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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–12 PLATOS TIPO VALVULA APROBADA NOV.97 NOV.97 NOV.97 Y.G.0 62 L.R. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO ESPECIALISTAS PDVSA
  2. 2. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 1 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Indice 1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ANTECEDENTE 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 APLICACIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 PROCEDIMIENTO DETALLADO DE DISEÑO 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 NOMENCLATURA 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 PROGRAMAS DE COMPUTACION 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  3. 3. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 2 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1 ALCANCE El alcance del presente documento cubre el diseño de proceso de los platos tipo válvula. Normalmente el diseño mecánico detallado y la distribución ó arreglo de las válvulas son manejados por el fabricante del plato. En el Apéndice I ó II (según sistema de unidades usado) se presenta un Formato de Cálculos que muestra, paso a paso, el procedimiento de cálculo detallado para el diseño de un plato tipo válvula. Para el diseño de las partes internas de torres, relacionadas con este tipo de platos, tales como boquillas, cajas de retiro y conexiones con el rehervidor, consulte el documento PDVSA MDP–04–CF–08. Para el diseño de plato para transferencia de calor consulte el documento PDVSA MDP–04–CF–13. 2 REFERENCIAS En la elaboración de este document, las siguientes publicaciones han sido consultadas. MANUALES TÉCNICOS PDVSA 1. PDVSA– DB–201B MANUALES DE DISEÑO PDVSA 1. MDP–04–CF–02 Principios Básicos. 2. MDP–04–CF–04 Modelaje Riguroso/Generación de Balance de Masa y Energía. 3. MDP–04–CF–06 Selección del Tipo de Plato. 4. MDP–04–CF–08 Otros Internos de Torres de Fraccionamiento. 5. MDP–04–CF–10 Platos Tipo Casquete de Burbujeo. 6. MDP–04–CF–11 Platos Tipo Surtidor. 7. MDP–04–CF–13 Transferencia de Calor por Contacto Directo. 8. MDP–04–CF–14 Eficiencia de Platos. Otras Literaturas 1. Ludwig Ernest E. ’’Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants’’. Volume 2. Second. Edition.Gulf Publishing Co.ISBN 0–87201–753–2 (v–2) 2. Kister Henry Z.’’Distillation Design’’. McGraw Hill,inc. ISBN 0–07–034909–6 3. Walas Stanley M.’’Chemical Process Equipment, Selection and Design’’. Butterworth–Heineman. ISBN 0–7506–9385–1 4. PROII Keyword Input Manual. Version 4.1. 1996, by Simulation Sciences Inc.
  4. 4. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 3 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 5. Maxwel J. B. “Data Book on Hydrocarbons”. Robert E. Krieger Publishing Company. 6. Watkins R. N. ’’Petroleum Refinery Distillation’’. Second. Edition. Gulf Publishing Co.ISBN 0–87201–672–2. 3 ANTECEDENTE Las correlaciones desarrolladas para predecir la capacidad de los platos perforados se usaron para estimar las capacidades de los platos tipo válvula, a partir de datos disponibles en el banco de datos de FRI sobre pruebas comerciales y sistemas aire–agua para este tipo de platos. Obteniendose resultados que reproducían en buen grado el comprtamiento del plato, modelandolo mejor que las correlaciones suministradas por los fabricantes de dichos platos. En base a esta experiencia, las ecuaciones mostradas en este documento para estimar la capacidad de los platos tipo válvulas son idénticas a las utilizadas con platos perforados. Adicionalmente, las ecuaciones hidráulicas recomendadas en este documento estan basadas en los procedimientos de diseño del FRI. En el formato de cálculos (presentado en el Apéndice I ó II) se hace uso de estas ecuaciones, referenciandolas a través de su número de identificación asignado en el cuerpo de este documento. 4 DEFINICIONES Definiciones de conceptos tales como goteo, vaciado, arrastre, inundación por chorro, flexibilidad (turndown), etc., se presentan en los documentos PDVSA MDP–04–CF–02 y PDVSA MDP–04–CF–06 Principios Básicos y Selección del Tipo de Platos. 5 APLICACIONES Los platos tipo válvula no son recomendados para servicios sucios, corrosivos, o con formación de coque, tal como una fraccionadora de livianos en craqueo con vapor, fraccionadoras de viscoreducción, etc. Para estos servicios se prefiere platos perforados. Si se prevé una severa formación de coque, se deberían usar placas deflectoras. En la mayoría de las torres, los platos perforados con una flexibilidad de 2/1 ó 3/1 son normalmente adecuados y su uso es altamente recomendado. Si se requiere una mayor flexibilidad, los platos tipo válvula pueden ser especificados. La experiencia ha demostrado que las válvulas se desgastan, por ejemplo en varias unidades de destilación al vacío se ha presentado este problema. Para solventarlo, las torres de destilación al vacío deben ser dotadas con dispositivos para evitar el giro o rotación de las válvulas, y adicionalmente deben ser planas para prevenir, en todas las aplicaciones, el contacto completo de la válvula con la
  5. 5. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 4 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma bandeja ó soporte del plato. En otros servicios, el uso de los platos tipo válvulas es recomendable cuando se qiere obtener una alta flexibilidad. Algunos ejemplos de servicios donde se requiere un amplio rango de flexibilidad son: S Cuando los flujos de vapor cambian considerablemente (y a menudo impredeciblemente) en alguna sección de la torre (ejemplo: Torres de reflujo–propio). S Cuando una torre es utilizada en operación bloqueada a flujos y composiciones de alimentación variable. S Cuando se requiere operar las torres a bajos flujos (menor al 30% del diseño), debido a fluctuaciones en el flujo de alimentación, por el cambio de las demandas debido a las estaciones, demanda de clientes, etc. S Cuando se requiere mantenimiento a equipos auxiliares y la unidad entera se debe operar a bajas cargas. La Figura 4. muestra el efecto del flujo de vapor (expresado como un % de la inundación por chorro) sobre la eficiencia de un plato tipo válvula típico, (Glitsch V–1) comparando su comportamiento con el de un plato perforado. Observandose que el plato tipo válvula mantiene una alta eficiencia sobre un rango mayor de flujo de vapor que el plato perforado. 6 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO El diseño apropiado de un plato tipo válvula da como resultado una configuración de plato que en las condiciones de operación a las que se verá sometido realizará su función de separación con eficiencia razonable, será estable y no presentará comportamientos inadecuados tales como inundación por chorro, soplado, vaciado,capacidad máxima o mala distribución de vapor, todo ello sin incurrir en costos excesivos. El procedimiento de diseño que se presenta en este documento se basa en la aplicación de criterios para definir una configuración tentativa del plato, la cual se somete a pruebas sucesivas que permiten decidir si la configuración ó arreglo seleccionado satisface los criterios de comportamiento previamente mencionados. La aplicación de estos criterios a su vez orientan la modificación del diseño tentativo para lograr un arreglo final satisfactorio. Estas limitaciones de funcionamiento, previamente mencionados, son discutidas en detalle en los documentos PDVSA MDP–04–CF–02 y PDVSA MDP–04–CF–06. Espaciamiento entre Platos La combinación óptima del espaciamiento entre platos y del diámetro de la torre es aquella que minimiza la inversión total de la torre, sujeta a la condición de que
  6. 6. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 5 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma el espaciamiento entre platos sea suficiente para permitir el acceso para mantenimiento. La información de inversiones obtenida de programas comerciales de estimación de costos, puede ser utilizada como una guía para determinar la inversión como una función del diámetro de la torre y del espaciamiento entre platos. Los espaciamientos mínimos entre platos se discuten en la sección “Procedimiento Detallado de Diseño” de este documento, bajo el nombre “Espaciamiento entre Platos, Tamaño y Configuración Preliminar (Paso 2)”, donde se muestran los espaciamientos como una función del diámetro de la torre, tipo de servicio y requerimientos de mantenimiento. Ver también las discusiones sobre el llenado del bajante en ’’Hidráulica del Plato’’ y en la Tabla 1. Diámetro de la Torre Junto con los criterios a ser discutidos posteriormente, en los puntos ’’Dimensionamiento del Bajante’’, ’’Espacio libre en el Bajante’’ y ’’ Sellado del Bajante’’, el diámetro de la torre debe proveer suficiente área de sección transversal para evitar arrastre de acuerdo con las ecuaciones dadas a continuación (el número de las ecuaciones son los utilizados en el formato de cálculo de los Apéndices I y II). Para sistemas de hidrocarburos: Vf ƪ òV òL–òV ƫ 0.5 + F8 KHL Ksm Ec. (3c) Para sistemas acuosos: Vf ƪ òV òL–òV ƫ 0.5 + F9 KHL Ksm Ec. (3d) donde: En unidades métricas En unidades inglesas Vf = Velocidad del vapor basada en el área libre promedio (ver Figura 10. para la definición de área libre). m/s pie/s KHL = Espaciamiento entre platos–Factor de capacidad de flujo de liquido (Figura 1a para la ecuación 3c y (Figura 1b para la ecuación 3d. adim adim Ksm = Tensión superficial – Factor de capacidad para la viscosidad (Figuras 2. y 3.) adim adim rV = Densidad del vapor a las condiciones de operación kg/m3 lb/pie3
