas o anillos de soporte muy anchos pueden generar áreas pobremente irrigadas en el tope del empaque, y por tanto una mala distribución a gran escala. Se debe revisar muy cuidadosamente los soportes del distribuidor, de manera de garantizar una irrigación adecuada en la parte inferior, especialmente en la región de pared. No se recomienda soportar directamente un distribuidor de orificio encima del empaque, ya que se puede desalinear durante el arranque de la columna. Adicionalmente, esta practica no permite una separación adecuada del vapor del lecho, y puede causar mala distribución e inundación prematura. – Se prefiere el uso de distribuidores de orificio en servicios con espuma, ya que los puntos de goteo del líquido están separados de los elevadores (“risers”) del vapor. – Se debe evitar el uso de distribuidores TO. en servicios donde pueda haber taponamiento, tales como hay presencia de sólidos o cuando el líquido esta cerca de su punto de congelación. 6.1.4 Distribuidores tipo vertedero Los distribuidores tipo vertedero son usualmente de tipo vertedero elevador (weir riser) o del tipo bandeja con perforaciones en “V” (notched through). El primer tipo
  27. 27. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 26 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma es usado comúnmente en columnas de pequeño diámetro (<600 mm), mientras que el último es usado tanto en columnas de mayor diámetro, como en columnas de menor diámetro. Los distribuidores tipo vertedero elevador no son muy usados debido a la interdependencia entre los caudales máximos manejados de vapor y líquido, y los posibles correctivos a este problema originan una mala distribución. Los distribuidores tipo bandeja perforada (notched through) son unos de los mas usados, ya que son insensibles al taponamiento, corrosión y erosión, son los que tienen menos posibilidades de causar contratiempos durante la operación, pueden manejar grandes caudales de líquido con una alta flexibilidad operacional (turndown), y una área abierta para flujo de gas razonable (alrededor de 55 % de área abierta). En general consumen menos espacio vertical, son mas fáciles de soportar y menos costosos que los del tipo orificio. Sin embargo, son extremadamente sensibles a la falta de nivelación, agitación en la superficie del líquido y gradientes hidráulicos en los canales. 6.2 Criterios de diseño generales para distribuidores – Un distribuidor o redistribuidor de líquido debe ser usado en cualquier lugar de una columna empacada donde una corriente externa líquida sea introducida en la columna. Si la corriente contiene vapores, o puede vaporizar en el distribuidor, se deberá usar un distribuidor especial tipo “flashing feed”. – Es recomendable que sea el fabricante del empaque el que especifique y suministre el distribuidor. El usuario debe revisar críticamente tanto el diseño como las recomendaciones del fabricante. – Se debe hacer una prueba del funcionamiento del distribuidor con agua antes del arranque. Esta recomendación es crítica en torres mayores de 2400 mm de diámetro. – Se debe tener un mínimo de cuatro puntos de goteo por pie cuadrado. Esos puntos deben estar igualmente espaciados. El diámetro de las perforaciones debe ser mayor de 6 mm (1/4 de plg.) para evitar taponamiento. Normalmente se prefieren perforaciones de 12 mm. – Como ya ha sido mencionado anteriormente, el distribuidor debe ser colocado al menos de 150 a 300 mm por encima del empaque para permitir la separación del vapor de los lechos antes de pasar por el distribuidor. Se recomienda de 460 a 610 mm de separación en el caso de distribuidores de boquillas rociadoras. – Si el servicio contiene sólidos, o el líquido esta cercano a su punto de congelación, un distribuidor tipo vertedero es la mejor opción. Si a pesar de esto, se desea usar cualquier otro tipo de distribuidor, deberá instalarse un filtro aguas arriba. El tamaño de las aberturas del elemento filtrante debe ser al menos 10 veces menor que las perforaciones del distribuidor. El filtro debe ser
