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Fig 1. ALIMENTACIONES DE TOPE Y ARREGLOS DE ENTRADA DE REFLUJO.
VER LAS DIMENSIONES DE X, Y, Z EN LA TABLA 1.
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Fig 2. ARREGLOS DE ALIMENTACIÓN INTERMEDIA.
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Fig 4. CANALES DE ALIMENTACIÓN DE PLATO DE TRES PASOS.
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Fig 5. PERFILES DE DISTRIBUCIÓN EN TUBERÍAS PERFORADAS.
Fig 6. USO DE ENDEREZADORES DE FLUJO PARA ELIMINAR LA CANALIZACIÓN...
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Fig 7. a) MALA PRÁCTICA; b) BUENA PRÁCTICA.
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Fig 8. a) ASPERSOR DE ALIMENTACIÓN SUMERGIDO; b) ASPERSOR
DE ALIMENTACIÓN NO SUMERGIDO.
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Fig 11. FILTRO PARA COQUE.
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Fig 13. RETIROS DE REHERVIDORES(1) (PLATOS DE DOBLE PASO)
REHERVIDORES DE FLUJO FORZADO
Fig. 13c Fig. 13d
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Fig 19. PLATO A PRUEBA DE EXPLOSIONES.
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Fig 23. ELIMINACIÓN DE AGUA ATRAPADA EN UNA TORRE.
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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–08 OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO APROBADO SEP.97 SEP.97 SEP.97 L.C.0 63 L.R. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO ESPECIALISTAS PDVSA
  2. 2. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 1 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Indice 1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ANTECEDENTES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 ENTRADAS 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 RETIROS 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 ELEMENTOS ESPECIALES EN TORRES DE PLATOS 40. . . . . . . . .
  3. 3. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 2 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1 ALCANCE Esta subsección cubre las técnicas para especificar lo relacionado con el diseño de procesos de internos de torres de platos, diferentes a los dispositivos de contacto básicos. Esta subsección cubre distribuidores, retiros, soportes de platos, arreglos de boquillas de retorno para alimentación y productos, circuito del rehervidor, filtros para coque, mallas para cortar arrastre, y deflectores para evitar mezclado,elementos de retiro de agua. El diseño mecánico detallado normalmente lo realiza el fabricante, pero el ingeniero de procesos debe definir la conveniencia de utilizar un arreglo o elemento particular y tener criterios para evaluar las propuestas detalladas de los fabricantes. 2 REFERENCIAS Prácticas de Diseño (además de otras subsecciones de esta sección). Sección 5, Tambores Sección 9, Intercambiadores de Calor Sección 12, Instrumentación Sección 14, Flujo de Fluidos. Basic Practices BP5–2–1, Internals for Towers and Drums. Otras Referencias “Developments in Wire Mist Eliminators”, Preprint 38, 50th National Meeting of the AICHE (May, 1963). Kister Henry Z., “ Distillation Operation” 1990. Mc.Graw Hill. Lieberman, Norman P. “Process Design for Reliable Operations” 2nd. Edition 1988. Gulf Publishing Co. Lieberman, Norman P. “Troubleshooting Process Operations” 1991 .PennWell Publishing Co. Koch Engineering Company Inc., “Design Manual –Flexitray”, Bulletin 960–1,1982. 3 ANTECEDENTES Para un arranque libre de problemas y una operación normal de las torres de fraccionamiento es imperativo que todos los equipos auxiliares (i.e., retiros, distribuidores de retorno, deflectores para evitar mezclado, etc.) sean diseñados apropiadamente. Los arreglos y técnicas de diseño presentadas aquí, han sido desarrolladas a través de varios años y generalmente asegurarán una operación económica y libre de problemas. El contenido se ha actualizado empleando nuevas fuentes reconocidas en el sector de procesos, cuyas recomendaciones han sido y son utilizadas en la práctica industrial.
  4. 4. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 3 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 4 DEFINICIONES Donde sea necesario, se dan definiciones en los puntos apropiados del texto siguiente. 5 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO El diseño detallado de una torre de platos tiene que tomar en cuenta los elementos estructurales que permitan soportar físicamente los internos que se coloquen dentro de la torre para que ésta conserve su integridad y para que los elementos mismos mantengan su colocación en la posición adecuada dentro de las exigencias de las diferentes condiciones de operación. Estos elementos estructurales deben conocerse por el ingeniero de procesos, para que desarrolle una apreciación del impacto que su presencia puede tener en el patrón de flujo dentro de la torre y comprender a mayor profundidad el funcionamiento de estos equipos. Un elemento clave dentro del diseño estructural de los internos de torres de platos lo constituye el diseño del soporte de los platos. El método para soportar los platos lo fija el fabricante durante el diseño de detalle. Los soportes deben cumplir o exceder las normas mínimas del MID 10603.2.306. El número y tamaño de cada soporte depende de varios factores, incluyendo el diámetro de la torre, la carga a soportar y la necesidad de acceso para mantenimiento. Anillos de soporte Para diámetros de torres de procesamiento hasta 3000 mm (10 pie) aproximadamente, el anillo de soporte del plato y las vigas menores proporcionan todo el soporte requerido. El ancho del anillo de soporte requerido está generalmente entre 50 y 75 mm (2 y 3 pulg), y se incrementa a medida que el diámetro de la torre aumenta.
  5. 5. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 4 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Armaduras Para diámetros de torres mayores de 3000 mm (10 pies), además de las armaduras menores y anillos de soporte, normalmente se requieren armaduras mayores. Para diámetros de torre hasta 6000 mm (20 pies) éstas comúnmente son del tipo I o de canales. Donde el diámetro de la torres es mayor a 6000 mm (20 pies) aproximadamente, normalmente se usan armaduras de enrejado para cada juego de armaduras de soporte de dos o tres platos. Se deja suficiente área abierta en las armaduras de enrejado para asegurar una buena distribución de vapor y para proporcionar acceso a las secciones del plato a ambos lados de la armadura. Para evitar una pobre distribución de líquido y vapor en el plato, las armaduras deben ser instaladas paralelas a la dirección del flujo de líquido (a no ser que sean parte del bajante(s) interno de platos de paso múltiple). Armaduras mayores Diámetro de la torre, mm (1) No. altura, mm (2) _3000 0 – _3000, _3800 1 250 _3800, _4400 1 300 _4400, _5600 1 350 _5600, _6000 1 400 _6000 2 o más Enrejado NOTA: 1. Para convertir mm a pie divida entre 304.8 2. Para convertir mm a pulg divida entre 25.4 6 ENTRADAS Entradas intermedias y de reflujo en torres de destilación con platos La principal consideración para introducir el reflujo o una corriente intermedia en una torre de destilación es la de lograr la hidráulica adecuada en la zona de entrada. Una hidráulica defectuosa puede causar inundación prematura, arrastre excesivo y daño mecánico a los internos. También resulta de importancia dividir la corriente de entrada de manera adecuada para lograr buena distribución de la corriente que alimenta el plato, especialmente en platos de pasos múltiples.
  6. 6. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 5 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Arreglos para la alimentación del plato superior y entradas de reflujo Los arreglos típicos de entrada de alimentación del plato superior y del reflujo con sus correspondientes restricciones dimensionales se muestran en la Figura 1 y la Tabla 1, respectivamente.
  7. 7. Fig 1. ALIMENTACIONES DE TOPE Y ARREGLOS DE ENTRADA DE REFLUJO. VER LAS DIMENSIONES DE X, Y, Z EN LA TABLA 1. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 6 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  8. 8. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 7 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 1. ARREGLOS PARA LA ALIMENTACIÓN DEL PLATO SUPERIOR Y ENTRADAS DE REFLUJO. Arreglo a b c d e f g h Dn máx. * 6 – – 6 – – 6 – Nota 3 3 – – 1 1 – 2 Líquido x Wd Hcl Dn/2 >12 2Dn Dn/2 4 >12 y 4–6 2Dn – Wd 2Dn 2Dn Wd Wd z – Dn – 4–6 Dn 1.5Dn – 4–6 Mixta NA NA NA NA x 2Dn >12 2Dn >12 y 2Dn Wd 2Dn Wd z Dn 4–6 2Dn 4–6 * Dimensiones en pulgadas. 1 Pulgada = 25.4 mm Dn = diámetro de la tubería de entrada Hcl = separación entre el bajante y el plato de abajo. Wd = ancho del bajante. NA = no se recomienda su aplicación para ese servicio. Nota 1 : Taládrese en la parte superior un agujero de venteo de 1/4 de pulgada de diámetro Nota 2 : Puede requerir placa de impacto o de desgaste. Nota 3 : La boquilla debe entrar detrás del deflector, de lo contrario puede haber problemas de salto hidráulico. Las tuberías internas deben ser desarmables para facilitar el mantenimiento. Todos estos arreglos, a hasta h, son adecuados para entradas de líquidos. Si la entrada está parcialmente vaporizada solo sirven los arreglos b, d, e y h.