  7. 7. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 6 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma rL = Densidad del líquido a condiciones de operación. kg/m3 lb/pie3 F8 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 0.088392 0.29 F9 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 0.06096 0.20 La ecuación (3c) debería ser usada en todos los sistemas de hidrocarburos y en aquellos sistemas cuando la tensión superficial es ≤ 40 mN/m. La ecuación (3d) debería ser usada para sistemas acuosos y cuando la tensiónsuperficial es > 40 mN/m. Estas dos ecuaciones reemplazan la correlación Kpv y K previamente usada. La ecuación (3c) debe ser usada cuando un sistema predominantemente acuoso tiene una tensión superficial ≤ 40 (por ejemplo: el sistema alcohol/agua). A continuación se presenta, para cada ecuación, una lista de sistemas a los cuales dicha ecuación es aplicable. Ecuación (3c) Ecuación (3d) Destiladoras atmosféricas y al vacío. Fraccionadores de unidades de craqueo con vapor, coque y catalítica. Absorbedores y regeneradores de aminas Despojadores de cáustico Despojadores de aguas agrias Todas las torres de hidrocarburos livianos Contactores y regenaradores de ácido sulfúrico Absorbedores de hidrocarburos. Prefraccionadores Absorción de HCl, H2SO4, etc. en agua Despojadores de partículas Separadores de aromáticos. Torres de HYDROFINER, GOFINER y RESIDFINER Absorbedores y regeneradores de Catacarb Sistemas acuosos que contienen alcoholes, cetonas y aldehídos, etc. si la tensión superficial v 40 mN/m Secciones con lavado de agua Adicionalmente, las ecuaciones anteriores deben ser usadas de acuerdo con los porcentajes apropiados de las velocidades de inundación por chorro permitidos según la Tabla 2. Capacidad Máxima La ecuación (2c) del formato de cálculos da la carga de vapor limitante para la capacidad máxima. En caso de excederse esta carga, ocurrirá el fenómeno de soplado y el líquido se dispersará en pequeñas gotas produciéndose su arrastre. Debido a esta atomización del líquido, aumentar el espaciamiento entre los platos no reducirá la cantidad de líquido arrastrado al plato superior. La relación de la carga de vapor de diseño VL a la carga de vapor de máxima capacidad VL(Lim) debe mantenerse por debajo de 90%. Si es necesario, el diámetro de la torre debe incrementarse, aun cuando la ecuaciones (3c o 3d) sobre arrastre haya sido satisfechas. Sin embargo, el diámetro calculado mediante estas ecuaciones (3c
  8. 8. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 7 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma o 3d), normalmente provee suficiente área libre para satisfacer las limitaciones de capacidad máxima. Número de Pasos de Líquido La capacidad de vapor en torres con altos flujos de líquido puede generalmente ser incrementada mediante el uso de platos de pasos múltiples. Estos platos tienen una menor altura de líquido claro, comparados con platos de pasos sencillos, por esta razón, una mayor distancia hacia el plato superior está disponible para la separación del vapor. Debido a que los platos de pasos múltiples son más costosos que los platos de pasos sencillos, éstos sólo pueden ser justificados si se reduce el costo total de la torre. Generalmente, esto significa que se requiere una ganancia de capacidad mínima del 5 al 10% para los platos de pasos múltiples. Sin embargo, cada caso debe ser estudiado por sus propios méritos, ya que el costo total de la torredepende de varios factores, incluyendo altura, diámetro, nivel de presión y de materiales de construcción. El gradiente de líquido en los platos tipo válvula es generalmente despreciable, debido a dos factores. Primero, el plato en sí se encuentra relativamente libre de obstrucciones y por lo tanto ofrece una mínima resistencia al flujo de líquido. Segundo, el líquido que sale del bajante tiene un cabezal por velocidad, el cual en la mayoría de los casos excede el gradiente hidráulico que de otra forma, sería requerido para mover el líquido a lo largo del plato. En platos con cajas de entrada de receso o vertedero de entrada, la mayor parte de este cabezal de velocidad es disipado. Sin embargo, estas son generalmente usadas para garantizar el sello de los bajantes a bajos flujos de líquido, en tal caso la altura del líquido generalmente no es significante. Dimensionamiento del Bajante El área requerida en la entrada del bajante se ajusta por las limitaciones de segregación o separación de la espuma para dar un líquido claro a la salida del bajante sin acumularla en el plato. Si el área es insuficiente, la espuma puede acumularse en el plato y causar inundación prematura. Esta separación es más fácil mientras más difieran las densidades de las fases líquida y vapor, por lo que, a medida que la temperatura del sistema se aproxime a la temperatura crítica, y las densidades de las fases de vapor y líquido se aproximen una a la otra, la segregación del vapor así como la predicción del área requerida para segregación, serán cada vez más difíciles de realizar. Esto es más probable que suceda en sistemas de destilación a altas presiones, por lo que se recomienda en esos casos ser conservadores en la definición de las áreas de bajante. La Fig.6 da la velocidad máxima permitida del líquido a la entrada del bajante, basada en la velocidad terminal de elevación de las burbujas de vapor arrastradas a medida que ellas se liberan en el bajante. La velocidad calculada es una función de las propiedades físicas de los fluidos y por lo tanto varía de un sistema a otro.
  9. 9. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 8 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Los datos de FRI indican que la Fig.6 predice bastante bien la máxima velocidad permisible de entrada al bajante aun para sistemas a alta presión. En consecuencia, ésta puede ser utilizada para todos los sistemas, a excepción de aquellos cuyos valores están dados en la Tabla 2. Sin embargo, mientras no se encuentren disponibles más datos, la velocidad de entrada al bajante debería ser limitada a un máximo de 0.15 m/s (0.5 pie/s). Para sistemas espumantes, deberían usarse velocidades menores (en el orden de 0.06 m/s (0.2 pie/s)). La velocidad a la salida de un bajante inclinado o escalonado no debería exceder dos veces la velocidad de entrada calculada, o 0.18 m/s (0.59 pie/s), cualquiera que sea menor. Para una buena distribución de líquido, la longitud de la salida de un bajante tipo segmento circular debe ser al menos 65% del diámetro de la torre. Esto significa que el área de salida del bajante (que es igual al área de entrada al plato de abajo) debe ser por lo menos 6.8% del área superficial de la torre As. Si el área de entrada al bajante requerida para satisfacer los criterios de velocidad permitida del líquido excede el 12% del área superficial del plato, el fondo de un bajante recto resultaría sobredimensionado, y en ese caso se debería considerar el uso de bajantes inclinados o escalonados. Cuando un bajante tipo segmento circular resulta en mucha más área que la requerida para satisfacer el criterio de velocidad de entrada, se debe considerar un bajante del tipo arco modificado.Ver Fig.9 del documento PDVSA MDP–04–CF–10. Ver otras relaciones geométricas en el documento PDVSA MDP–03–S–03, Tabla 5. Para mas detalles sobre los criterios de diseño para el dimensionamiento del bajante y de la pendiente del mismo ver “Procedimiento Detallado de Diseño”, paso 2, en este documento. Para las relaciones geométricas de cuerdas y círculos, ver el documento PDVSA MDP–04–CF–10. Espacio libre en el Bajante El espacio libre o separación del bajante es la distancia vertical entre el borde del fondo del bajante y la cubierta del plato a donde descarga. Este espacio libre no debería ser más pequeño que 25 mm (1 pulgada) y se basa en una caída de presión de 13 a 38 mm (0.5 a 1.5 pulgadas) de líquido caliente, de acuerdo a la fórmula del vertedero sumergido, Ecuación (5d) del formato de cálculo. En aquellos casos donde se manejen altos flujos de líquido se requerirá el uso de un gran espacio libre en el bajante (por encima de 76 mm (3 pulg)) o una caja de entrada de receso (ver esquema en el documento PDVSA MDP–04–CF–11), ó un borde de bajante perfilado (ver esquema en el documento PDVSA MDP–04–CF–04) puede ser usado en su lugar. Para los bordes de bajantes perfilados, el coeficiente de la ecuación(5d) se reduce de 160 a 53 cuando se usa el sistema métrico y de 0.06 a 0.02 si se usa el sistema