  28. 28. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 27 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma instalado tan cerca de la columna como sea posible, y se debe incluir un filtro en paralelo. – Se debe evitar el uso de distribuidores tipo orificio con perforaciones en la cara inferior del distribuidor, en servicios con taponamiento, incluso cuando se han instalado filtros. – Cuando se requiere de un alto caudal de líquido, los mejores distribuidores son los del tipo bandeja con perforaciones en “V” (notched through), los del tipo orificio o los de boquillas rociadoras. Cuando se tiene un alto caudal de vapor, se debe evitar el uso de los distribuidores tipo bandeja de orificios y de vertedero elevador. – Normalmente, el “turndown” de una columna empacada viene dado por el distribuidor de líquido. – Para un buen “turndown”, los mejores distribuidores son los del tipo vertedero, o algunos del tipo orificio. – La velocidad en la tubería de alimentación de un distribuidor por gravedad no debe exceder los 3 m/s, y debe ser preferiblemente menor de 1.2 a 1.5 m/s, ya que velocidades mas altas pudieran crear agitación en la superficie del líquido o excesiva aireación en el distribuidor. – Cuando una tubería alimenta directamente un distribuidor tipo gravedad, el líquido entrante debe ser dirigido hacia el centro del distribuidor, con la finalidad de asegurar un nivel de líquido uniforme sobre todos los orificios. La tubería de alimentación debe estar colocada cerca de 50 a 200 mm por encima de el borde superior de la bandeja del distribuidor. Es importante asegurarse que el líquido sea alimentado dentro del distribuidor, y no pase a los elevadores (raisers) del vapor. Es mejor colocarle un codo a la tubería y continuar una corta distancia en un recorrido vertical descendente. – Cuando sea posible, se deben evitar o minimizar bridas internas en las tuberías que alimentan distribuidores por gravedad. Si alguna es instalada, se debe inspeccionar cuidadosamente para asegurarse de que no hallan fugas. Una fuga significativa en una brida interna en distribuidores de bandejas puede ocasionar mala distribución. 6.3 Distribuidores con Alimentación Líquido–Vapor (“Flashing Feed”) Cuando la alimentación es una mezcla líquido vapor, el diseño del distribuidor debe prever, tanto una distribución apropiada del líquido y el vapor, como una separación adecuada del vapor. Introducir una alimentación que contenga vapores en un distribuidor diseñado solo para líquidos puede reducir severamente la eficiencia de la columna. Los tipos mas comunes de distribuidores para estas aplicaciones son el tipo deflector (baffle), el tipo separador líquido–vapor, el tipo galería y el tipo de entrada tangencial (ver Figura 3). El distribuidor tipo “Baffle” es usado cuando ambas fases son fácilmente separadas y no forman espuma. El tipo separador líquido–vapor consume mas
  29. 29. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 28 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma espacio vertical que el tipo baffle, e igualmente es adecuado para torres de menos de 1200 mm. El tipo galería se emplea cuando el líquido es la fase continua, y cuando el sistema es espumante, tales como demetanizadoras criogénicas y regenadoras de carbonato, y en columnas de gran diámetro. Los del tipo tangencial se usan con una alimentación a alta velocidad donde el vapor es la fase continua y el líquido esta nebulizado (en forma de “spray”). Es mejor dejar el diseño de estos equipos al fabricante del empaque. 6.4 Redistribuidores de líquido Los redistribuidores de líquido son usados siempre que una alimentación líquida intermedia sea introducida dentro de una columna empacada, o cuando se requiera de una redistribución de líquido entre secciones empacadas. Se deberá redistribuir el líquido cada 6 m. (20 pies) como máximo, o cada 10 veces el diámetro de la torre, lo que sea menor. Existen tres tipos de redistribuidores (ver Figura 3): 1. Redistribuidores de Orificio: Son idénticos a los distribuidores de orificio, bien sea del tipo bandeja o canal, siendo la única diferencia la instalación de sombreretes o cintas en los risers de vapor para evitar la entrada de líquido del lecho empacado superior. 