  9. 9. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 8 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Los arreglos a, b, c, e, y f, normalmente se prefieren por razones de costo. Los arreglos d y h normalmente se prefieren cuando hay una ventaja notable en orientar la boquilla de entrada de modo no paralelo al flujo de líquido que llega al interior de la torre. Esto puede ocurrir en alimentaciones que entran con velocidad alta, que se disminuye con el cambio de dirección y el aumento de área de flujo que se obtiene al contactar la torre. También puede utilizarse cuando las limitaciones de espacio obligan a introducir la tubería de entrada a la torre desde el mismo lado que el bajante del plato de entrada. Los arreglos a, d, h, y en menor grado el arreglo g tienen la desventaja de inducir lloriqueo (weeping) en las perforaciones o válvulas de entrada del plato de entrada debido al salto hidráulico sobre el rebosadero de entrada (aumenta la columna de líquido en esta zona del plato y genera componente de velocidad vertical hacia abajo). El arreglo b, llamado comúnmente bajante falso (false downcomer) es bastante popular,ya que es de bajo costo, puede manejar cargas parcialmente vaporizadas, ofrece mejor distribución de líquido, no tiene salto hidráulico y permite cierta flexibilidad en la orientación de la boquilla de entrada. El ancho del bajante falso debe ser igual que el ancho que tiene en el fondo el bajante real. Se recomienda que la suma de las dimensiones x + y sea de 12 pulgadas (304.8 mm) para alimentación de bajantes centrados o descentrados. Si se considera que existe el riesgo de arrastre del líquido que salpique del falso bajante, se puede colocar un deflector horizontal con dimensiones 2dn por wd directamente sobre la entrada de la boquilla hacia el bajante falso. Este deflector se coloca a cierta distancia sobre el bajante falso. Normalmente no se requiere este deflector. El arreglo es también es popular, es de bajo costo, puede manejar cargas parcialmente vaporizadas no tiene salto hidráulico y minimiza el salpicado en la entrada. Es abierto en el fondo y en los dos lados. Arreglos para entradas intermedias Los arreglos típicos de entrada intermedia con sus correspondientes aplicaciones se muestran en la Figura 2 y la Tabla 2, respectivamente.
  10. 10. Fig 2. ARREGLOS DE ALIMENTACIÓN INTERMEDIA. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 9 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  11. 11. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 10 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 2. Aplicabilidad del arreglo L. frío L/V V Entrada caliente Alta velocidad Alta presión Capacidad del bajante crítica a Si No No No No No No b Si No No No No No No c Si No No No No Si Si d Si Si Si No No Si Si e Si Si Si No Si Si Si f Si Si Si No Si Si Si g Si Si Si Si No Si Si h Si Si Si Si Si Si Si i Si Si No Si Si Si Si j No Si Si Si Si Si Si Los arreglos a y b son bastante limitados en sus aplicaciones y no se recomiendan, pues aún en servicio de líquido subenfriado pueden limitar la capacidad del bajante. Su principal ventaja es su bajo costo. El arreglo c es el menos costoso y de acuerdo con el boletín 960–1 de la Koch Engineering Company se puede utilizar incluso para cargas parcialmente vaporizadas, eliminando el problema potencial de arrastre de líquido si se coloca el fondo de la boquilla de entrada a 6 pulgadas (152.4 mm) del piso del plato, para cargas líquidas, o a una separación desde el piso del plato igual a la mitad de la separación entre platos para cargas parcialmente vaporizadas. Ver Figura 3. Debe evitarse su uso en caso de que la temperatura de alimentación sea muy superior a la del líquido del plato ya que puede inducir evaporación excesiva en los platos de abajo y limitar su eficiencia. Puede presentar problemas de impacto.
  12. 12. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 11 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 3. B = 6 PULGADAS (15,24 CM) POR ENCIMA DEL PLATO PARA ALIMENTACIONES LÍQUIDAS. B = LA MITAD DE LA DISTANCIA ENTRE PLATOS PARA ALIMENTACIONES MEZCLADAS LÍQUIDO–VAPOR. El arreglo d es similar al c, pero el deflector acanalado, que puede ser redondo o recto y está abierto arriba, abajo y por los lados evita el problema potencial de impacto en la entrada que tiene el arreglo anterior. Genera una componente de flujo descendente que puede causar problemas. El arreglo e es similar al anterior, pero la placa de fondo elimina el flujo descendente del arreglo anterior desviándolo hacia los lados. Con esto se baja la velocidad en la entrada, de modo que se puede utilizar en alimentaciones de alta velocidad ya sean líquidas o vapor. El arreglo f es similar al anterior, pero la entrada realizada sobre el bajante minimiza la posible interferencia con el funcionamiento del plato, cosa que puede ocurrir en el arreglo f. El arreglo g se considera frecuentemente como óptimo para columnas cuya longitud de vertedero de salida no supere los 5 pies (1.524 m). Para columnas más grandes se recomienda usar distribuidores. Con este arreglo se tiene la ventaja de llevar la alimentación hacia la entrada del plato, favoreciendo la separación, minimizando la interferencia con la acción del plato y dando suficiente recorrido de mezclado para alimentaciones líquidas calientes en donde ello es más importante. Se recomienda colocar el centro de la tubería de alimentación a una distancia desde el plato inferior igual a dos tercios de la separación entre platos, hacer el corte de la tubería de entrada con un ángulo de 30° respecto a la vertical y dejar una separación entre dicha tubería y el bajante del frente de por lo menos un diámetro de la tubería de entrada. En caso de que la alimentación sea tan caliente que pudiera evaporar el líquido del bajante, se recomienda colocar una placa de aislamiento térmico en la cara externa del bajante.
  13. 13. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 12 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma El arreglo h es una modificación del anterior, en el cual se agrega una placa de desgaste y un deflector horizontal de impacto para evitar arrastre. Se recomienda para alimentaciones de alta velocidad. El arreglo i es un arreglo típico de distribuidor de alimentación, cuya aplicación se recomienda para columnas cuya longitud de vertedero de salida es mayor de 5 pies (1.524 m). La separación entre el distribuidor y el bajante es de 3 a 4 pulgadas (76.2 a 101.6 mm) y las aberturas del distribuidor orientadas hacia el bajante formando un ángulo de 45° con respecto a la vertical. Tiene las ventajas del arreglo g y permite una mejor distribución de líquido, ver distribuidores en las páginas siguientes. El arreglo j se aplica solamente para alimentaciones de alta velocidad en las que el vapor es la fase continua y el líquido se encuentra atomizado en forma de spray. Es frecuente su uso cuando la alimentación suministra la mayor parte del vapor que se dirige a las zonas superiores de la torre, así como en aplicaciones en las que la alimentación se vaporiza rápidamente al entrar en torres que operan a baja presión. Su uso es frecuente en alimentación de destiladoras atmosféricas y de vacío en la refinación de petróleo. El deflector helicoidal va cerrado arriba, abierto abajo y desciende en espiral. Debe colocarse una placa de desgaste en la pared de la torre. Lineamientos generales para entradas de reflujo, plato superior y alimentaciones intermedias – Las tuberías internas deben ser removibles. – Conviene colocar las tuberías de gran diámetro para alimentación de líquidos bajo las cerchas del plato inmediato superior. – Las tuberías internas deben soportarse cerca de la boquilla de entrada, para que la boquilla no realice la función de soporte. – Cuando la alimentación contiene vapores, deben reforzarse el plato y los deflectores y anclarse la tubería de entrada al cuerpo de la torre, para que puedan soportar los esfuerzos estructurales que genera este tipo de corriente bifásica. – Cuando la alimentación contiene vapores o las tuberías de entrada son de gran diámetro, el espaciamiento entre los platos debe aumentarse entre 6 y 12 pulgadas (152.4 mm y 304.8 mm) en la zona de entrada. Esto es especialmente importante en platos donde el tráfico de flujos es grande. Las boquillas de entrada deben generar una caída de presión inferior a la del plato inmediato superior.
  14. 14. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 13 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Para alimentaciones líquidas, la velocidad de entrada no debe ser superior a los 3 pies por segundo (0.9144 m/s), para garantizar la ruptura del chorro al entrar a la columna. Lineamientos generales para distribuidores y entradas a platos de pasos múltiples Se recomienda el uso de distribuidores en las torres de gran diámetro, aquellas cuya longitud de vertedero de salida es mayor que 5 pies (1.524 m), y en las columnas con platos de pasos múltiples para garantizar una distribución uniforme. Sin embargo, en el caso de alimentaciones líquidas a platos de dos pasos, se pueden introducir en el bajante central mediante arreglos similares a los de la Figura 1 (arreglos a, b, d, g, h) y al arreglo a mostrado en la Figura 2. En los casos que se requiera una distribución no uniforme, como en los platos de tres pasos, se puede utilizar una canal de alimentación ver Figura 4 en la que se realizarán los cortes de modo que logren repartir el líquido del modo deseado. Cuando sea importante la buena distribución de líquido, es decir la uniformidad en la descarga, la velocidad del fluido en las perforaciones debe ser bastante mayor que la que tiene en la tubería del distribuidor. Para garantizar esto se puede hacer que la caída de presión a través de las perforaciones sea de 5 a 10 veces la caída de presión a través de la tubería del distribuidor. Alternativamente, se puede hacer que la velocidad en las perforaciones sea tres veces la velocidad en la tubería del distribuidor, con una velocidad recomendada en el distribuidor de 5 pies por segundo (1.524 m/s) para alimentaciones líquidas. Ver Figura 5 caso a. Para alimentaciones en fase vapor o mixtas, este lineamiento puede ser difícil de aplicar por las altas velocidades y grandes diámetros de tubería de entrada a los que conduce. Una solución de compromiso de uso común es la de hacer que el área de las perforaciones sea similar al área de la tubería del distribuidor, a expensas de la calidad de la distribución, en la que el flujo de vapor puede dirigirse preferencialmente hacia una pared de la torre, lo cual puede corregirse colocando tubos enderezadores de flujo. Ver Figura 5, casos b, c, y Figura 6.