  10. 10. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 9 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma inglés. Sin embargo, este tipo de bajante no debe ser usado cuando una caja de entrada o un vertedero de entrada ha sido especificado. Esto se debe a que la obstrucción presentada por el lado vertical de la caja de entrada de receso o por el vertedero de entrada causaría turbulencia y eliminaría el propósito del borde de bajante perfilado, que es permitir el manejo de altos flujos de liquido. Sellado del Bajante Para impedir que parte del vapor se desvíe del plato subiendo a través del bajante, éste debe sellarse con el líquido del plato inferior, es decir debe tener su extremo de descarga sumergido en el líquido circundante. La condición crítica para este sello ocurre al flujo mínimo de líquido, por lo tanto, se debe verificar que a esta condición, la suma de la altura libre del líquido, hi, a la entrada del plato y la pérdida de cabezal, hud, bajo el bajante sea cuando menos igual al espacio libre del bajante y preferiblemente excederla por 6 mm (0.25 pulgadas) de líquido caliente. Si el cálculo muestra que no se obtiene sello, lo cual es raro en este tipo de platos, se debe considerar, en el siguiente orden de preferencia, incrementar la altura del vertedero de salida, o agregar un vertedero de entrada (ver la Figura 9 de este documento, donde se presenta un esquema) o separar el bajante mediante el uso de una caja de entrada hueca. Reducir el espacio libre del bajante, hasta 25 mm (1 pulg) es otra opción a considerar, sujeto a la condición que el llenado del bajante no se sea excesivo a las condiciones de flujos de diseño. El bajante también debe ser sellado a flujos mínimos, si es posible. Sin embargo, un bajante no sellado a flujos mínimos (menor ó igual a la mitad del flujo de diseño) no representa mayores problemas operacionales y es usualmente aceptado. Las cajas de entrada hueca deberían ser evitadas a flujos de líquido superiores a los 28 dm3/s por metro (8000 gph/pie) de diámetro por paso. A estos altos flujos de líquido, la reversión en la dirección del flujoen el borde del bajante causa una alta acumulación de líquido aguas abajo del bajante. Este alto cabezal de entrada, a su vez, origina un vaciado del plato inferior a trvés de las válvulas de las filas de entrada. Bajo estas condiciones, una mejor solución es la de usar un bajante con borde perfilado, lo cual se discuté a continuación: El uso de un bajante con borde perfilado debe considerars en el caso que el rango de flujos de líquido a manejarse es considerablemente amplio. Este tipo de bajante reduce la pérdida de cabezal en un espacio libre dado, al compararse con la obtenida en un bajante perfilado estándar. Sin embargo, como se menciono previamente, este tipo de bajante no debe usarse en aquellos casos donde se especifique una caja de entrada hueca o un vertedero de entrada. El diseño final es aquel que logra sellar el bajante a flujo mínimo y minimiza el llenado del bajante a los flujos de diseño de vapor y de líquido.
  11. 11. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 10 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Area Abierta y Configuración de las Válvulas A continuación se presentan los lineamientos generales recomendados para evaluar la configuración ó el arreglo de un plato existente ó para diseñar un plato nuevo. Es importante señalar que en el caso del diseño de platos nuevos, generalmente el vendedor se encarga de difinir la configuraciín del plato y de manejar el detalle de diseño. Siendo recomendable indicarle al fabricante la caida de presión máxima permisible en el plato y las cargas mínimas y máximas al plato. Los métodos recomendados para especificar el área abierta o área de las válvulas en un plato son discutidas en este documento, en la seción “Procedimiento Detallado de Diseño, Paso 4, Revisión de las Limitaciones de Proceso”. En general, los platos con baja área abierta presentan una mayor caída de presión, una eficiencia un poco más alta y una mayor flexibilidad. Una buena aproximación preliminar del área abierta sería 12% Ao/Ab. Si la caída de presión es crítica, inserciones especiales de baja Presión en los orificios pueden ser requeridas. Si el llenado del bajante es excesivo, el espaciamiento entre platos debe ser incrementado en lugar de utilizar un plato de mayor área abierta. Pero si el problema no se resuelve de esta manera, se recomienda usar un área abierta mayor, hasta del 15%; aunque se reduciría la flexibilidad del plato. El fabricante del plato tipo válvula debe ser informado que se requiere la revision del arreglo final del plato, con el propósito de verificar si el arratre ha sido minimizado. Los criterios sobre arrastre Glitsch’s son discutidos en este documento, en la seción “Procedimiento Detallado de Diseño, Paso 4, Area Abierta y Configuración”. El área de desperdicio está definida como el área no perforada que está localizada a 76 mm (3 pulg) o más del borde de la válvula más cerca. Normalmente, no existe área de desperdicio en los platos tipo válvula, a menos que una cantidad muy pequeña de área abierta sea requerida, y parte del plato se deje sin perforar. Hidráulica del Plato La caída de presión final en el plato seco generalmente se encuentra dentro del rango de 25 a 100 mm (1 a 4 pulg) de líquido caliente. El efecto de un incremento de la caída de presión en el plato seco (reducción del área abierta) en la hidráulica del plato y en el llenado del bajante pueden ser calculados según el punto 5f del formato de cálculo. El llenado del bajante, expresado como un porcentaje del espaciamiento entre platos, es función de la presión de la torre y no debe exceder los valores recomendados en la Figura 7. Adicionalmente, en la Tabla 2 se presentan los criterios aplicables al llenado de los bajantes para torres de sistemas acuosos. Si el llenado del bajante excede esos valores, deberá incrementarse el espaciamiento entre platos y/o el diámetro de la torre, para cumplir con ese requerimiento.
  12. 12. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 11 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Si se usan platos de dos pasos, se deben colocar placas deflectoras sobre los bajantes internos, si el flujo de líquido excede 10 dm3/s (3000gph/pie) por metro de diámetro por paso. Este criterio se aplica para evitar que el líquido salte a lo largo del bajante, originandose una inundación prematura (ver documento PDVSA DP–04–CF–08). Eficiencia del Plato Cuando fuese posible se debe utilizar la experiencia pasada como una guía para determinar la eficiencia del plato. En ausencia de datos, se recomienda asumir que un plato de este tipo, diseñado de acuerdo al procedimiento descrito en este documento, tendrá la misma eficiencia de un plato perforado, con 8% Ao/Ab y orificios de 13 mm (1/2 pulg). La eficiencia de los platos perforados puede calcularse siguiendo el procedimiento en el documento PDVSA MDP–04–CF–09. Para cálculos globales de eficiencia de Platos ver documento PDVSA MDP–04–CF–14. Transferencia de Calor El documento PDVSA MDP–04–CF–13 define el procedimiento para calcular el coeficiente de transferencia de calor para los platos tipo válvula Estudios para Eliminar “Cuellos de Botella” En los estudios para eliminar cuellos de botella, la capacidad máxima útil de la torre debe ser conocida. Para estimar esta capacidad se requiere disponer de información precisa sobre la capacidad del plato y el comportamiento de la eficiencia. Si la información requerida no esta disponible, es necesario estimarlas mediante el uso de técnicas generalizadas como el procedimiento de cálculo que se decribe a continuación. 7 PROCEDIMIENTO DETALLADO DE DISEÑO El procedimiento paso a paso para el diseño de un plato tipo válvula se muestra en los Apéndices I y II “Formato de cálculo de Platos tipo Válvula”. Básicamente, el procedimiento consiste en asumir un diseño tentativo con la ayuda de los principios antes mencionados, evaluarlo contra las diferentes limitaciones operacionales potenciales y luego modificarlo como sea requerido para alcanzar un diseño óptimo del platoo. La decisión de cómo modificar el diseño tentativo (cambio de diámetro, espaciamiento, arreglo, etc.) requerirá juicio y aplicación de las consideraciones básicas de diseño discutidas previamente. El número del paso de cálculo y de las ecuaciones referidas a continuación son las descritas en el formato de cálculo. Cargas de Vapor y Líquido (Paso 1) Se define como carga de vapor al flujo de vapor que entra al plato y como carga de líquido al flujo de líquido que sale del plato.