2. Redistribuidores de Vertedero: Son idénticos a los distribuidores tipo bandeja con orificios en “V”: Debido a que estos no pueden recoger el líquido de las secciones superiores, usualmente se requiere de un colector de líquido tal como un plato de chimenea o un plato colector de soporte. 3. Redistribuidores Tipo “Rascadores de Pared” (“Wall Wipers”) o “Roseta” (Rosette): Consiste de un anillo colector de líquido equipado con salientes cortos que se proyectan hacia el centro de la torre, direccionando de esa manera el líquido que viene de las paredes hacia el lugar deseado del lecho. Son adecuados únicamente para columnas de pequeño diámetro (menos de 600 a 900 mm). Generalmente son espaciados por aproximadamente 2 etapas teóricas de lecho empacado. Generalmente, los redistribuidores para columnas de gran diámetro (>900 mm) son del tipo orificio o vertedero. El de tipo orificio es el mas usado ya que no requiere la adición de un colector de líquido, el cual consume mas espacio vertical e incrementa el costo y complejidad de una columna. Sin embargo, cuando el diámetro de la columna excede de 6 a 9 m., el redistribuidor solo no es suficiente para mezclar bien el líquido, por lo que se hace necesario el colector. Las recomendaciones generales hechas para los distribuidores tipo orificio y vertedero aplican también para los redistribuidores del mismo tipo, al igual que las
  30. 30. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 29 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma recomendaciones hechas para entradas líquidas a los distribuidores son comunes a los redistribuidores. 6.5 Distribuidores de vapor Los distribuidores de vapor típicamente están ubicados en o encima de la alimentación de vapor, entre secciones con empaques y platos, o encima de una sección de transición donde el diámetro cambia. Los tipos mas usados son los siguientes (ver Figura 4): – Tubería “sparger” (tubería con perforaciones que va sumergida en el líquido, emitiendo el vapor en forma de burbujas). – Distribuidor de vapor (esencialmente un plato tipo chimenea). – Un soporte distribuidor de vapor (una lamina perforada con risers de vapor). Los equipos de distribución de vapor deberían ser instalados siempre que un flujo de vapor de alta velocidad, desigualmente distribuido sea dirigido hacia un lecho empacado. En general, cuando el cabezal de velocidad de este vapor desigualmente distribuido (p. ej. vapor en la boquilla de entrada) es del mismo orden de magnitud de la caída de presión del lecho empacado superior, hay un incentivo para instalar un distribuidor de vapor; cuando es de menos de un décimo de la caída de presión del lecho, un distribuidor no genera ningún beneficio. Algunas guías adicionales son las siguientes: – Se requiere de un distribuidor de vapor cuando el factor F a la entrada de la columna excede 52 .4 ∆P . El factor F es igual a la velocidad de entrada en pies por segundo por la raíz cuadrada de la densidad del gas en libras por pie cúbico, y el ∆P es la caída de presión del lecho en pulgadas de agua por pie de empaque. – Si el vapor entra en la columna con un factor F menor que 52.4 ∆P y al caída de presión del lecho excede 0.08 plg de agua por pie de empaque, no se considera que la distribución del vapor cause problemas, y no se requiere de un distribuidor. Esto aplica para columnas menores de 6 m. de diámetro. – Si es aceptable una alta caída de presión, se recomienda el uso de una tubería tipo “sparger”, cuando el factor Fh de vapor a la entrada se encuentra entre 52.4 ∆P y 81 2. ∆P , lo que elimina la necesidad de un distribuidor más sofisticado. – La caída de presión a través de un distribuidor o un soporte–distribuidor debe ser al menos igual al cabezal de velocidad en la boquilla de entrada a la columna. Típicamente se usa una caída de presión de 1 a 8 plg. de agua en estos distribuidores. – No se deben usar soportes–distribuidores de vapor en servicios con formación de espuma.