  15. 15. Fig 4. CANALES DE ALIMENTACIÓN DE PLATO DE TRES PASOS. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 14 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  16. 16. Fig 5. PERFILES DE DISTRIBUCIÓN EN TUBERÍAS PERFORADAS. Fig 6. USO DE ENDEREZADORES DE FLUJO PARA ELIMINAR LA CANALIZACIÓN. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 15 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  17. 17. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 16 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma La caída de presión a través de las perforaciones debe estar entre un mínimo de 1 a 2 psi y un máximo de 15 a 20 psi. Caídas de presión menores pueden causar mala distribución ver Figura 5, caso d, mientras que caídas mayores pueden causar la atomización de la corriente, lo cual no es deseable. No deben colocarse cerca de la entrada del distribuidor cambios fuertes de dirección ni elementos que causen elevada caída de presión, ya que esto puede causar mala distribución. Ver Figura 5, caso e. Debe evitarse el impacto de las corrientes de entrada con la pared de la torre y otros internos. Los distribuidores de alimentación deben colocarse cuando menos a una distancia de 8 pulgadas (203.2 mm) sobre el piso del plato, para cargas líquidas, y a una distancia de 12 pulgadas (304.8 mm) sobre el piso del plato, para cargas mixtas. Los distribuidores correspondientes al arreglo i de la Figura 2 deben colocarse de modo que su línea de centros quede a una separación desde el piso del plato inferior igual a los dos tercios de la separación entre platos. Para distribuidores de longitudes superiores a los 10 pies (3.048 m), se recomienda colocarlos en forma de T de manera que la tubería de entrada llegue a la zona central del distribuidor, desde donde el flujo sigue a ambos extremos del distribuidor. Ver arreglo i de la Figura 2. Para longitudes menores o iguales a 10 pies (3.048 m), es común conectar la tubería de entrada a uno de los extremos del distribuidor y el otro extremo se proyecta hacia el interior de la misma por encima del plato de entrada. Secciones de fondo Las principales consideraciones a tomar en cuenta para las entradas de la sección de fondo de la columna son, en primer lugar lograr la separación de fases requerida y, en segundo lugar establecer la hidráulica correcta. De no ser así, puede afectarse severamente el funcionamiento del equipo e incluso dañarse sus internos. Alimentaciones de fondo y retornos de rehervidores Las alimentaciones de fondo y los retornos de rehervidores no deben quedar sumergidas en el líquido de fondo de la torre, excepto cuando se emplean aspersores (spargers) diseñados especialmente para tal propósito. De no hacerse esto, se puede causar excesivo arrastre, inundación prematura de la torre o daño mecánico a los internos. Tampoco deben colocarse a menos de 12 pulgadas (304.8 mm) del máximo nivel de líquido en el fondo ni entrando en ángulo descendente para no generar turbulencia que cause arrastre y problemas de control de nivel. Ver Figura 7, caso a.
  18. 18. Fig 7. a) MALA PRÁCTICA; b) BUENA PRÁCTICA. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 17 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  19. 19. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 18 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Se recomienda que las alimentaciones de fondo y los retornos de rehervidores entren paralelamente al borde de la bandeja de sello del fondo (bottom seal pan), tal como se muestra en la Figura 7, caso b y sin impactar ninguno de los internos o elementos de medición. De no hacerse así, puede causarse arrastre de líquido o vaporizar el líquido del bajante o tener control errático por medición defectuosa. Así mismo se recomienda que las alimentaciones de fondo y los retornos de rehervidores se coloquen con su parte superior ubicada por lo menos a 15 ó 18 pulgadas (381.0 ó 457.2 mm) por debajo del plato de arriba (El manual de Koch y el autor Lieberman recomiendan que esta distancia sea el equivalente a un espacio entre platos +12 pulgadas (304.8 mm)). Las líneas de alimentación de fondo y de los retornos de rehervidores deben dimensionarse correctamente para evitar inundación por falta de capacidad o velocidades excesivas que pueden causar vibración en el plato y aflojarlo. Se recomienda colocar una placa de impacto en caso de no poderse evitar el impacto de la corriente de entrada con la pared de la torre, tal como puede suceder en torres de pequeño diámetro. Deben evitarse las entradas que promuevan velocidades tangenciales en el fondo de la torre, ya que pueden producir vórtices en el líquido de fondo. Sin embargo, un arreglo como el mostrado en la Figura 2 caso j, puede evitar este problema si está bien diseñado. Aspersores de vapor (spargers) Los aspersores de vapor son tuberías perforadas que permiten introducir una corriente de vapor bajo la superficie del líquido de fondo en forma de burbujas, evitando la formación de tapones o pistones de líquido (slugs). Ver Figura 8 caso a. También pueden utilizarse para introducir la alimentación de fondo en la zona de vapor que queda sobre el nivel del líquido de fondo de la torre (ver Figura 8 caso b). En el caso de los aspersores sumergidos se debe monitorizar el nivel de líquido y eliminar cualquier interferencia del burbujeo con los instrumentos de medición y control de la torre.
  20. 20. Fig 8. a) ASPERSOR DE ALIMENTACIÓN SUMERGIDO; b) ASPERSOR DE ALIMENTACIÓN NO SUMERGIDO. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 19 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  21. 21. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 20 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Si la entrada de la alimentación de fondo es de alta velocidad, o se teme que exista alta turbulencia en la entrada, se puede utilizar el aspersor entrando en el espacio de vapor sobre el nivel de líquido. Ver Figura 8 caso b. Este es el arreglo preferido para alimentaciones de fondo que están totalmente vaporizadas. En el caso de alimentaciones mixtas, puede causar mala distribución por el flujo preferencial de vapor en las perforaciones de la entrada del aspersor, pero en torres de platos esto no es normalmente un problema. No se recomienda la entrada en el espacio de vapor con aspersores en el caso de retornos de rehervidores de tipo termosifón o marmita, debido a su alta caída de presión. 7 RETIROS Retiros de líquido (diferente a los de los rehervidores) Parte del líquido que cae en la torre puede retirarse como un producto lateral o recirculación hacia un plato superior (pumparound) o hacia un plato inferior (pumpback). La relación entre un retiro parcial y total depende normalmente de los efectos anticipados del control de la torre y de la estabilidad del flujo del reflujo interno. Como una regla general, el flujo de retiro parcial no debe exceder del 60% de la suma del reflujo interno más el producto en el plato de retiro. El líquido del circuito de reflujo que se bombea bajo control de flujo a través de intercambiadores de calor y luego directamente a la sección del circuito no debe incluirse en la fórmula anterior. El retiro puede ser desde un bajante o un plato de chimenea extendido en toda la sección de la torre. Para minimizar la inversión, el colector de retiro normalmente forma parte del bajante, a no ser que se requiera un área transversal excesiva para la carga de retiro. Ver Figura 9. Un colector completo (ver Figura 10) debe usarse cuando se requiere (a) una retención de líquido apreciable (Ver Sección 12 del MDP, para definir los requerimientos de retención) como para compensar el producto o asentamiento de agua o (b) cuando no se tolera ninguna fuga del plato superior por razones de proceso (i.e. en algunas secciones de lavado con agua donde una fuga hacia la solución de amina o cáustica es inaceptable).
  22. 22. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 21 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 9. DETALLES DE RETIROS DE TORRES. Fig. 9a. PREFERIDO PLATO DE UN SOLO PASO O BAJANTE EXTERNO EN PLATO DE DOS PASOS Fig. 9b. OPCION Fig. 9c. RETIRO PARCIAL Fig. 9d. RETIRO TOTAL BAJANTE INTERNO EN PLATO DE DOBLE PASO
  23. 23. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 22 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Dimensiones del Plato, mm (pulg) c = Espacio libre en el bajante D = Diámetro de la boquilla de retiro D’ = Diámetro de la boquilla de retorno hd = Llenado del bajante (ver nota 9) ht = Caída de presión total del plato NOTAS: 1. El tipo de colector preferido es el A, porque da una separación de vapor más completa que el tipo B. Sin embargo, el tipo B puede ser usado si el colector tipo A ocupa mucha área de burbujeo del plato o se prolonga hacia abajo tanto como para interferir con el plato inferior. Ver también la discusión sobre retiros de líquido. 2. Los orificios o ranuras en distribuidores de tubería perforada deben diseñarse para una caída de presión total alrededor de 1.7 kPa (1/4 psi) y deben descargar hacia abajo en 45°. El espaciamiento entre la tubería y el vertedero debe ser alrededor de 75 mm (3 pulg), entre la tubería y el plato inferior alrededor de 150 mm (6 pulg). Ver también discusión en página 3. 3. La altura total del vertedero de sobreflujo en el plato: Retiro Parcial Retiro Total Con distribuidor 150 mm (6 pulg) ) D Ȁń2 150 mm (6 pulg) ) D Ȁń2 ) 2c 3c 4c Sin distribuidor 4. Si el área de burbujeo es inadecuada en el plato inferior, considere el uso de bajantes inclinados. 5. El ancho de la entrada al colector de retiro = 2 veces al cabezal sobre el sello del plato ó 3 pulgadas, cualquiera sea mayor. El cabezal se calcula por: hsd + 693 ǒQL Lsd Ǔ 2ń3 , donde Lsd es la longitud del sello del plato en Lsd mm 6. La profundidad del colector de retiro = 1.5D o 150 mm (6 pulg), cualquiera sea mayor. El colector debe extenderse a través de toda la longitud de cuerda del vertedero de sobreflujo y cubrir toda el área enmarcada por la cuerda. 7. Altura total del vertedero de sobreflujo sobre el plato: Retiro Parcial Retiro Total Con distribuidor 150 mm (6 pulg) ) D 1ń2 150 mm (6 pulg) ) D 1ń2 ) 2c Sin vertedero 2c Sin distribuidor 8. Ubicación opcional de la boquilla. Deflectores antivórtice deben proveerse sobre las boquillas. También, asegúrese que los codos no interfieren con la entrada al bajante del plato inferior. Si hay interferencia las boquillas pueden ser colocadas del lado del colector de salida.