  13. 13. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 12 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Esta información es calculada normalmente como parte del balance de masa y energía de la torre. Si las cargas de líquido y vapor mínimas no han sido especificadas, se asume 30% del valor de diseño. En el diseño de sistemas de hidrocarburos pesados/despojadores con vapor (por ejemplo, corrientes laterales y fondo de destiladoras) la hidráulica del plato normalmente se evalua asumiendo un flujo de vapor para el plato superior igual al flujo de vapor de despojamiento más 60% molar (para despojadores de 4 platos) del total de los vapores de hidrocarburos despojados.Una vez que el plato superior es diseñado, los platos inferiores pueden necesitar modificaciones debido a la reducción del flujo de vapor. El diseño óptimo de los platos para estos despojadores está descrito en el documento PDVSA MDP–04–CF–14. Espaciamiento entre Platos, Tamaño y Configuración Preliminar (Paso 2) Areas del Bajante – La velocidad del líquido libre de vapor entrando al bajante debe estar limirada a aquella calculada con la Figura 6 ó Tabla 2. La Figura 6 puede ser utilizada para todos los sistemas con la excepción de los sistemas cuyos valores están dados en la Tabla 2. Cuando se usa la Figura 6 no se debe exceder una velocidad de 0.15 m/s (0.5 pie/s) a la entrada del bajante. Para sistemas conocidos con formación de espuma, una velocidad muy baja de entrada al bajante debe ser usada (0.06m/s (0.2 pie/s) aproximadamente), no existiendo un límite inferior para la velocidad permitida de entrada al bajante. Sin embargo, si debido al largo tiempo de residencia se acelerará la deposición o ensuciamiento, se debe considerar el uso de bajantes segmentados o el uso de material moldeable, deflectores, etc. para así reducir el volumen del bajante. Para los platos diseñados por el fabricante con vertederos de salida que pueden doblarse hacia atrás, el área no perforada entre el vertedero y el bajante debe considerarse como área adicional de separación para los cálculos de velocidad de entrada al bajante. La velocidad del líquido libre de vapor saliendo del bajante no deberá exceder a dos veces la velocidad de entrada obtenida con la Figura 6 , ó 0.18 m/s (0.6 pie/s), cualquiera sea la menor. Para garantizar una buena distribución del líquido hacia el plato inferior, el área de salida del bajante debe ser al menos 0.068 As; locual garantiza que la longitud de la cuerda es al menos 65% del diámetro de la torre para bajantes tipo cordal. Si el diámetro de la torre excede 1820 mm (6 pie) y el flujo de líquido requiere un área del bajante igual a 0.068 As, considere el uso de bajantes segmentados (ver documento PDVSA MDP–04–CF–10 para el dimensionamiento de bajantes segmentados). Si un bajante segmentado es usado, este debe tener un ancho mínimo de 152 mm (6 pulg) en la parte más angosta.
  14. 14. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 13 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Con estos datos se puede calcular el área del bajante a ser usada durante el primer tanteo, sin embargo, las consideraciones del diámetro de la torre pueden requerir que el área del bajante sea incrementada. Espaciamiento de los Platos – Un bajo espaciamiento entre platos (entre 457 y 609 mm (18 y 24 pulgadas)) a menudo es más económico. Para el primer ensayo se puede utilizar un espaciamiento de 457 mm (18 pulgadas) o un valor tomado de la tabla que se muestra abajo (el que sea más grande). Los valores dados a continuación son los mínimos, para la mayoría de las aplicaciones, determinados por consideraciones de mantenimiento y espesor de la viga de soporte. En casos especiales, se pueden utilizar espaciamientos menores (especialmente si el número de platos requeridos pueden ser construidos en una carcasa en lugar de dos); sin embargo, ello dificulta el mantenimiento y requiere el uso de un pasahombre de más en el plato por paso. Por otro lado, los requerimientos de llenado del bajante pueden requerir el uso de un espaciamiento entre platos mayor que el mínimo requerido. Espaciamiento hasta 910 mm (36 pulg) puede ser usado para permitir una mayor velocidad superficial del vapor.
  15. 15. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 14 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Mínimo Espaciamiento entre Platos, mm (pulg)*** Diámetro de la Torre mm (pie) Servicio Limpio Servicio Sucio 1 paso 2 ó más pasos v 1520 (5 ó menos) 304 (12)* 457 (18)* – > 1670 v 2300 (5 1/2 a 7 1/2) 304 (12)* 530 (21)* 457 (18)* > 2430 v 3050 (8 a 10) 380 (15)* 609 (24) 530 (21)* > 3200 v 6000 (10 1/2 a 19 1/2) 457 (18)* 680 (27) 609 (24) > 6090 ** (20 y más) 530 (21)* 760 (30) 680 (27) * Sin pasa–hombres entre platos. El mínimo espaciamiento entre platos con pasa–hombre (manhead) presente es 609 mm (24 pulgadas) ó 152 mm (6 pulg), más que el diámetro del pasa–hombres, cualesquiera sea el mayor. ** Para torres de diámetro mayor de 6000 mm (30 pies) se deben utilizar armaduras del tipo rejilla para facilitar el mantenimiento y una buena distribución de vapor (Ver documento PDVSA MDP–04–CF–08 donde se muestra un dibujo de una armadura enrejada). *** Para convertir de mm a pulg., divida entre 25.4. Diámetro de la Torre – El diámetro preliminar de la torre, Dt, es calculado con la ecuación (2a). Este valor, posiblemente requiera ajustes hacia arriba o hacia abajo, cuando se evalue el diametro de la torre contra las limitaciones potenciales operación. La ecuación (2a) es una ecuación simplificada para el cálculo de la capacidad de los platos tipo válvula, la cual fue desarrollada a partir de datos proporcionados por FRI y por datos comerciales sobre platos tipo válvulas y platos perforados. Tamaño Preliminar del Plato – El área superficial preliminar, As, es calculada a partir del diámetro preliminar Dt. En este punto Adi y Ado (Paso 2) deben ser evaluadas para asegurar que Ado ≥ 0.068As. Si Adi > 0.12As para Platos de paso simple ó si Adi > 0.10As para platos de 2 pasos, considere el uso de un bajante inclinado o escalonado. Si la suma de Adi + Ado excede 60% de As, el diámetro de la torre debe ser incrementado, en cuyo caso KHL, Af y Dt deben ser corregidos, ya que . KHL es función del flujo de líquido por metro de longitud del vertedero de salida y cambiará si el diámetro varía. Adicionalmente, para bajantes segmentados, use la longitud proyectada del vertedero y no la longitud total del vertedero. Número de Pasos de Líquido – El número de pasos debe ser seleccionado de acuerdo con los criterios dados en la Tabla 1. Si el cambio en el diametro final de la torre, Dt, no es considerable, respecto al diametro calculado preliminalmente, es probable que el número de pasos calculados en este punto se mantenga