  31. 31. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 30 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 6.6 Soportes de empaque Los soportes de empaque deben cumplir con las siguientes funciones: 1. Soportar físicamente el empaque. 2. Proveer suficiente área abierta con el fin de permitir un flujo irrestricto de líquido y vapor. 3. Evitar la migración descendente de piezas de empaque. El área abierta de la mayoría de los soportes de empaque modernos están en el orden de 70%, y es menor del 65% para soportes construidos en cerámica, carbono y plásticos. Cuando el área abierta de un soporte es relativamente pequeña, este puede convertirse en un cuello de botella para la capacidad de la columna. Una pista útil se tiene cuando se compara el área abierta del soporte con el área abierta fraccional del empaque. Si la primera es significativamente menor que la última, se puede iniciar una inundación prematura en el soporte, y propagarse al empaque. Para evitar la migración descendente de piezas de empaque, las aberturas del soporte deben ser menores al tamaño del empaque. No se recomienda la práctica de colocar mallas metálicas encima del soporte, pues esto puede reducir el área abierta disponible. Los tipo de soportes de empaque mas usados son los platos de soporte de inyección de gas, y los soportes tipo parrilla (ver Figura 5). Otros soportes también usados son empaques estructurados (en torres de vacío) y soportes corrugados (en torres menores de 600 mm de diámetro). Los soportes estándar metálicos y plásticos de inyección de gas pueden proporcionar un área abierta de aproximadamente 100% o mas del área transversal de la columna, con una caída de presión menor de 0.25 plg. de agua y que rara vez excede los 0.75 plg. de agua. Este tipo de soporte debe ser la primera selección con empaques desordenados plásticos y metálicos. Los soportes tipo parrilla son generalmente menos caros que los de inyección de gas, y pueden suministrar áreas abiertas mayores al 70% en cerámica, y mayores al 95 % en metal y plástico. Son comúnmente utilizados para empaques estructurados, donde los soportes de inyección de gas normalmente son inadecuados. Los soportes tipo parrilla no tienen suficiente área abierta para tamaños pequeños de empaques desordenados. La mayoría de los diseños estándar de soportes tipo parrilla son adecuados para empaques mayores de 40 mm (1.5 plg.).
  32. 32. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 31 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 7 EJEMPLO DE DIMENSIONAMIENTO DE TORRES EMPACADAS Se debe dimensionar una columna depropanizadora con empaques. para las cargas líquido–vapor, y propiedades físicas dadas en la Tabla 7, la alimentación es de 20000 lb–mol/h, la carga mínima anticipada es de 60% del diseño. La columna tiene 20 etapas teóricas, excluyendo el rehervidor y el condensador, la alimentación es en la etapa 9 (desde el tope), 66% mol vaporizada. La columna opera a una presión de 315 psia, la relación de reflujo es de 1.5 y la composición es (mol%): Metano 26 Etano 9 Propano 25 n–Butano 17 n–Pentano 11 n–Hexano 12 Total 100 El servicio es limpio, las corrientes tienen un contenido despreciable de sólidos y la tendencia a la corrosión es baja. El sistema tiene tendencia a la formación de espuma, y no se esperan incrementos súbitos (surges) de presión. 7.1 Primera iteración El primer paso consiste en seleccionar el tipo de empaque. La depropanizadora es un servicio de destilación de alta presión. En la sección 4.2 se recomienda no usar empaques estructurados en destilación a alta presión. Las rejillas son rara vez usadas para servicios de destilación limpios. La escogencia más clara es entonces empaques desordenados. Debido al bajo potencial de corrosión esperado del servicio se puede usar acero al carbono como material del empaque. Los empaques plásticos no ofrecen ninguna ventaja distintiva, y pudieran ser un problemas en los arranques y paradas de la columna, donde se requiere el uso de vapor para limpieza de la columna.