  24. 24. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 23 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 9. Para obtener hd, (el llenado del bajante sobre el tope del vertedero de sobreflujo) agregue ht más hud del plato sobre el colector de salida, más el cabezal sobre el vertedero de sobreflujo (hsd) si existe, más 25 mm (1 pulg) como factor de seguridad. Calcule hsd como se indica en la nota 5 anterior. 10. La distancia vertical entre el fondo del colector y el tope del vertedero del plato inferior debe ser mayor que 300 mm (12 pulg). Ver discusión en el texto. 11. Se pueden usar boquillas de retiro múltiple, si es económico. 12. Proveer 2 filas de deflectores antivórtice entre el sello del plato y el vertedero de sobreflujo. La longitud del deflector debe ser 3D.
  25. 25. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 24 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 10. DETALLES(7) DEL COLECTOR DE RETIRO (PARCIAL O TOTAL). Fig. 10a. ARREGLO DE UN SOLO PASO (RETIRO PARCIAL) Fig. 10b. ARREGLO DE DOBLE PASO (RETIRO PARCIAL)
  26. 26. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 25 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma NOTAS: 1. Proveer ranuras rectangulares (operación con retiro parcial). Si el plato va a ser usado como colector de retiro total, también debe ser diseñado como de retiro parcial para permitir operación continua de la torre si las bombas de retiro, etc., fallan. Para una operación de retiro total, asegúrese que el bajante del colector esté sellado para evitar flujo inverso de vapor por el bajante. 2. Para discusión de requerimientos de retención, refiérase a la Sección 12. 3. El área transversal total de las chimeneas debe ser que el área abierta del plato superior. También el área cilíndrica total entre el tope, la chimenea y el lado del fondo del anillo de derrame del deflector superior debe ser al área transversal de la chimenea; sin embargo, la distancia desde el tope de la chimenea hasta el anillo de derrame debe ser 50 mm (2 pulg). Para platos de chimenea debajo de rejillas Glitsch o lechos empacados, ver Subsección 3–J (Rejillas Glitsch – Distribución de vapor) para criterios de área de chimenea. 4. Proveer área para que la velocidad del líquido en la fosa de salida sea 0.3 m/s (1.0 pie/s). 5. 1.5 D o 150 mm (6 pulg), cualquiera sea mayor. 6. Para torres de gran diámetro (digamos 3600 mm (12 pie)), y/o en casos donde la fosa de salida para una sola boquilla sería muy profunda como para interferir con el plato inferior, considere la instalación de dos retiros. 7. Todas las dimensiones están en mm, para convertir en pulgadas divida entre 25.4.
  27. 27. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 26 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig. 10c. (CONT.) DETALLES DEL COLECTOR DE RETIRO. NOTAS: 1. D debe ser dos veces el ID de la boquilla a no ser que se provea un “Pote para Brea”, para minimizar el tiempo de residencia en el fondo. En tales casos D = Diámetro del “Pote para Brea”. 2. Proveer suficientes orificios para dar un área total al menos cuatro veces el diámetro de la boquilla, pero perfore todo el filtro en cualquier caso. Deje 6 mm (1/4 pulg) de espaciamiento anular debajo del filtro para drenaje. 3. La altura del filtro de acuerdo con los requerimientos del área total de orificios, pero no menos de 300 mm (12 pulg). 4. El borde exterior del deflector debe estar D/3 mm (pulg) o 50 mm (2 pulg) sobre el tope del filtro, cualquiera sea mayor. 5. Provea anillos de derrame solamente para platos de chimenea usados debajo de rejillas Glitsch o lechos empacados (donde el líquido “llueva” sobre los deflectores de los platos de chimenea).
  28. 28. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 27 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Retiro Parcial de Líquido a la Entrada del Plato – La versión vieja de este tipo de retiro se muestra esquemáticamente en la Figura I. Un colector de salida se coloca debajo del bajante con la boquilla de salida por el fondo o lateral a la caja. Este tipo de salida es satisfactoria en servicios donde la separación del vapor en el bajante es rápida y completa, o en servicios donde el arrastre de vapor por el retiro no es importante. (e.g., cuando la corriente va a un despojador lateral o a un pote separador). Sin embargo, en la mayoría de los casos, la mezcla líquido–vapor entra al bajante como espuma y se revuelve. Esto permite que las burbujas pasen a la boquilla de retiro, causando cavitación en las bombas y poco o ningún control en el retiro del flujo de líquido. El problema de la separación del vapor es particularmente importante en torres de fracciones livianas a alta presión, porque las condiciones operacionales están frecuentemente cerca de la presión y temperatura seudo–críticas de los hidrocarburos. En tales casos, las densidades de las fases vapor y líquido se aproximan una a la otra y la flotabilidad reducida de las burbujas de vapor previene una buena separación de fase. Por lo tanto, el diseño de la caja de retiro es más crítica en torres de fracciones livianas que en sistemas a baja presión, tales como destiladoras y fraccionadores catalíticos. Un arreglo preferido (pero más costoso), que elimina el arrastre de vapor por el retiro, se muestra esquemáticamente en la Figura II. Con la adición de un colector de sello en el retiro. Este diseño debe ser usado en todos los servicios donde el arrastre de vapor hacia el retiro tipo I causaría problemas. Como el retiro tipo II a menudo ocupa más espacio, puede reducir el área de burbujeo y en consecuencia la capacidad del plato. Para minimizar este efecto se puede usar un bajante inclinado. Figura I Figura II (Preferida)
  29. 29. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 28 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma La caja debe tener una profundidad de al menos 150 mm (6 pulg) o 1.5 veces el diámetro de la boquilla de retiro, cualquiera sea mayor. La caja debe extenderse a través de toda la longitud de cuerda del vertedero de sobreflujo y cubrir toda esta área. Se deben proveer placa(s) deflectora(s) (rejilla interna). Para el diseño de deflectores anti–vórtice, ver Sección 5 de este manual. La boquilla debe estar tan cerca como sea posible del fondo de la caja para facilitar el drenaje. La distancia entre la caja de retiro y el tope del vertedero de salida sobre el plato inferior no debe ser menor de 300 mm (12 pulg), para no restringir el acceso al bajante. De ser necesario, el espaciamiento entre platos debe ser incrementado. Para asegurar flujo de diseño a través de la boquilla de retiro parcial desde un bajante de entrada de un plato de dos pasos, la distancia a lo largo del bajante hasta la boquilla más cercana no debe exceder de 2400 mm (8 pies). En consecuencia, se requieren dos boquillas si el diámetro de la torre es mayor que 4800 mm (6 pies). Ver también Figura 9 caso c. D 2400 mm (8 pie) 2400 mm D 4800 mm (8 pie D 16 pie) 4800 mm (16 pie)
  30. 30. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 29 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma El tamaño de la(s) boquilla(s) de retiro se debe basar en un área de flujo que de una velocidad de líquido alrededor de 1 m/s (3 pies/s) con la línea llena. D + F3 4 p ǒQL F36 ǓǸ ^ F37 Q0.5 L Ec. (1) donde: En unidades métricas En unidades inglesas D = Diámetro interno mm pulg QL = Rata de flujo de líquido dm3/s gpm F3 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1000 1.0 d F36 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1000 0.1069 F37 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 35.7 0.369 Sin embargo, la boquilla no debe ser menor que el tamaño de la línea. Retiro Total a la Entrada del Plato – El retiro puede estar aguas abajo del bajante o detrás de la placa del bajante (Figura 9 caso a y caso b, respectivamente). Si el retiro está detrás de la placa del bajante, la boquilla debe estar ubicada lo suficientemente alta para mantener un sello en el bajante a la máxima caída de presión por plato previsto. Si la boquilla de retiro está aguas abajo del bajante (arreglo preferido), se requiere un colector de sello entre el bajante y el retiro, para proveer sello al bajante. Con cualquier arreglo, se necesita un vertedero de sobreflujo, para prevenir el flujo de líquido al plato siguiente durante una operación normal. Algunas veces es necesario operar el plato de retiro total como retiro parcial, temporalmente, permitiendo que algo de líquido sobrepase este vertedero. Para lograr esta operación, el espaciamiento entre platos debe ser lo suficientemente grande para permitir tal sobreflujo, a un caudal máximo, sin llenar completamente el bajante. Al igual que para retiros parciales, la selección del tipo de retiro depende de los requerimientos de separación. (Ver retiros parciales). El tamaño de la boquilla debe basarse en la Ecuación (1).