  16. 16. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 15 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Vertederos – Los criterios para la selección de la altura del vertedero y el espacio libre en el bajante están dados en la Tabla 1. La altura de líquido claro, hc, en el plato debe ser evaluada a los flujos máximos de líquido, para asegurar el sello del bajante (Ver discusión previa sobre el sellado del bajante). Si no se puede lograr el sello, considere la posibilidad de utilizar una mayor altura del vertedero de salida, una caja de entrada hueca, un menor espacio libre del bajante, ó un bajante con borde perfilado. Para las relaciones geométricas del plato, ver documento PDVSA MDP–04–CF–10 y las Figuras 9 y 10. de este documento. Espaciamiento entre Platos, Tamaño y Configuración Final (Paso 3) Diámetro de la Torre – Para evaluar el diseño preliminar, definido en el paso 2, contra las limitaciones de inundación por chorro, las diferentes areas de la torre deben ser calculadas a partir de ese diseño preliminar (ver paso 3a en el formato de cálculo Capacidad máxima.– El factor de la carga de vapor correspondiente a la capacidad máxima es calculada con la ecuación (2c). La relación entre los flujos de vapor de diseño y la capacidad máxima deben mantenerse por debajo del 90%. Inundación por chorro.– El factor de la carga de vapor para la inundación por chorro es calculado con las ecuaciones (3c) o (3d). La relación entre el factor de la carga de vapor de diseño y el factor de inundación por chorro no debe exceder los porcentajes recomendados en la Tabla 2. Para sistemas no incluidos en la Tabla 2, el fabricante debe ser consultado para obtener el valor adecuado. Probabilidad de una operación exitosa.– La correlación de capacidad dada en este documento es la más precisa actualmente disponible para platos tipo válvula, para sistema de hidrocarburos y no–hidrocarburos. Es más precisa y menos conservadora que las correlaciones suministradas por fabricantes de platos tipo válvula. Sin embargo, esta correlación debe ser usada con precaución, porque no considera ningún factor de seguridad. A manera de ilustración, a medida que el porcentaje de inundación por chorro predicho aumente desde 85 a 90 a 100 a 110%, el porcentaje de los casos en que la torre operará bien varía desde 96 a 91 a 57 a 15%, respectivamente. Adicionalmente, estas probabilidades están basadas en la suposición que el llenado del bajante y la velocidad de entrada al bajante son iguales ó menores que los límites permitidos. Si éste no es el caso, consulte al fabricante. Es importante mantener los lineamientos y recomendaciones dadas en la Tabla 2 para el porcentaje de inundación por chorro predicho para usarse en un servicio dado. Platos con Colectores de Retiro – Un colector de retiro generalmente crea una gran área de desperdicio (Aw) en el plato. Esta área debe ser tomada en consideración para el cálculo del área de burbujeo (Ab) y del área libre (Af)
  17. 17. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 16 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma promedio. La siguiente figura muestra cómo determinar Ab para un plato con un colector de retiro y Af para un plato debajo del colector de retiro. Debido a que el área libre es reducida, el espaciamiento entre plato debajo del colector de retiro puede ser incrementado para favorecer la capacidad. Ab Af S S/2 Revisión de las Limitaciones del Proceso (Paso 4) Area Abierta y Configuración – Puesto que el plato tipo válvula es undispositivo de área abierta variable, no es necesario evaluar el diseño final para verificar si hay goteo. Sin embargo, los platos tipo válvula pequeña pueden gotear y su ocurrencia es una función de la fracción del número total de válvulas, las cuales permanecen abiertas bajo las condiciones de flexibilidad operacional (turndown). Esta condición se discute en el siguiente punto. El fabricante de los platos tipo válvula se le debe solicitar evaluar el diseño final del plato para verificar si hay goteo (Glitsch usa el criterio de que el goteo ocurre cuando la caída de presión en el plato seco,en pulgadas de líquido caliente, excede el 20% del espaciamiento entre platos). Area Abierta y Requerimientos de Flexibilidad Operacional Hay dos métodos para especificar del área abierta de los platos tipo válvula: (1) definir el área abierta real o el número de válvulas deseadas con base en los cálculos de caída de presión efectuados por el diseñador; ó (2) especificar la caída
  18. 18. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 17 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma de presión máxima en el plato seco requerida para satisfacer los requerimientos de flexibilidad operacional e indicar al fabricante, en una tabla, las cargas máximas y mínimas de los platos. Para los diseños nuevos, se prefiere la segunda alternativa, ya que el diseñador no conoce qué tipo de válvula será usada hasta que la licitación del equipo sea terminado. Mediante la especificación de la caída de presión máxima del plato seco, el diseñador puede completar los cálculos de caída depresión y llenado del bajante y de esta forma determinar el espaciamiento entre platos a ser usados. La caída de presión máxima especificada en el plato seco, varía desde, aproximadamente, 25 hasta 100 mm (1 hasta 4 pulg) de líquido caliente y debe ser determinada por la flexibilidad operacional de vapor requerida. Los fabricantes han indicado que los platos tipo válvula trabajan bien (sin fugas, ni goteo) únicamente cuando una fracción mínima de válvulas están abiertas (f = fracción del total de válvulas abiertas). Los siguientes valores son los mínimos valores de f recomendados para evitar el goteo a las condiciones de flexibilidad operacional. Platos de 1 paso f = 0.35 Platos de 2 pasos f = 0.50 Platos de 3 y 4 pasos f = 0.70 La siguiente ecuación determina el valor de f para las válvulas Koch o Glitsch. f(1) + K2 K1 ) ƪ1,35 tm òm V2 0 (min) òv ƫǸ donde: En unidades métricas En unidades inglesas V0 (min) = ǒdm3ńsǓ min 103 total Ao, m2 ǒpie3ńsǓ min 103 total Ao, pie2 (1) = K1, K2, m a partir de la Tabla 3 tm = Espesor de la válvula mm (pulg.) Esta ecuación fue derivada mediante la igualación de las ecuaciones de la caída de presión en el plato seco parcialmente abierto para el número total de válvulas (total Ao) y la caída de presión en el plato seco totalmente abierto para una fracción de válvulas (f). De esta ecuación podemos determinar la flexibilidad operacional para un plato tipo válvula, dada la caída de presión en el plato seco a flujos máximos cuando las válvulas están totalmente abiertas (DPfo) y la fracción deseada de las válvulas abiertas a flujos mínimos (f).
  19. 19. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 18 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma t + Flexibilidad operacional + VL(máx) VL(min) + DPfo òL ǒ1–f2 K1 K2 Ǔ 1, 35 f2 tm òm Ǹ Por lo tanto, la siguiente ecuación puede ser utilizada para determinar la máxima caída de presión en el plato seco a ser especificada para un plato tipo válvula, si la flexibilidad operacional es conocida. DPfo + 1, 35 t2 f2 tm òm òL ǒ1–f2 K1 K2 Ǔ Observe que todas las ecuaciones presentadas anteriormente fueron derivadas para válvulas GLITSCH y KOCH únicamente. Sin embargo, ellas pueden ser usadas en diseños nuevos para determinar una caída de presión máxima razonable en el plato seco, y así especificar la flexibilidad operacional requerida. Para ello se asume el espesor de las válvulas, densidad del metal de las válvulas y el espesor de la plataforma del plato. De la Figura 5 se puede estimar una caída de presión máxima razonable en el plato seco, para un plato tipo válvula típico como una función de la flexibilidad operacional. Observe que si la flexibilidad operacional deseada no puede obtenerse con platos tipo válvula estándares, los fabricantes pueden diseñar platos con válvulas especiales (por ejemplo, dos etapas de apertura (GLITSCH A–1) ó arreglos especiales de válvulas (ejemplo: variando el peso de las válvulas) para lograr una mayor flexibilidad operacional. Debido a que los fabricantes de los platos tipo válvula tienen estascapacidades de diseño, se sugiere, una vez más, que únicamente debe especificarse: (1) Una máxima caída de presión razonable en el plato seco, (2) las cargas al plato y (3) indicar, mediante una nota, que las pulsaciones de las válvulas deben ser minimizadas a baja capacidad. Esta información da al fabricante suficiente flexibilidad en el diseño del mejor arreglo de las válvulas para los requerimientos definidos para los platos. Si la flexibilidad operacional requerida es muy grande (cerca de 10 a 1), válvulas con dos etapas de apertura, más costosas (tales como la GLITSCH A–1), deben ser especificadas. Cuando se suministre las cargas máximas y mínimas al fabricante de los platos tipo válvula, la torre debería ser dividida en secciones en el cual la flexibilidad del vapor en cada sección no sea preferiblemente mayor de 3 ó 4 a 1.