  33. 33. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 32 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 7. CARGA DE LA COLUMNA Y PROPIEDADES FÍSICAS: DEPROPANIZADORA ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁVapor a la etapa ÁÁ ÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁLíquido de la etapa ÁÁÁÁÁÁEtapaÁÁÁÁÁÁ°FÁÁÁÁÁÁÁÁlb/h ÁÁÁÁÁÁÁÁCFS ÁÁÁÁÁÁÁÁρv ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ°F ÁÁÁÁÁÁÁÁlb/h ÁÁÁÁÁÁÁÁGPMÁÁÁÁÁÁÁÁρL ÁÁÁÁÁÁσ ÁÁÁÁÁÁÁÁµL ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 1 ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 108 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 109728 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 12.705 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 2.399 ÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 70 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 73910 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 310 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 29.820 ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 5.31 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.136 ÁÁÁ ÁÁÁ 2 ÁÁÁ ÁÁÁ 119ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 120812ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 13.559ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 2.475 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 108 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 84994ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 378 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 27.979 ÁÁÁ ÁÁÁ 3.37 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.129 ÁÁÁÁÁÁ 3 ÁÁÁÁÁÁ 126ÁÁÁÁÁÁÁÁ 121184ÁÁÁÁÁÁÁÁ 13.584ÁÁÁÁÁÁÁÁ 2.478 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 119 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 85360ÁÁÁÁÁÁÁÁ 380 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 27.944 ÁÁÁÁÁÁ 3.3 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.128 ÁÁÁ ÁÁÁ 4 ÁÁÁ ÁÁÁ 134ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 119412ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 13.451ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 2.466 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 126 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 83588ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 370 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 28.187 ÁÁÁ ÁÁÁ 3.35 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.128 ÁÁÁ ÁÁÁ 5 ÁÁÁ ÁÁÁ 144ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 118186ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 13.378ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 2.454 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 134 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 82360ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 360 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 28.498 ÁÁÁ ÁÁÁ 3.44 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.129 ÁÁÁ ÁÁÁ6 ÁÁÁ ÁÁÁ157ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ117122ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ13.339ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ2.439 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ144 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ81280ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 352 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 28.816 ÁÁÁ ÁÁÁ 3.53 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.130 ÁÁÁ ÁÁÁ7 ÁÁÁ ÁÁÁ172ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ114732ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ13.246ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ2.406 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ157 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ78926ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ336 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ29.208 ÁÁÁ ÁÁÁ3.66 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ0.131 ÁÁÁÁÁÁ8 ÁÁÁÁÁÁ199ÁÁÁÁÁÁÁÁ109310ÁÁÁÁÁÁÁÁ13.060ÁÁÁÁÁÁÁÁ2.325 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ172 ÁÁÁÁÁÁÁÁ73504ÁÁÁÁÁÁÁÁ304 ÁÁÁÁÁÁÁÁ30.122 ÁÁÁÁÁÁ4.44 ÁÁÁÁÁÁÁÁ0.123 ÁÁÁ ÁÁÁ9 ÁÁÁ ÁÁÁ225ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ82856ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ7.629ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ3.017 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ211 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ139172ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ598 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ29.029 ÁÁÁ ÁÁÁ3.40 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ0.123 ÁÁÁ ÁÁÁ10 ÁÁÁ ÁÁÁ235ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ93602ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ8.347ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ3.115 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ225 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ149918ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ656 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ28.457 ÁÁÁ ÁÁÁ3.60 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ0.124 ÁÁÁ ÁÁÁ11 ÁÁÁ ÁÁÁ242ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ100406ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ8.751ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ3.187 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ235 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ156724ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ694 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ28.159 ÁÁÁ ÁÁÁ3.41 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ0.126 ÁÁÁ ÁÁÁ12 ÁÁÁ ÁÁÁ249 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ105908 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ9.049 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ3.251 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ242 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ162228 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ724 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ27.934 ÁÁÁ ÁÁÁ3.28 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ0.126 ÁÁÁ ÁÁÁ13 ÁÁÁ ÁÁÁ255 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ111198 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ9.332 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ3.310 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ249 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ167520 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ754 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ27.735 ÁÁÁ ÁÁÁ3.16 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ0.125 ÁÁÁ ÁÁÁ14 ÁÁÁ ÁÁÁ261 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ115806 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ9.560 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ3.365 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ255 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ172126 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ778 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ27.574 ÁÁÁ ÁÁÁ3.07 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ0.123 ÁÁÁ ÁÁÁ15 ÁÁÁ ÁÁÁ266 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ119144 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ9.705 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ3.410 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ261 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ175468 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ796 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ27.454 ÁÁÁ ÁÁÁ3.00 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ0.121 ÁÁÁÁÁÁ16 ÁÁÁÁÁÁ272 ÁÁÁÁÁÁÁÁ122464 ÁÁÁÁÁÁÁÁ9.863 ÁÁÁÁÁÁÁÁ3.449 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ266 ÁÁÁÁÁÁÁÁ178788 