  31. 31. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 30 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Plato Chimenea para Retiros Parciales o Totales – Los pasantes de vapor deben tener un área transversal total al menos igual al área abierta del plato superior. Deben ser alrededor de 150 mm (6 pulg) más altos que la altura del nivel de líquido. Para mejorar la distribución de vapor hacia y de un plato chimenea, se deben colocar deflectores planos, sobre los pasantes del mismo diámetro de estos últimos. El área cilíndrica entre el deflector y el pasante debe ser igual o mayor que el área transversal del pasante. Ver Figura 10. Para un colector de retiro parcial, el vertedero de sobreflujo debe tener ranuras de 200 a 250 mm (8 a 10 pulg) de profundidad, para minimizar cambios en la cantidad de sobreflujo con cambios en el nivel de líquido. El flujo a través de las ranuras puede calcularse con la siguiente ecuación: QL + F38 b h3ń2 Ec. (2) donde: En unidades En unidades métricas inglesas QL = Flujo de líquido dm3/s gal/min b = Ancho de la ranura rectangular mm pulg h = Altura de líquido en la ranura mm pulg F38 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 5.20 x 10–5 2.68 Para evitar arrastre debajo del plato de chimenea, la distancia hasta d el plato subsiguiente inferior debe ser del orden de la existente para los otros platos de la sección inferior. Para asegurar suficiente altura del bajante del plato superior al plato de chimenea, la distancia desde la parte superior del nivel de líquido en el plato de chimenea hasta el plato subsiguiente superior debe ser del orden de la existente para los otros platos de la sección superior. Las boquillas de retiro deben ser dimensionadas con la Ecuación (1). Filtros para Coque – Estos son instalados sobre la boquilla del fondo en torres donde se pueden acumular partículas sólidas, tal como destiladores de vacío y fraccionadoras de productos craqueados, para mantener los pedazos grandes de coque fuera de las líneas de succión de las bombas (Figura 11).
  32. 32. Fig 11. FILTRO PARA COQUE. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 31 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma NOTAS: 1. D debe ser dos veces el ID de la boquilla a no ser que se provea un “Pote para Brea”, para minimizar el tiempo de residencia en el fondo. En tales casos D = Diámetro del “Pote para Brea”. 2. Proveer suficientes orificios para dar un área total al menos cuatro veces el diámetro de la boquilla, pero perfore todo el filtro en cualquier caso. Deje 6 mm (1/4 pulg) de espaciamiento anular debajo del filtro para drenaje. 3. La altura del filtro de acuerdo con los requerimientos del area total de orificios, pero no menos de 300 mm (12 pulg). 4. El borde exterior del deflector debe estar D/3 mm (pulg) o 50 mm (2 pulg) sobre el tope del filtro, cualquiera sea mayor. 5. Provea anillos de derrame solamente para platos de chimenea usados debajo de rejillas Glitsch o lechos empacados (donde el líquido “llueva” sobre los deflectores de los platos de chimenea).
  33. 33. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 32 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Retiros a rehervidores Las Figuras 12 y 13 muestran diagramas esquemáticos de varios arreglos de retiros hacia rehervidores. Bajo cada diagrama hay una lista de algunas de sus ventajas y desventajas para ayudar al diseñador, a la selección del tipo de retiro más adecuada para una situación dada. Una discusión de tipos de rehervidores y consideraciones hidráulicas, se presenta en la Sección 9. Fig 12. RETIROS DE REHERVIDORES(1) (PLATOS DE UN SOLO PASO). REHERVIDORES DE FLUJO FORZADO Fig. 12d Fig. 12e Fig. 12f Fig.12a Fig. 12b Fig. 12c REHERVIDORES DE RECIRCULACION
  34. 34. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 33 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma REHERVIDORES DE RECIRCULACION Caso A Caso B Caso C Usado para rehervidores de termosifón. Provee retención moderada del tamaño del colector de retiro. Provee sello para el bajante. El cabezal sobre el retiro es constante. El deflector aisla el líquido en el bajante, evita el choque sobre puntos de unión, y se aproxima a una etapa teórica. Usado para hornos, rehervidores de termosifón o de flujo forzado (pump–through). Provee la mayor retención de alimentación para el rehervidor, pero el menor DTML de los tipos mostrados. Provee sello del bajante. El cabezal sobre el retiro varía. De los tipos mostrados es el que menos se aproxima a una etapa teórica. Es de constitución simple. Usado para hornos, rehe vidores de termosifón o flujo forzado. Provee una gran retención. Provee sello del bajante, si se usa una retención opcional. El cabezal sobre el retiro es constante. Se aproxima a una etapa teórica. Si se maneja material de amplio rango de ebullición la transferencia de calor a través de la placa del bajante puede causar excesiva vaporización en el bajante. REHERVIDORES DE FLUJO FORZADO Caso D Caso E Caso F Usado únicamente para rehervidores de termo– sifón. La retención en el colector es moderada. Provee sello del bajante. El cabezal sobre el retiro varía. Usado para hornos o rehervidores de flujo forzado. Provee una gran retención. Provee sello del bajante, si se usa una prolongación opcional. Requiere más instrumen– tación que el tipo de retiro “C”. Usado para rehervidores de marmita (Kettle) solamente. Provee sello del bajante. El cabezal sobre el retiro varía. Es de construcción simple. NOTAS: 1. Criterios de dimensionamiento y dimensiones detallados se dan en el texto y en la Figura 9. 2. Distribuidor de tubería perforada. Considere el uso de deflectores o plato de desgaste para servicio erosivo y corrosivo. 3. El cierre del retiro inundaría el plato, si el P del rehervidor aumentara como resultado de ensuciamiento. 4. Boquilla de derrame. 5. Ver también Figura 1 del documento MDP–05–EF–02.
  35. 35. Fig 13. RETIROS DE REHERVIDORES(1) (PLATOS DE DOBLE PASO) REHERVIDORES DE FLUJO FORZADO Fig. 13c Fig. 13d REHERVIDORES DE RECIRCULACION Fig. 13a Fig. 13b REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 34 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  36. 36. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 35 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma REHERVIDORES DE RECIRCULACION Caso A Caso B Usado para rehervidores de termosifón. Provee retención moderada, dependiendo del tamaño del colector de salida. Provee sello para el bajante. El cabezal sobre el retiro es constante. El deflector aisla el líquido en el bajante, evita el choque sobre puntos de unión y se aproxima a una etapa teórica. Usado para hornos o rehervidores de termosifón o de flujo forzado. Provee la mayor retención de alimentación para el rehervidor pero el menor DTML que el tipo “A”. Provee sello para el bajante. El cabezal sobre el retiro varía. Se aproxima menos a una etapa teórica comparado con el tipo “A”. Es de constitución simple. REHERVIDORES DE RECIRCULACION Caso C Caso D Usado únicamente para rehervidores de termosifón. La retención en el colector es moderada. Provee sello del bajante. El cabezal sobre el retiro varía. Usado para rehervidores de marmita solamente. Provee más retención que el tipo “C”. Provee sello del bajante. El cabezal sobre el retiro varía. Es de constitución simple. NOTAS: 1. Criterios de dimensionamiento y dimensiones detalladas son dados en el texto y en la Figura 9. Los retiros internos son generalmente más simples y baratos que los retiros externos y por lo tanto son preferidos. Los retiros externos mostrados son análogos o similares a los de la Figura 12. 2. Distribuidor(s) de tubería perforada. 3. El cierre del retiro inundaría el plato, si el P del rehervidor aumentara como resultado de ensuciamiento. 4. Boquilla de derrame. 5. Todas las dimensiones están en mm, para convertirlas en pulgadas divida entre 25.4.
  37. 37. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 36 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma A continuación se da un procedimiento para diseñar el colector de retiro y facilidades asociadas para un rehervidor de termosifón recirculante, usando una boquilla de retiro lateral. Este tipo de retiro es preferido para torres a nivel del suelo, por ejemplo, en las que el producto de fondo sale del sistema por presión, en lugar de bombeado, o para torres en que si se usara una salida de fondo, variaciones en el nivel de fondo pudieran crear variaciones externas en la cantidad de recirculación por el rehervidor. Aunque este procedimiento aplica principalmente a termosifones recirculantes de salida lateral, muchos de los aspectos de diseño son generales y pudieran ser considerados para rehervidores de un solo paso, así como también otros tipos de rehervidores. El tipo recomendado de colector de retiro se muestra más adelante. Cuando este tipo de retiro se diseña según el procedimiento que se indica a continuación se minimizan el arrastre de vapor hacia el rehervidor y la inestabilidad debido al flujo de líquido errático hacia el rehervidor. Esto prevendrá oleaje en el rehervidor, lo cual puede resultar en inundación prematura de la torre e incapacidad para lograr el suministro de calor de diseño. Este método da baja turbulencia, baja velocidad de líquido y un adecuado tiempo para la separación vapor–líquido en el colector de retiro.