  20. 20. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 19 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Además, con el objetivo de asegurar la vida máxima de las válvulas, en todas las especificaciones de platos tipo válvula debe incluirse una nota que diga que: “el arreglo de los platos tipo válvula debe ser diseñado de tal forma que se evite las pulsaciones de las válvulas cuando se opere a cargas mínimas de vapor”. El fabricante puede lograr esta condición mediante sellado, abriendo menos agujeros, usando válvulas de varios pesos o cambiando el arreglo de los agujeros. cálculo del Area Abierta dadas las Dimensiones del Plato tipo válvula Para válvulas redondas típicas (GLITSH, HYDRONYL, KOCH, etc.), el díametro del orificio es de aproximadamente 39 mm (1.53 pulg). El área abierta en metros cuadrados puede ser determinada por la siguiente ecuación: Ao, m2 (pie) + Número de válvula F10 Para válvulas NUTTER (Rectangulares), el cálculo del área abierta es más difícil. NUTTER hace dos tipos de válvula: (1) una válvula completa,llamada BDP, la cual tiene aproximadamente 127 mm (5 pulg) de largo y (2)una media válvula, llamada BDH, la cual tiene aproximadamente 64 mm (2 1/2pulg) de largo. El área abierta de un plato tipo válvula NUTTER es calculado con la siguiente ecuación: Ao, m2 (pie) + (Número de válvulas) (Altura neta de la pata de la válvula) (Kn) F11 donde: En unidades métricas En unidades inglesas Kn = Para válvulas BDP 245 mm 9,66 pulg Kn = Para válvulas BDH 116 mm 4,575 pulg F10 = Factor cuyo valor depende de la unidades usadas 845 78.5 F11 = Factor cuyo valor depende de la unidades usadas 10.76 144 Altura neta de la pata de la válvula (net leg lift)= altura total de la pata de la válvula (gross leg lift) – espesor de la bandeja del plato
  21. 21. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 20 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma La altura total de la pata de la válvula (gross leg lift) es generalmente definida por un número que sigue el tipo de válvula. Por ejemplo: Número de identificación Altura total de la pata de la válvula mm (pulg.)* 313 7,94 (0.3125) 375 9,52 (0.3750) 438 11,11 (0.4375) * Para convertir de mm a pulg divida entre 25.4 Hidráulica del Plato y Llenado del Bajante (Paso 5) Esta parte del formato de cálculo permite calcular los diferentes componentes de la caída de presión y el llenado del bajante. Los valores recomendados para el llenado de los bajantes expresados como una función del porcentaje del espaciamiento de los platos, para servicios específicos está dada en la Tabla 2. Para todos los otros servicios utilice los valores obtenidos de la Figura 7. Eficiencia de los Platos (Paso 6) La eficiencia de los platos debe ser calculada por el procedimiento dado en el documento PDVSA MDP–04–CF–14, suponiendo un diámetro del orificio de 13 mm (1/2pulg) y una relación Ao/Ab de 8%, sin importar el verdadero valor de Ao/Ab para el plato. El número de platos reales requerido y el número de platos teóricos se cálcula a partir de este valor de eficiencia. Información Requerida por el Fabricante de Platos tipo válvula Una especificación típica de diseño para un plato tipo válvula debe incluir la especificación de la geometría de todo el plato (altura de los vertederos espacio libre del bajante, altura del bajante, etc), pero no requiere información sobre el tipo y el número de válvulas a ser usadas en el plato. En su lugar, se debe suministrar una tabla con los valores de las cargas máximas y mínimas de líquido y vapor al plato con sus densidades para las diferentes secciones de la torre. Adicionalmente debe incluir las siguientes notas con los dibujos del plato: Notas de los dibujos: 1. El número de válvulas en un plato dado en cada sección de la torre debería ser diseñado de tal forma que la caída de presión en el plato seco a carga máxima de vapor esté cerca pero no exceda los valores siguientes en mm (pulg) de líquido caliente. Número de Platos Máxima caída de presión en el plato seco (lista) (lista)
  22. 22. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 21 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 2. El arreglo de las válvulas debería ser diseñado para evitar pulsación de las válvulas a cargas mínimas de vapor en cada sección. Esto es para asegurar la vida máxima de las válvulas. Para todas las especificaciones de los platos tipo válvula, sea o no el área de la válvula especificada, las siguientes notas deben ser incluidas: 3. Todos los dibujos de los platos tipo válvula deben ser sometidos a la revisión del propietario, antes que la aprobación para construcción sea otorgada. 4. Las válvulas deben ser construídas sin orificios a menos que se especifique otra cosa. 5. El diseño mecánico de los platos y la selección del material debe estar de acuerdo con con los manuales técnicos de PDVSA.. 6. El fabricante debe evaluar el arreglo para verificar las limitaciones del “arrastre”. Otros tipos de Platos tipo válvula Algunos fabricantes hacen platos cuyos orificios aparentan ser válvulas, pero se mantienen fijas en posición totalmente abiertas (ejemplo,GLITSCH V–0, NUTTER V–GRID). La flexibilidad operacional de estos dispositivos es generalmente mejor que la de los platos perforados, pero no tan buenos como la de los de los platos tipo válvula; pero si menos costosos También éstos son generalmente menos costosos que los platos tipo válvula. Pruebas en los platos tipo NUTTER V–GRID están documentadas en un reporte de R&D (EE.22E.73). “KOCH” fabrica platos tipo válvulas, conocidos como, “Flexi–perf”, el cual consiste de válvulas y cubiertas de orificios perforados. La flexibilidad operacional de este plato se encuentra entre el plato perforado y el plato tipo válvula y es menos costoso que el plato tipo válvula. Hay otros fabricantes que hacen platos con válvulas propias (como Wyatt, Metawa). En general, las ecuaciones presentadas en el formato de cálculos de este documento pueden ser usadas para diseñar cualquier plato tipo válvula, aun cuando el método para el cálculo de la caída de presión en el plato seco (y por lo tanto la presión total en el plato y el llenado del bajante) difiera plato a plato. Los fabricantes de platos pueden ser contactados para mayor información en relación al diseño y uso de platos tipo válvula no cubiertos en este documento.
  23. 23. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 22 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Platos en Cartuchos Para torres de diámetros pequeños ( 760 mm (2.5 pie) de diámetro) es más conveniente tener juegos de platos prefabricados de tal forma que ellos puedan ser insertados en una carcasa de la torre. Esto elimina la necesidad de soldar anillos de soportes en un área pequeña y facilita el mantenimiento. Varios fabricantes ofrecen estos platos prefabricados en cartuchos, pero nuestra experiencia muestra que los platos “NUTTER CARTRIDGE” son superiores a los platos de la competencia. Esto se debe a que este tipo de plato usa un tipo de metal para sellar los anillos que resulta en un mejor sellado de la circunferencia que los otros dispositivos en el mercado. Los platos estándares del tipo NUTTER CARTRIDGE se encuentran disponibles en el mercado para torres de diámetro interno que van desde 304 hasta775 mm (12 hasta 30.5 pulg). El panel del plato puede ser equipado con válvulas BDH de NUTTER, NUTTER V–GRID, u orificios perforados. La Tabla 4 suministra información para cada paquete de plato estándar tipo “NUTTER CARTRIDGE”. Note que el diseñador tiene la opción de especificar cualquier altura del vertedero, espacio libre del bajante y el espaciamiento entre platos queel desee. El también puede especificar el número de válvulas BDH o V–GRIDpor plato, mientras que éstas sean menor que el número máximo especificado en la Tabla 4. Los programas de simulación comerciales disponibles en el mercado no pueden ser utilizados directamente para diseñar este tipo de platos en cartuchos, ya que estos tienen un area de desperdicio y bajantes no convencionales. En estos casos es mejor consultar a los fabricantes de platos al respecto. El área de burbujeo, área del bajante y longitud del vertedero (la cual es también la longitud en el bajante excepto para diseños de dos bajantes inclinados) listados en la Tabla 4 pueden ser usados, solamente, para propósitos de cálculo de diseño. El área libre es igual al área de burbujeo más el área del bajante (usar el área promedio del bajante en el diseño de bajantes inclinados).