ÁÁÁÁÁÁÁÁ816 ÁÁÁÁÁÁÁÁ27.344 ÁÁÁÁÁÁ2.94 ÁÁÁÁÁÁÁÁ0.119 ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 17 ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 280 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 124948 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 9.954 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 3.487 ÁÁ ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 272 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 181272 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 828 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 27.268 ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 2.90 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.117 ÁÁÁÁÁÁ 18 ÁÁÁÁÁÁ 291ÁÁÁÁÁÁÁÁ 126714ÁÁÁÁÁÁÁÁ 9.963ÁÁÁÁÁÁÁÁ 3.533 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 280 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 183038ÁÁÁÁÁÁÁÁ 838 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 27.225 ÁÁÁÁÁÁ 2.87 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.115 ÁÁÁ ÁÁÁ 19 ÁÁÁ ÁÁÁ 309ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 129112ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 9.924ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 3.614 ÁÁ ÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 291 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 185434ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 850 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 27.191 ÁÁÁ ÁÁÁ 2.84 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.113 ÁÁÁÁÁÁ 20 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 309 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 56324ÁÁÁÁÁÁÁÁ 260 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 26.997 ÁÁÁÁÁÁ 2.05 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.110 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁCondiciones Seleccionadas para Cálculos Hidráulicos ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Sección de Tope ÁÁÁ ÁÁÁ 3 ÁÁÁ ÁÁÁ 126ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 121184ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 13.584ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 2.478Á Á ÁÁÁ ÁÁÁ 119 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 85360ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 380 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 27.944 ÁÁÁ ÁÁÁ 3.3 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.128 ÁÁÁ8 ÁÁÁ199 ÁÁÁÁ109310ÁÁÁÁ13.060ÁÁÁÁ2.325ÁÁÁÁ172 ÁÁÁÁ73504ÁÁÁÁ304 ÁÁÁÁ30.122 ÁÁÁ4.44 ÁÁÁÁ0.133ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁSección de Fondo ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 19 ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 309 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 129112 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 9.924 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 3.614 Á ÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 291 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 185434 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 850 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 27.191 ÁÁÁ ÁÁÁ ÁÁÁ 2.84 ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ ÁÁÁÁ 0.113 ÁÁÁÁÁÁ 9 ÁÁÁÁÁÁ 225ÁÁÁÁÁÁÁÁ 82856ÁÁÁÁÁÁÁÁ 7.629ÁÁÁÁÁÁÁÁ 3.017 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 211 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 139172ÁÁÁÁÁÁÁÁ 598 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 29.029 ÁÁÁÁÁÁ 3.40 ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.133
  34. 34. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 33 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Se esbozará un diseño preliminar basado en un empaque del que se disponga de información confiable cerca del punto de operación, p. ej. anillos Pall. Una columna construida con este diseño debe trabajar, y la única diferencia con un diseño final sería que estaría algo sobredimensionada. Por lo tanto se seleccionan anillos Pall de acero de 2” a lo largo de toda la columna, como primera aproximación, esto será posteriormente revisado. Debido a la tendencia de formación de espuma del servicio, es necesario utilizar un factor de seguridad para los cálculos de inundación. En este caso será de 0.9 (Ref. 1). Para el empaque seleccionado, el punto de inundación puede ser determinado precisamente por interpolación (Secc. 8), usando la figura 10.1004A. Alternativamente, el punto de inundación puede ser determinado utilizando la correlación de Kister y Gill, [Ec. 1]. La Correlación GPDC (figura de Eckert) del punto de inundación (Gráfica 1) no es adecuada para anillos Pall de 2”. Los resultados son los siguientes: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ Sección de Tope ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ Sección de Fondo ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Notas ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ1. Pto de inundación por interpolación GPDC ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁG, lb/h pie2 ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ121184/AT ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ129112/ AT ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁTabla 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁL, lb/h pie2C ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ85360/AT ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ185434/AT ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁTabla 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ PG, lb/pie3 ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ 2.478 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 3.614 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Tabla 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁρL, lb/pie3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 27.944 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 27.191 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tabla 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁFlv ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.210 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ0.524 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁEc. (11) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁParámetro de Capacidad ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ1.29 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.95 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁfigura 10.10004A ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ µL, cP ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ 0.128 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 0.113 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Tabla 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ν, cS ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ 0.286 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 0.259 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 62.4µL /ρL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁFp, pie–1 ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ27 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ27 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁfigura 10.10004A ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁCS,FL, pie/s ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.264 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ0.196 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁEc. (12) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 2. Punto de inundación por la correlación de Kister y Gil ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ∆PFL, en plg. de agua por pie de empaque ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ1.16 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ1.16 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁEc. (1) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁFlv ÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ0.210 ÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ0.524 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁIdem al anterior ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Factor de Capacidad @ inundación ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁ 1.27 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁ 0.93 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ figura 10.1004B ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ CS,FL, pie/s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.260 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.192 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Ec. (12)