  38. 38. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 37 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma NOTAS: 1. Mínimo pero no menor de 100 mm (4 pulg). 2. Al menos C + 50 mm (2 pulg) de tal forma que el líquido choque con el deflector inclinado. 3. El deflector se extiende a través de todo lo ancho del colector. 4. La distancia desde el tope del vertedero de sobreflujo hasta el plato superior debe ser al menos 1–1/2 veces la distancia entre platos. 5. El colector de salida debe ser hecho tan ancho como sea posible, limitado por la dimensión r, la cual se basa en una velocidad de líquido bajante 0.06 m/s (0.2 pies/s) 6. Todas las separaciones deben ser incrementadas en servicios de ensuciamiento severo. 7. La dimensión A, la profundidad del colector de salida sobre la boquilla de salida, la fija el requerimiento de retención de alimentación del rehervidor. 8. Para convertir de mm a pulg divida entre 25.4. Procedimiento de diseño 1. Seleccione la cantidad de alimentación del rehervidor, basada en el requerimiento de vaporización, de tal forma que la porción vaporizada en el rehervidor sea de un 20 a 50% en peso de la alimentación (para detalles adicionales ver Sección 9–E ). Este porcentaje se basa en la caída de presión y en la transferencia de calor óptimas en el rehervidor. El porcentaje de vaporización también afecta la aproximación del rehervidor a un plato teórico, puesto que está relacionado al número de veces que el mismo material pasa a través del circuito del rehervidor antes de pasar a formar parte del producto de fondo. Más significante, sin embargo, es el grado al cual el líquido del bajantes es selectivamente retirado a través de la boquilla de retiro. (En preferencia al líquido retornado del rehervidor). Tal retiro selectivo del líquido del bajante se maximiza con el arreglo de deflectores mostrado en el diagrama anterior. Si el fraccionamiento es crítico, la aproximación a un plato teórico en el rehervidor puede ser calculado de la fórmula dada en la Sección 9. 2. Para establecer la localización del vertedero de sobreflujo, calcule la dimensión “r” en el diagrama anterior con los pasos (a) y (b) siguientes: a. Del flujo volumétrico (a condiciones de operación) del producto de fondo, calcule el área segmental entre el casco y el vertedero de sobreflujo para una velocidad de líquido de 0.06 m/s (0.2 pies/s). Esto da la mínima área de sobreflujo permitida, para minimizar el área del colector de salida. De esta manera el colector atrapará la mayor parte del líquido que cae del plato superior durante el arranque, cuando el flujo de vapor normalmente es bajo. En cambio, si la polimerización es un problema, el área segmental puede incrementarse (incrementando la dimensión “r”), para reducir la retención (tiempo de residencia) y ensuciamiento en el colector de retiro.
  39. 39. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 38 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma b. Con el área calculada en el paso (a) y los valores dados en la Tabla 1, Subsección k, calcule la dimensión r. 3. Calcule la Dimensión A, la cual determina la retención del colector de retiro, como sigue: a. Calcule, para condiciones de diseño, el volumen de líquido en el rehervidor y tubería de retorno. Primero, el promedio de la fracción volumétrica de líquido en el rehervidor es: L + VL Y DV ȥ ȡ Ȣ VV DV ln ƪ1 ) Y ǒDV VL Ǔƫ–YȦ ȣ Ȥ Ec. (3) donde: En unidades En unidades métricas inglesas L = Promedio de la fracción volumétrica de líquido VL = Volumen específico del líquido m3/Kg pie3/lb VV = Volumen específico del vapor m3/Kg pie3/lb DV = VV – VL m3/Kg pie3/lb Y = Fracción en peso vaporizada Luego, la fracción volumétrica de líquido en la tubería de retorno es: L + VL (1–Y) VL ) Y DV Ec. (4) Multiplique estas fracciones volumétricas de líquido por el volumen total del rehervidor y tubería de retorno, respectivamente, para obtener los volúmenes totales de líquido. b. Calcule lo que sería el volumen de líquido en el rehervidor y tubería de retorno, asumiendo un 20% de reducción en la cantidad de vaporización y un incremento simultáneo de 10% en la cantidad de circulación total. c. Encuentre la retención de líquido requerida sobre la boquilla de salida por la diferencia entre (a) y (b). Esta cantidad debe ser suficiente para suplir líquido al circuito del rehervidor durante cambios en el suministro de calor al rehervidor. Sin embargo, como se mencionó en el paso 2(a), puede ser necesario reducir esta retención en servicios de ensuciamiento severo, para minimizar el tiempo de residencia en el colector de salida.
  40. 40. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 39 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma d. Usando la Tabla 1 de la Subsección K y la retención calculada en (c), calcule la dimensión A, teniendo en mente que el líquido por debajo del tope de la boquilla de salida no se incluye. Similarmente, el líquido en el bajante a aguas arriba del sello del colector no deben contarse como contribuidores de retención. 4. Calcule el diámetro D de la boquilla de retiro a partir de la Ec. (1) de la página (7). Si el tamaño de la boquilla excede el tamaño deseado para la tubería que va al rehervidor, la línea debería reducirse en el tramo vertical fuera de la torre, en un punto bien abajo de la boquilla de retiro. 5. Otras consideraciones son: a. El deflector debe proveer una superficie suave para el choque vapor–líquido. Este debe ser fabricado e instalado de manera que la costura esté del lado de atrás del deflector. Puesto que el lado del bajante queda hacia el centro de la torre generalmente tiene proyecciones horizontales que podrían desviar el líquido, éste no debe ser usado en lugar del deflector. b. Para ahorro de tubería, las boquillas de retiro y retorno del rehervidor deben estar ubicadas del mismo lado de la torre. El retorno del rehervidor debe ser un distribuidor normal de tubería perforada, excepto un tercio de su longitud aguas arriba que debe dejarse sin perforar, para minimizar turbulencia en la superficie del líquido de retiro cerca de la boquilla de retiro. c. Cuando se especifica la altura del rehervidor con respecto a la torre, siga las guías dadas en la Sección 9–E. No se debe agregar altura extra a la torre y el rehervidor como un factor de seguridad (a no ser que se instale una válvula de baja caída de presión en la línea de retiro), ya que ésta podría causar que el flujo de circulación exceda los valores de diseño con posible arrastre de vapor e inestabilidad. Si se anticipa un amplio rango de condiciones de operación, o si se especifica una altura conservadora para la torre con el fin de poder incrementar sustancialmente el caudal de alimentación al rehervidor sobre el valor de diseño considerar la instalación de una válvula de baja caída de presión (tal como una válvula de compuerta o mariposa) en la línea de alimentación al rehervidor para estrangular la cantidad de circulación. La válvula debe ser colocada en una sección de tubería ubicada por debajo del fondo del rehervidor. Si se instala esta válvula, también debe proveerse un cristal de nivel en la caja de retiro.
  41. 41. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 40 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 8 ELEMENTOS ESPECIALES EN TORRES DE PLATOS Rejilla metálica tipo malla para evitar arrastre En algunas torres, el arrastre de líquido puede causar una grave contaminación y degradación del producto. Para evitar este problema, se instala una rejilla metálica tipo malla para proveer superficie sobre la cual pueda coalescer el líquido arrastrado. Estas rejillas deben ser diseñadas cuidadosamente. Si la velocidad sobre la rejilla es muy baja, no ocurrirá máxima coalescencia. Si la velocidad es muy alta, el líquido coalescido será arrastrado desde la rejilla. La formación de coque en la rejilla puede ser también un problema, dependiendo de la temperatura, tipo de rejilla, retención y calidad de la alimentación. Cada torre debe ser considerada individualmente, y debe tomarse en cuenta la experiencia pasada o similar. – Eficiencia Para un comportamiento óptimo, el factor Vs [ρV / (ρ L – ρV) ] 0.5 del vapor que entra a la rejilla debe estar dentro del rango de diseño dado en la Figura 14 caso a. Si cae por debajo de este rango, debe reducirse el área transversal de la rejilla agregando un deflector en forma de anillo alrededor de la rejilla. – Caída de Presión La Figura 14 caso b, da los factores a ser usados en las ecuaciones siguientes para calcular la caída de presión a través de una malla 931 tipo York*. La caída de presión del vapor que pasa a través de la rejilla seca y la resistencia adicional al flujo del vapor debido al líquido retenido en la rejilla se evalúan separadamente y luego se suman para dar la caída de presión total. DPv + F39 f òv t V2 S Ec. (5) donde En unidades En unidades métricas inglesas DPv = Caída de presión del vapor con la rejilla seca mm de agua pulg de agua f = t = Espesor de la rejilla (normalmente 150 mm (6 pulg)) mm pulg rv = Densidad del vapor a condiciones de operación kg/m3 lb/pie3 Vs = Velocidad superficial del vapor m/s pie/s F39 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 0.0159 0.0236
  42. 42. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 41 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma donde DP + F40 ǒDPv )t PL Ǔ RL Ec. (6) En unidades En unidades métricas inglesas DP = Caída de presión total a través de la rejilla mm de líq. caliente pulg de líq. caliente DPL = mm de agua pulg de agua rL = Densidad del líquido a condiciones de operación kg/m3 lb/pie3 F40 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1000 62.4 * La Figura 14 caso b, y las Ecuaciones 5 y 6 se basan en información del boletín 631 de la OTTO H. York Co, Inc., también publicado en preimpresión 38 “Developments in Wire Mesh Eliminators” de la 50va reunión nacional de la AICHE (Mayo 1963).
  43. 43. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 42 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 14. REJILLA METÁLICA. PORCENTAJEDEREMOCIONDEARRASTRE Fig. 14a. EFICIENCIA DE LA REJILLA METÁLICA.
  44. 44. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 43 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig. 14b. CAÍDA DE PRESIÓN EN LA REJILLA METÁLICA*.