  24. 24. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 23 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 8 NOMENCLATURA A = Area , m2 (pie2) Ab = Area de burbujeo, m2 (pie2) (ver Figura 9.) Adi = Area de entrada al bajante, m2 (pie2) Ado = Area de salida del bajante, m2 (pie2) Af = Area libre promedio de la torre, m2 (pie2) (área superficial menos el promedio aritmético de las áreas de entrada y salida del bajante(s) arriba del plato menos el área de desperdicio); para platos de pasos múltiples, utilice el valor más pequeño de Af (ver Figura 10.). Para platos debajo de la caja de retiro, ver “Procedimiento Detallado de Diseño, Paso 3, Platos con Colectores de Retiro” Ao = Area abierta, m2 (pie2) As = Area (total) superficial de la torre (total), m2 (pie2) Aw = Area de desperdicio, m2 (pie2) (normalmente, cero para estos platos). c = Espacio entre el plato y el bajante de entrada al plato, mm (pulg) D = Diámetro, mm (pie) Dt = Diámetro preliminar, mm (pie) Eo = Eficiencia global porcentaje, % Fi = Factor que depende de las unidades usadas (ver tabla al final) f = Fracción de las válvulas abiertas a condiciones de flexibilidad operacional G = Flujo másico del vapor, kg/s (lb/s) H = Espaciamiento entre platos, mm (pie) hc = Altura del líquido claro en el plato, mm (pulg) de líquido caliente hd = Llenado del bajante, mm (pulg) de líquido caliente hed = Caída de presión efectiva en plato seco, mm (pulg) de líquido caliente hi = Cabezal de entrada al plato, mm (pulg) de líquido caliente ht = Caída de presión total en el plato, mm (pulg) de líquido caliente hud = Caída de presión en el bajante, mm (pulg) de líquido caliente hwi = Altura del vertedero de entrada, mm (pulg) hwo = Altura del vertedero de salida, mm (pulg) KHL = Espaciamiento entre platos – factor de capacidad de flujo de líquido, adimensional (ver Figura 1.) Kn = Constante para el cálculo de área abierta para válvulas rectangulares NUTTER Ksm = Tensión superficial – factor de capacidad de flujo de líquido, adimensional (ver Figura 3.) K1 = Coeficiente para DPpo (ver Tabla 3) K2 = Coeficiente para DPfo (ver Tabla 3) L = Flujo másico de líquido, kg/s (lb/s) LL = Flujo de líquido, (pie3/s) a las condiciones de operación (Sistema Inglés) LL(min) = Flujo mínimo de líquido, pie3/s a condiciones de operación (Sistema inglés)
  25. 25. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 24 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma lfp = Longitud de la trayectoria del flujo (distancia entre los bajantes de entrada y salida, mm (pie) (ver Figura 9.) li = Longitud del vertedero de entrada, mm (pulg) (ver Figura 9.) lo = Longitud del vertedero de salida , mm (pulg) (ver Figura 9.) lud = Longitud del borde del fondo del bajante, mm (pulg) (ver Figura 9.) Np = Número de pasos de líquido DPfo = Caída de presión en el plato seco, con las válvulas completamente abiertas, mm (pulg) de líquido caliente DPpo = Caída de presión en el plato seco, con las válvulas parcialmente abiertas, mm (pulg) de líquido caliente QL = Flujo de líquido dm3/s (pie3/s) a condiciones de operación QL(min) = Flujo mínimo de líquido dm3/s (pie3/s) a condiciones de operación S = Distancia entre el fondo de la bandeja de retiro y el plato inferior. Ver “Procedimiento Detallado de Diseño”, Paso 3, “Platos con Colectores de Retiro” t = Relación de flexibilidad operacional = V L (máx)/VL (min0 tm = Espesor del metal de la válvula, mm (pulg) (ver Tabla 3) Vdi = Velocidad permitida del líquido claro en la entrada del bajante, m/s (pie/s) Vf = Velocidad del vapor, basado en el área libre promedio de la torre m/s (pie/s) Va = Velocidad permitida del vapor basada en el área superficial de la torre, m/s (pie/s) VL(Lim) = Carga de vapor de diseño + dm3 s ǒpie3 s Ǔ òV òL * òV Ǹ VL(Lim) = Capacidad máxima de vapor dependiente de las propiedades del sistema, dm3/s (pie3/s) Vo = Velocidad del vapor a través del área abierta, m/s (pie/s) VL(Min) = Velocidad del vapor a través del área total abierta a cargas mínimas de vapor m/s (pie/s) mL = Viscosidad del líquido a condiciones de operación, mPa. s (cp) ρL = Densidad del líquido a condiciones de operación, kg/m3 (lb/pie3) ρm = Densidad del metal de la válvula, kg/m3 (lb/pie3) (ver Tabla 3) ρv = Densidad del vapor a condiciones de operación, kg/m3 (lb/pie3) sL = Tensión superficial del líquido a condiciones de operación mN/m sstd = Tensión superficial estándar del líquido, nM/m (ver Figura 2.) g = 10 ǒ1,68* 0,244 ǒmL Ǔ0,55Ǔ
  26. 26. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 25 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma En unidades métricas En unidades inglesas F2 = (Fig. 8.) 25,4 1,0 F8 = (Ec. 3c) 0,088392 0,29 F9 = (Ec. 3d) 0,06096 0,20 F10 845 78,5 F11 10,76 144 9 PROGRAMAS DE COMPUTACION En PDVSA se encuentran disponibles simuladores de proceso, tales como PROII de la empresa Simulation Sciences Inc. and Hysim de la empresa Hyprotech, que permiten un diseño preliminar de platos tipo válvulas. El simulador PROII en su sección de hidráulica de columnas cuenta con una opción de dimensionamiento y evaluación de platos tipo válvulas que puede utilizarse para predimensionar dichos platos. Fabricantes como “KOCH”, GLISHT, SULZER, NUTTER etc.suministran programas que permiten el calculo preliminar del plato.
  27. 27. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 26 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 1. PRINCIPIOS DE DISEÑO DE PLATOS TIPO VALVULA Características de Diseño Valores Sugeridos Rango Permitido Comentarios Calidad de los Datos Respaldo 1. Tamaño de las Válvulas y Configuración El área abierta no necesita ser especificada por el diseñador. En su lugar; una tabla con las cargas y la caída de presión máxima permitida en el plato seco puede ser Buena a. Relación del área abierta a área de burbujeo, Ao/Ab, porcentaje 8 a 12 5 a 15 especificada y el fabricante del plato seleccionará el número y el tipo de válvula requerida (Ver discusión en la caída de presión en el plato seco). En general, una menor área abierta da una mayor caída de presión, una eficiencia un poco mejor y una mayor flexibilidad. b. Caída de presión en el plato seco, hed, mm (pulg) de líquido caliente 75 mm (3 pulg) 25 a 100 mm (1 a 4 pulg) Como fue discutido en el texto, la caída de presión máxima requerida en el plato seco es una función del rango de flexibilidad operacional. La Figura 5. puede ser usada para obtener un valor aproximado para especificar válvulas típicas, aun cuando un rango de flexibilidad operacional puede ser alcanzado con una menor caída de presión en el plato seco, si válvulas o arreglos especiales son usados por los fabricantes. Regular c. Tamaño de la válvula y arreglo Dado por el fabricante d. Distribución de las válvulas El área abierta debe ser distribuida uniformemente en el área de burbujeo. No se deben colocar válvulas a una distancia menor de 50 mm (2 pulg) del bajante. e. Area de burbujeo Ab 40 a 90% de As La selección de la relación Ao/Ab (del rango dado arriba) debería ser tal que el área de burbujeo sea maximizada. Ab/As menor de 40% o mayor de 90% no deben ser usadas, porque se encuentran fuera del rango donde existe información disponible. Para platos que tienen un área considerable de desperdicio, la relación Ab/As está basada en la división de (Ab + An) por As, siempre que el área de desperdicio se encuentre uniformemente distribuida en el plato. Buena f. Eficiencia del plato La eficiencia del plato tipo válvula es mejor o igual a aquella del plato perforado, siempre que no exista arrastre o inundación. La eficiencia debe ser calculada con el procedimiento dado en el documento PDVSA MDP–04–CF–14, suponiendo un diámento de orificio igual a 13 mm (1/2 pulg) y una relación Ao/Ab de 8% sin importar el valor real de la misma. g. Obturación de Válvulas Calculada La obturación no es requerida generalmente, a menos que la torre esté siendo diseñada para un servicio futuro de mayor capacidad o si algunos de los platos tienen carga de vapor menor en el resto de la torre; (como los platos superiores de absorbedoras y detanizadoras y los platos inferiores de despojadores con vapor para hidrocarburos pesados). Para mantener una mejor eficiencia, obture uniformemente dentro del área de burbujeo, no en los alrededores de la periferia. Buena