  35. 35. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 34 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Los dos cálculos hechos por distintos procedimientos concuerdan bastante bien. Debido a que el método de interpolación de datos es más preciso que el de correlaciones, los valores calculados por interpolación se usarán para el diseño. Para el cálculo del diámetro de la columna se usará un factor de inundación del 75%, según los criterios establecidos en la sección 4.3. Adicionalmente, se deberá tomar en cuenta la formación de espuma, por lo que se usará un factor de seguridad (F.S.) de 0.9 (“derating factor”) para los cálculos de inundación. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁSección de TopeÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁSección de FondoÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁNotas ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Cs, diseño (sin F.S.), ft/s ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.198 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.147 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.75 x Cs,FL ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Cs, diseño (con F.S.), ft/s ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.178 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.132 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.9 x (Cs, diseño) òG ńǒòL – òG ǓǸ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.312 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.392 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁuS diseño (con F.S.), ft/s ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ0.572 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ0.337 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁEc. (13) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Carga de Vapor ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 13.584 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 9.924 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Tabla 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ AT, pie2 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 23.75 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 29.43 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Carga de Vapor/ uS ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ DT, pie ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 5.5 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 6.12 4AT ńpǸ 7.2 Cálculo del diámetro usando el criterio de máxima caída de presión El criterio de máxima caída de presión es usado en conjunto con criterio de punto de inundación, fijándose el diámetro de la columna como el mas conservador entre ambos . La Tabla N° 4 proporciona el criterio de máxima caída de presión, los cuales son usados en los cálculos siguientes:
  36. 36. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 35 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ+ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁSección de TopeÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁSección de FondoÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁNotas ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ρGL/ρL ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.089 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.133 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁρL/ρH2O ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.448 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ0.436 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁFp, pie–1 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ27 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ27 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁSecc. 8 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ Máx. ∆P, plg. de agua por pie ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.86 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.83 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tabla 4, Nota 1 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ σ, dina/cm ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 3.3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 2.84 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Tabla 7 DRmáx s ńǒ33 Fp Ǹ Ǔ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.0166 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.0137 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Ec. (13) ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁCS,máx ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ0.181 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ0.167 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁEc. (13) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ uS, máx ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.580 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 0.426 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Ec. (14) ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁAT, pie2 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ23.42 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ23.3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁCarga de Vapor/ uS, MáX ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ DT, pie2 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 5.46 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 5.45 4AT ń pǸ Notesé que no se uso el factor de seguridad por formación de espuma. En el cálculo previo se usó este factor debido a que la tendencia a la formación de espuma a alta presión no es tomada en cuenta en el método de interpolación, el cual esta basado en datos a menor presión. A diferencia de lo anteriormente expuesto, el criterio de caída de presión usado aplica específicamente para destilación a alta presión, y por lo tanto debe incluir cualquier factor de seguridad requerido. Tanto el criterio de punto de inundación como el de caída de presión dieron diámetros de la torre similares. El diámetro más conservador entre ambos criterios es de 5.5 pies (1676 mm) para la sección de tope y 6.12 pies (1865 mm.) para la sección de fondo. Ya que los diámetros para las secciones de tope y fondo no son muy diferentes, es atractivo utilizar un diámetro de torre uniforme (normalmente la diferencia de diámetros en una columna debería ser de mas del 20% para que sea rentable el uso de diferentes diámetros). El diámetro preliminar de la columna es el mayor para las dos secciones, es decir 6.12 ft. Este diámetro normalmente se redondea al medio pie más cercano, pero en este ejemplo es redondeado solamente al cuarto de pie más cercano. Un diámetro de 6.12 esta bastante mas cercano a 6 pies (1829 mm) que a 6.5 pies (1981 mm). El diámetro de la columna es relativamente pequeño, y tres pulgadas sucesivas incrementan substancialmente el costo. La columna es operada a alta presión, y las carcasas de alta presión son costosas. Por lo tanto, el diámetro preliminar de la columna se fija en 6 pies, 3 plg. (1905 mm.)