  45. 45. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 44 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Si se ha agregado un deflector perfilado en forma de anillo, vs. debe ser evaluada con el área transversal de la rejilla, no con la de la torre. NOMENCLATURA b = Ancho de la ranura rectangular, mm (pulg) (Ec. 2) c = Distancia del bajante, mm (pulg) D = Diámetro de flujo o interno, mm (pulg) (Ec. 1) Fi = Factor que depende de las unidades usadas (ver tabla al final) f = Factor de fricción (Ec. 5) H = Altura del filtro, mm (pulg) (Figura 4a) h = Altura de líquido en la ranura, mm (pulg) (Ec. 2) hd = Llenado del bajante, mm (pulg) de líquido caliente (Figuras 9., 10.) hed = Caída de presión de plato seco efectiva, mm (pulg) de líquido caliente hsd = Cabezal sobre el sello, mm (pulg) de líquido caliente (Figura 9., nota 5) ht = Caída de presión total en el plato, mm (pulg) de líquido caliente (Figura 9.) L = Fracción volumétrica de líquido promedio (Ec. 3) Lsd = Longitud del sello, mm (pulg) (Figura 9., nota 5) ∆P = Caída de presión, kPa o mm (pulg) de líquido caliente (de acuerdo al contexto) ∆PL = Caída de presión debido al drenado de líquido en la rejilla, mm (pulg) de agua (Figura 8b) ∆Pv = Caída de presión del vapor a través de la rejilla, mm (pulg) de agua (Ec. 5) QL = Flujo de líquido, dm3/s (gpm) actuales (Ec. 1 y 2) t = Espesor de la rejilla metálica tipo malla, mm (pulg) (Ec. 5) Vs = Velocidad superficial, m/s (pie/s) (Ec. 5) VL = Volumen específico de líquido, m3/kg (pie3/lb) (Ec. 3 y 4) VV = Volumen específico del vapor, m3/kg (pie3/lb) (Ec. 3) ∆V = VV – VL Y = Fracción en peso vaporizada (Ec. 3 y 4) µv = Viscosidad actual del vapor, Pa.s (Cp) (Figura 8b)
  46. 46. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 45 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ρL = Densidad del líquido a condiciones de operación, kg/m3 (lb/pie3) ρV = Densidad del vapor a condiciones de operación, kg/m3 (lb/pie3) Factor Fi En unidades En unidades métricas inglesas F3 (Ec. 1) 1000 1.0 F36 (Ec. 1) 1000 0.1069 F37 (Ec. 1) 35.7 0.369 F38 (Ec. 2) 5.20 x 10–5 2.68 F39 (Ec. 5) 0.0159 0.0236 F40 (Ec. 6) 1000 62.4
  47. 47. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 46 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Deflectores de salpicado o de campana Para servicios de baja carga de líquido, en el orden de 0.1 galones por minuto por pulgada del vertedero (1.49 dm3/min.cm), se recomienda colocar deflectores de salpicado o de campana tal como se muestra en la Figura 15. Con estos deflectores se aumenta la retención de líquido en el plato y la altura de la espuma (froth) previniendo el secado del plato. En columnas de pequeño diámetro, menor de 6 pies (152.5 mm), evita que las gotas que se forman en la entrada de líquido al plato vuelen directamente hacia el bajante. Para estas aplicaciones el plato debe sellarse a prueba de fugas. Fig 15. DEFLECTOR DE SALPICADO, CAMPANA DE VAPOR. b) a) b) a)
  48. 48. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 47 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Deflectores anti salto En los platos de pasos múltiples donde exista riesgo de que pase líquido de un paso a otro por la velocidad horizontal del líquido que sale hacia el bajante, se colocan deflectores anti salto, ver Figura 16 que evitan que esto ocurra, de no hacerse esto, se puede acumular localmente una cantidad de líquido en el pase que recibe el flujo adicional que puede causar inundación prematura. Fig 16. DEFLECTOR ANTI SALTOS.
  49. 49. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 48 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Bandejas de sello con bajorrelieve En aplicaciones en las que se requiere evitar problemas de sello en los bajantes se pueden utilizar bandejas de sello con bajorrelieve, en todos los casos, o vertederos de entrada, solamente para aplicaciones de muy baja carga de líquido. Ver Figura 17. Fig 17. ARREGLOS PARA SELLAR EL BAJANTE. a) VERTEDERO DE ENTRADA ; b) PANEL DE SELLO. (a) (b)
  50. 50. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 49 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Transiciones para cambio en el número de pasos de platos Con frecuencia se requiere cambiar el número de pasos en los platos de una torre al introducir corrientes líquidas en las mismas. En estos casos se debe realizar la transición sin dañar la calidad de la distribución, ni causar restricciones al flujo ni interferir con el sello del bajante. Se sugiere el diseño mostrado en la Figura 18 caso a. Adicionalmente, se recomienda en este caso que el espaciado en el plato de transición exceda al espaciado normal entre platos en un mínimo de 1.5 pies, preferiblemente 2 pies (0.4572 ó 0.6096 m). La Figura 18 caso b, muestra transiciones recomendadas entre platos de paso sencillo y de doble paso, junto con el criterio de diseño necesario. Fig 18. . Fig. 18a. ARREGLO DEL PLATO DE TRANSICIÓN
  51. 51. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 50 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig. 18b. TRANSICIONES ENTRE PLATOS DE UN SOLO PASO Y DOBLE(10) UN SOLO PASO A DOBLE TIPO 1(1) DOBLE A UN SOLO PASO (BAJANTE EXTERNO) DOBLE A UN SOLO PASO (BAJANTE EXTERNO)
  52. 52. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 51 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma NOTAS: 1. Use el tipo 1 o el tipo mostrado en la Figura 1A si el líquido externo es 60% vol del líquido total; de no ser así, use el tipo 2. 2. (2) Dimensione los orificios o las ranuras en el distribuidor de entrada para un P alrededor de 1.7 kPa (1/4 psi); inclinados hacia abajo 45°. 3. (3) El espacio libre debajo del bajante simulado debe ser 25 mm (1 pulg) o aquel basado en una pérdida de cabezal de 50 mm (2 pulg) de líquido caliente, cualquiera sea mayor. 4. (4) El área del colector de retiro de líquido debe basarse en una velocidad de líquido descendente de 0.12 m/s (0.4 pie/s). 5. (5) Especifique plato soldado para sellar el fondo del bajante del plato superior. 6. (6) La profundidad del colector de retiro de líquido = 150 mm (6 pulg) o 1–1/2 vez de diámetro de la boquilla, cualquiera sea mayor. Provea deflector anti–vórtice. 7. (7) Como este plato de paso sencillo tiene un área de burbujeo menor a la usual, chequee para ver si se requiere espaciamiento adicional entre platos para evitar arrastre. Si se requiere un sello, ver Figura 10. 8. (8) Proveer un espaciamiento de 50 mm (2 pulg) ente el tope del bajante simulado y el plato superior, para prevenir el atrapamiento de aire durante el arranque. 9. (9) La placa deflectora dirige el líquido hacia el centro del bajante interno, de tal manera que pueda fluir a través del bajante simulado. 10. (10) Todas las dimensiones están en mm, para convertirlas a pulgadas divida entre 25.4.
  53. 53. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 52 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Platos a prueba de explosión En algunas torres de destilación, tales como las fraccionadoras de las plantas de coque, existe el riesgo de desprender y dañar los platos por la vaporización repentina de agua que entre accidentalmente a la torre. El desprendimiento de los platos ocurre cuando el plato se abomba por la presión y se sueltan los elementos de fijación (clips) que lo unen al anillo de soporte. Ver Figura 19. Para evitar este problema se deben fijar a la pared del recipiente los elementos rigidizadores, cerchas integrales, que forman parte del plato. Para ello se colocan en la pared de la torre unos soportes a los cuales se fija mediante clips de corte (SHEAR CLIPS) una barra que enlace las cerchas integrales del plato, tal como se muestra en la Figura 19. Los clips de corte deben fallar a un nivel de esfuerzo predeterminado que permita proteger al recipiente de un aumento de presión muy fuerte. De no ser así, podría deformarse la pared del propio recipiente. Los bajantes pueden actuar como alivios internos de presión si se diseñan los clips de corte para soportar una caída de presión de unas 0.6 psi, cercana a 2 pies (0.6096 m) de columna de hidrocarburo líquido.
  54. 54. Fig 19. PLATO A PRUEBA DE EXPLOSIONES. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 53 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  55. 55. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 54 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma De este modo el líquido en los bajantes se desaloja en caso de sobrepresión antes de que los clips de corte fallen. Mejoramiento de la Capacidad de Reducción de Flujos (Turn Down Ratio) Se puede mejorar la capacidad de reducción de flujos de una torre de destilación con platos de válvulas duales, livianas y pesadas que permiten apertura de la válvula liviana a bajas cargas de vapor y la de ambas a elevadas cargas de vapor. Ver Figura 20. Fig 20. VÁLVULA CON COPAS DUALES MEJORA LA CAPACIDAD DE REDUCCION DE FLUJOS DE LOS PLATOS DE VÁLVULAS.
  56. 56. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 55 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Reducción de fugas en los platos Los platos de las torres de destilación normalmente se ensamblan a partir de elementos que se apernan y en cuyas uniones se presentan con frecuencia fugas que pueden reducir drasticamente la eficiencia del fraccionamiento. Así mismo, los platos de válvulas pueden presentar cierto grado de fuga por las válvulas, especialmente a cargas bajas, con iguales consecuencias adversas sobre la eficiencia de fraccionamiento. Ver Figura 21. Fig 21. LOS FLUJOS BAJOS REQUIEREN MAYORES REFLUJOS DEBIDO A LA PÉRDIDA DE EFICIENCIA DE LOS PLATOS.
  57. 57. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 56 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma La reducción de eficiencia obliga a aumentar la relación de reflujo, lo que a su vez desperdicia energía del rehervidor e incrementa la carga térmica del condensador con el consiguiente desperdicio de energía. A nivel de diseño se pueden tomar varias acciones para prevenir lo anterior tales como exigir la colocación de empacaduras en las uniones de los elementos del plato, especificar platos de válvulas especiales para altas relaciones de flujos máximos a mínimos turndown, (solamente para servicios limpios, de lo contrario se pueden pegar las válvulas al plato) y finalmente, se pueden soldar los elementos que conforman el plato, sin embargo, esta opción drástica crea serios inconvenientes a la hora de sacar el plato y no permite desprendimiento de platos en servicios con flash de agua. Platos para la eliminación de agua En aplicaciones de refinería en las que el agua forma parte de la alimentación de hidrocarburo, ésta debe retirarse de la torre de modo continuo, lo cual normalmente ocurre con la corriente de tope. Sin embargo, en algunos casos el agua, que se comporta como un componente no ideal, puede condensar y quedar atrapada dentro de la torre pudiendo salir solamente después de formar una fase líquida separada, con lo cual se puede reducir la eficiencia de platos, aumentar la caída de presión de platos, corroer el equipo, dañar los tubos del rehervidor y tener temperaturas anormales en el mismo. Estos problemas son más frecuentes en servicios que manejan hidrocarburos livianos. Se puede calcular si una torre puede desarrollar problemas de retención de agua mediante un balance de agua que se refleja en el siguiente procedimiento: Determine la fracción de agua en la alimentación analizando muestras representativas de la misma. De no ser factible esto, estímese el contenido de humedad de la alimentación mediante una gráfica de solubilidad del agua en hidrocarburos como función de la temperatura, tal como la Figura 22.
  58. 58. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 57 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 22. SOLUBILIDAD DEL AGUA EN HIDROCARBUROS LIVIANOS SUPONIENDO EQUILIBRIO EN AGUA LIBRE. Calcule el flujo de agua que entra con la alimentación multiplicando el flujo de alimentación por el contenido de agua determinado en el paso anterior. Este flujo de agua tiene que poderse retirar por el tope de la columna. Se debe proceder a determinar la capacidad de retiro de agua por el tope de la columna. Esta capacidad es la diferencia entre el agua que la torre puede evaporar en el tope y el agua que regresa al tope con la corriente de reflujo. Para ello se requiere o estimar la temperatura del tope de la columna, la presión de la torre y la temperatura del líquido del tambor acumulador de reflujo.
  59. 59. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 58 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma El máximo flujo de agua que se puede vaporizar en el tope,Wo, es igual a la fracción molar de agua en los vapores de tope multiplicada por el flujo molar total del tope. Este flujo es la suma de la corriente neta de destilado D, y el reflujo R. La fracción molar del agua en los vapores de tope es igual al cociente de la presión de vapor de agua a la temperatura del tope,VPw y la presión total en el tope de la torre, PT. Tienen que usarse presiones absolutas. En fórmulas: Wo = (VPw/PT) (R+D) Ec. (7) El agua que regresa al tope con la corriente de reflujo es el producto del reflujo R y la fracción de agua en esa corriente, Xr. La fracción Xr se determina mediante una gráfica de solubilidad del agua en hidrocarburos como función de la temperatura, tal como la Figura 22 usando como parámetro de entrada la temperatura del tambor acumulador de reflujo. El flujo neto de salida de agua que puede vaporizar la torre es igual a Wo–RXr. Nótese que en general la fracción molar de agua en los vapores de tope es diferente a la correspondiente fracción en la corriente de reflujo que debe retornar luego de separarse en el acumulador la fase acuosa de la fase hidrocarburo. Si el flujo neto calculado en el paso anterior es menor que el flujo de entrada de agua en la alimentación se prevé la formación de agua libre dentro de la torre. En ese caso se recomienda colocar un arreglo de retiro de agua tal como se muestra en la Figura 23. La bandeja de retiro de agua alimenta a un pequeño tambor o bota donde se puede separar el agua de la fase orgánica que retorna a la torre a medida que el agua, más densa, la desplaza. Es común que el control de nivel de la interfase se opere manualmente y que se ajuste manualmente la válvula de la línea de recirculación hasta obtener la mayor cantidad de retiro de agua. Las composiciones de líquido en la torre obtenidas experimentalmente o por simulación son una buena indicación de cual o cuales platos son los más apropiados para colocar la bandeja de retiro de agua.
  60. 60. Fig 23. ELIMINACIÓN DE AGUA ATRAPADA EN UNA TORRE. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 59 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma
  61. 61. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 60 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Rompe vórtices Se recomienda colocar rompe vórtices en el fondo de todos los recipientes, independientemente del nivel de líquido que se estime tener en el mismo. Un diseño sugerido se muestra en la Figura 24. Fig 24. DISEÑO DE ROMPE VÓRTICE. Agujeros de drenaje para control de agua En servicios de hidrocarburos en los que se puede introducir agua accidentalmente o para efecto de pruebas previas al arranque de una unidad de destilación se deben evitar los puntos donde el agua pueda quedar atrapada. A nivel de diseño se puede disminuir el riesgo de accidentes por agua acumulada colocando agujeros de drenaje adecuados en los internos de la torre. El número de drenajes debe ser suficiente para desalojar las cantidades anticipadas de agua, pero no debe ser excesivo, ya que en ese caso se puede reducir la eficiencia del fraccionamiento debido a las fugas internas por los drenajes. Los platos con copas de burbujeo deben ser provistos de drenajes, los otros tipos de plato son autodrenantes y normalmente no lo requieren. Las bandejas de sello, tal como la mostrada en la Figura 25 requieren orificios de drenaje. La bandeja de retiro no requiere orificio de drenaje si la boquilla de salida se coloca a ras del piso de la bandeja. Los orificios de drenaje deben ser lo suficientemente grandes para que no se taponen con suciedad, pero lo suficientemente pequeños para que se minimicen las fugas internas durante la operación normal.
  62. 62. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 61 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Para servicios limpios se sugiere usar un agujero de 1/4 de pulgada (6.35 mm) de diámetro para un máximo 50 pies2 (4.64 m2) de área por drenar. Para servicios más sucios se sugiere usar un agujero de 3/4 de pulgada (19.05 mm) de diámetro para un máximo de 50 pies2 (4.64 m2) de área por drenar. Fig 25. PARA EVITAR ACUMULACIONES PELIGROSAS DE AGUA SE DEBE PERFORAR UN AGUJERO EN EL PANEL DE SELLO. Flexibilidad operacional Para altas relaciones de flujos máximos a mínimos (operaciones a alto turn down) en columnas de destilación con distribuidores, se recomienda colocar distribuidores duales como los mostrados en la Figura 26. De este modo se garantiza una mejor distribución de reflujo en todas las condiciones de alimentación, pues a bajos flujos se opera con el distribuidor pequeño, a flujos moderados con el grande, y a flujos grandes con ambos distribuidores.
  63. 63. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 62 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 26. LOS DISTRIBUIDORES DUALES PERMITEN FLEXIBILIDAD OPERACIONAL. Vertederos ajustables Se pueden colocar vertederos deslizantes de altura ajustable que aumentan la eficiencia debido al mayor contacto vapor líquido que promueven, especialmente a bajas tasas de alimentación. Pueden limitar la capacidad de la torre y llevar a inundación prematura si se aumenta la alimentación, pero se pueden reajustar los vertederos en pocas horas y seguir la operación. La mayoría de los platos trae vertederos ajustables. Bajante perfilado Usar un bajante perfilado, ver Figura 27, en aquellos casos donde el alto flujo de líquido requiere un gran espacio libre en el bajante (c 75mm (3 pulg)) o una caja de entrada de receso si se ha usado un bajante convencional. No se debe usar un vertedero de entrada ni platos de casquetes de burbujeo en distribuidores de reflujo del tope (bajantes simulados) o en caja de entrada de receso. La presencia de estos dispositivos aguas abajo induce turbulencias y anula el propósito de uniformizar el flujo en un borde perfilado. Ver subsección B, D y E.
  64. 64. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO OTROS INTERNOS DE TORRES DE FRACCIONAMIENTO SEP.970 PDVSA MDP–04–CF–08 Página 63 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Si se requiere un bajante perfilado en platos con bajantes inclinados se prefiere el escalonado sobre el diseño inclinado mostrado anteriormente. El uso de un bajante escalonado en tales casos asegura que la parte inferior de un borde perfilado es paralelo a la cubierta del plato. Fig 27. BAJANTES PERFILADOS BAJANTE DERECHO BAJANTE ESCALONADO BAJANTE INCLINADO (PREFERIDO) NO SE PREFIERE Usar un bajante perfilado en aquellos casos donde el alto flujo de líquido requiere un gran espacio libre en el Bajante (c75mm (3Pulg)) o una caja de entrada de receso si se ha usado un bajante convencional. No se debe usar un vertedero de entrada ni platos de casquetes de burbujeo en distribuidores de reflujo del tope (bajantes simulados) o en caja de entrada de receso. La presencia de estos dispositivos aguas abajo induce turbulencias y anula el propósito de uniformizar el flujo en un borde perfilado.

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