  37. 37. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 36 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Cálculos de la altura del lecho ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁSección de TopeÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁSección de FondoÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁNotas ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ dp, plg. ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 2 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 2 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Sección 6.1 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ DT, pies ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 6.25 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 6.25 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Cálculos anteriores ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ12 DT/dp, ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ38 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ38 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ HETP, pies ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Ec. (17) ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁn ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ7 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ11 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁTabla 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Altura total empacada, pies ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 21 ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁ 33 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ n x HETP Comentarios Los criterios establecidos en las Secc. 5.2 y 5.4 establecen que se debe redistribuir el líquido aproximadamente cada 20 pies (6 m), y no tener más de 10 etapas teóricas por lecho. Ambos criterios sugieren que la sección de fondo de la torre debería tener dos lechos empacados con un redistribuidor al medio, mientras que la sección de tope tendría solo un lecho. Si se substituyeran los anillos Pall de 2 plg (50 mm) por otros de 1.5 plg. (38 mm) en la sección de fondo, la altura empacada se reduciría a 25 ft (7.6 m), al precio posiblemente de solo un ligero incremento del diámetro de la torre. Esto haría posible eliminar el redistribuidor y tener un solo lecho empacado en la sección de fondo. Tal diseño violaría ligeramente el criterio de distribución mencionado anteriormente, y tendría también una mayor cociente diámetro columna/diámetro empaque. Ambos factores harían a tal diseño mas sensibles a una mala distribución. Poco se sabe acerca de que tan dañina es una mala distribución para la eficiencia en destilación multicomponente a alta presión. Lo anteriormente expuesto justifica una inversión relativamente pequeña en un redistribuidor, que haría el diseño menos sensible a una mala distribución. Por lo tanto se prefiere tener dos lechos de anillos Pall de 2 plg. en la sección de fondo. Los cálculos del punto de inundación previos muestran que hay alguna capacidad ociosa en la sección de tope. Esto puede ser utilizado para reducir la altura de la sección de tope mediante el uso de empaques mas pequeños. En este caso, tanto el número de etapas teóricas como la menor altura del lecho empacado estarían dentro de las guías dadas para una buena practica de redistribución. El cociente diámetro columna/diámetro empaque aumentaría en algo; sin embargo ir de 2 a 1.5 plg. incrementaría el cociente en 33%, y esto debería ser tolerable. En resumen, la segunda iteración usaría los siguientes valores:
  38. 38. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–07 Página 37 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma DT = 6.25 pies dp = 2 plg sección de fondo, 1.5 plg sección de tope 7.3 Dimensionamiento de la columna: segunda iteración ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Sección de Tope ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Sección de Fondo ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Notas ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁDT, pies ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ6.25 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ6.25 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁSecc. 6.1 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ dp, plg. ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 1.5 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 2.0 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Secc. 6.1 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ AT, ft2 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 30.68 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ 30.68 pD2 T ń 4 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁCarga de vapor, ft3/sÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ13.584 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ9.924 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁTabla 7 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ uS, diseño pie/s ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.443 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ 0.324 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ Carga de vapor/AT ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁCS diseño, pie/s ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ0.138 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁ0.127 ÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁEc. (14) Cálculos del punto de inundación En la Sección 4.3.1.1 se propusieron tres métodos de cálculo para el punto de inundación: Interpolación, la correlación de Kister y Gill, y la correlación de Billet y Shultes. Para la sección de tope, el método de interpolación no puede ser usado debido a que, para anillos Pall de 1.5 plg., los datos de inundación/MOC están disponibles solo para parámetros de flujo menores a 0.07 (figura 10.1003). El parámetro de flujo para la sección de tope es de 0.21 (Secc. 6.1). Para la sección de fondo, la correlación de Billet y Shultes no puede ser usada debido a que el parámetro de flujo es 0.524. A este parámetro de flujo, requiere de un valor para C2,FL (Ec. 5), pero este no esta disponible en la Tabla 3.

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