  28. 28. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 27 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Características de Diseño Calidad de los Datos RespaldoComentarios Rango Permitido Valores Sugeridos 2. Espaciamiento entre platos 304–760 mm 12 a 30 pulg) 203–910 mm (8 a 36 pulg) Generalmente es económico utilizar los valores mínimos, limitados por el llenado de los bajantes y los requerimientos de mantenimiento. Utilice espaciamiento variable para compensar los cambios de carga de una sección a otra y así minimizar la altura de la torre. Buena 3. Número de pasos de líquido 1 1 – 4 Para diámetros menores o iguales a 1500 mm Regular líquido (5 pie), utilice un solo paso. Para diámetros mayores de 1500 mm (5 pie), utilice 2 pasos si el flujo de líquido excede 17 dm3/s por metro (5000 gph/pie) de diámetro y de 1 paso si el flujo de líquido es igual o menor de 17 dm3/s por metro (5000 gph/pie) de diámetro. Para el diseño final, utilice el número de pasos que minimiza el costo total de la torre (ej: diámetro y altura de la torre) Cuando la distancia lineal entre los bajan tes excede 4500 mm (15 pie), se deben usar platos de paso múltiple o escalonados. Regular 4. Bajantes y Vertederos a. Velocidad permitida en la entrada del Calculada La velocidad de entrada al bajante debe tener un valor inferior al determinado por la Figura 6. o el dado en la Tabla 2, cualquiera sea el menor. A medida que la densidad del vapor se acerca a la densidad del líquido, la separación del vapor se hace más difícil y una mayor área del bajante Buena bajante, m/s (pie/s) de líquido claro vapor se hace más difícil y una mayor área del bajante debe ser utilizada (menor velocidad de entrada al bajante). Esto es especialmente crítico para torres que operan a presiones mayores de 1400 kPa manométrica (200 psig). Para sistemas espumosos, utilice velocidades de entrada al bajante muy bajas ( 0.06 m/s) (0.2 pie/s). b. Tipo de bajante Tipo de cuerda Segmentado La longitud de la cuerda debería ser al menos 65% del diámetro del plato para una buena distribución del líquido. Bajantes inclinados pueden ser utilizados para altos flujos de líquido, con velocidades máximas de salida de dos veces la velocidad de entrada ó 0.18 m/s (0.6 pie/s), cualquiera sea menor. Alternativamente, para proveer mayor área de burbujeo (y mayor capacidad), se pueden usar bajantes segmentados (de arco modificado, de 6 pulg de ancho), pero son algo más costosos. Buena c. Ancho del bajante Interno (entrada y salida) deflectores para evitar mezclado 203 mm (8 pulg) mínimo Cada vez que el flujo de líquido exceda 10 dm3/s por metro (3000 gph/pie) de diámetro por paso, utilice una placa deflectora para torres para evitar mezclado de 355 a 406 mm (14 a 16 pulg), sostenida a lo largo de la longitud en el centro del bajante interno y extendiendo la longitud del bajante, para prevenir posible sobresalto por espuma que entre al bajante desde lados opuestos. La base de la placa deflectora para evitar mezclado debería estar al nivel de los vertederos de salida. Buena d. Altura del vertedero de salida 50 mm (2 pulg) 0–100 mm (0–4 pulg) La altura del vertedero puede variar con el flujo de líquido para dar un cabezal total de líquido en el plato (hc) en el rango de 50 a 100 mm (2 a 4 pulg). Valores menores son sugeridos para torres de vacío y valores mayores para casos donde se requiera un mayor tiempo de residencia. Una altura excesiva del vertedero de salida puede causar una fuga prematura y por lo tanto debe ser evitada. Buena
  29. 29. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 28 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Características de Diseño Calidad de los Datos RespaldoComentarios Rango Permitido Valores Sugeridos e. Espacio libre del bajante 38 mm (1,5 pulg) 25 mm (1 pulg y más) Ajuste el espacio libre para que de una caída del cabezal de aproximadamente 25 mm pulg.) y mas (1 pulg). Valores más altos pueden ser utilizados si es necesario para garantizar el sello del bajante. Si existen flujos altos de líquido, considere el uso de bajantes perfilados con una caja de receso o un vertedero de entrada. La pérdida de cabezal con un borde de bajante perfilado no debe exceder de 38 mm, para prevenir velocidades excesivas de líquido en el lado de entrada al plato. Buena f. Sello del bajante Vertedero de entrada o caja de entrada hueca En la mayoría de los casos, el nivel del líquido sobre el plato puede ser lo suficientemente alto para sellar el bajante mediante el uso de un vertedero de salida. Sin embargo, si la suma de la altura del líquido claro en la entrada del plato (hi) y la pérdida de cabezal (hud) en el bajante es menor que el espacio libre del bajante a las capacidades máximas, el bajante no será sellado. Si esto ocurre, considere la posibilidad de incrementar la altura del vertedero de salida o use un vertedero de entrada o una caja de entada de receso. Vertedero de entrada además de llenado del bajante en algunos casos pueden ser deseadas en platos de 3 y 4 pasos para asegurar una distribución uniforme del líquido. Las cajas de entradas de receso son más costosas, pero pueden ser necesarias en algunos casos cuando un sello operante requiere una altura excesiva del vertedero de salida. También es deseable tener sellado el bajante a las capacidades mínimas. Buena g. Llenado del bajante como % del espaciamiento entre platos Ver comentarios Ver Figura 7. para sistemas de hidrocarburos y criterios en la Tabla 2 para sistemas acuosos
  30. 30. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 29 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 2. CRITERIOS DE DISEÑO PARA TORRES ESPECIFICAS Torres para Hidrocarburos Livianos y Otros Sistemas no Acuosos* Porcentaje de Inundación por Chorro (Jet flood) (Ver Ec. 3c) Desmetanizadoras (y sistemas donde gL > 2,0) 70 Deetanizadoras 80 Absorbedoras y deetanizadoras; absorbedor–depropanizadora 90 Separadores etano/etileno, separadoras despropanizadoras, C3/C4 85 Absorbedores de hidrocarburos (P w 3450 kpa man (500 psig)) 80 Absorbedores de hidrocarburos (P < 3450 kpa man (500 psig)) 85 Otros sistemas de hidrocarburos 90 Sistemas no hidrocarburos (gL < 40 mN/m (dinas/cm)) 90 Sistemas no hidrocarburos (gL w 40 mN/m (dinas/cm)) Usar una correlación para sistemas acuosos, donde aplique. En caso contrario consultar a fabricantes de platos. Torres para Hidrocarburos pesados * Porcentaje de Inundación por Chorro (Jet flood) (Ver Ec. 3c) Fraccionamiento Critico Fraccionamiento No Critico Destiladoras atmosféricas, corrientes de despojadores para destilación atmosférica al vacío 90 95 Fraccionadores de craqueo catalítico; fraccionadores primarios de craqueo con vapor 90 95 Prefraccionadores, torres de vaporización súbita (“flash”) 90 95 Destilación al vacío v80 80 a 85 Despojadores de fondo para destiladoras atmosféricas y al vacío 50 50
  31. 31. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 30 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 2 (CONT.) Sistemas Acuosos % de Inundación (Ec. 3d) Chorro Velocidad de Entrada en el Bajante, m/s (pie/s)** % de Llenado del Bajante Despojadores con Cáustica y amina 60 0.09 (0.30) 40 Regeneradores de amina 75 0.075 (0.25) 50 Absorbedores Catarcarb: Lean 60 0.075 (0.25) 40 Bulk 40 0.10 (0.35) 40 Despojadores Catarcarb: Lean 70 0.075 (0.25) 50 Bulk 60 0.11 (0.35) 50 Despojadores de aguas ácidas 75 0.11 (0.35) 40 Secciones de lavado de agua 75 012 (0.40) 50 Otros líquidos acuosos/despojadores con vapor 80 0.12 (0.40) 50 Otros sistemas acuosos consulte suplidores. * Para el criterio de velocidad de entrada en el bajante y llenado del bajante, ver los puntos 4a y 4g de la Tabla 1. ** Para convertir m/s a pie/s divida entre 0.3048
  32. 32. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 31 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 3. ECUACIONES PARA DETERMINAR LA CAIDA DE PRESION EN EL PLATO SECO PARA PLATOS TIPO VALVULAS (1,2) Válvulas Parcialmente Abiertas DPpo + 1, 35 tm ǒòmńòL Ǔ ) K1 V2 o ǒòVńòL Ǔ Ec. (4a) Válvulas Completamente Abiertas DPfo + K2 V2 o ǒòVńòL Ǔ Ec. (4b) COEFICIENTE PARA LA CAIDA DE PRESION EN EL PLATO SECO (SISTEMA METRICO) K1 K2 (4) Espesor de la Bandeja 2,0 mm 2,8 mm 3,5 mm 6,0 mm Tipo de Válvula Normal 55 281 245 221 163 Vacío(3) 27 137 137 137 – (SISTEMA INGLES) K1 K2 (4) Espesor de la Bandeja 0,074” 0,104” 0,134” 0,25” Tipo de Válvula Normal 0.2 1,05 0,92 0,83 0,58 Vacío(3) 0.1 0,50 0,50 0,50 – Densidad del Metal de las Válvulas Espesor de la Válvula Metal rm, kg/dm3 rm, (lb/pie3) Catálogo tm, pulg. Acero al Carbón 7,7 480 20 0,037 Acero Inoxidable 8,2 510 18 0,050 Niquel 8,9 553 16 0,060 Monel 8,8 553 14 0,074 Titanio 4,5 283 12 0,104 Hasteloy 9,0 560 10 0,134 Aluminio 2,7 168 8 0,250 Cobre 9,0 560 Plomo 11,3 708 NOTAS: 1. Basados en válvulas Glitsch, pero también aplica a las válvulas Koch. El número de las ecuaciones se refiere al formato de cálculos. Use el valor dado por la ecuación (4a) ó (4b), cualquiera sea el mayor.
  33. 33. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 32 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 2. Para la aplicación de los símbolos, ver la Nomenclatura. 3. Contiene inserto especial en los orificios para aplicaciones de baja caída de presión. 4. Valores de K2 para otras válvulas Válvulas Hydronyl : K2 + 150 mm de líquido caliente ǒmńsǓ2 (0, 55 pulg. de líquido caliente) ǒpieńsǓ2 Válvulas Nutter, Malla–V, y Glitsch V–0 : K2 + 101 mm de líquido caliente ǒmńsǓ2 (0, 37 pulg. de líquido caliente) ǒpieńsǓ2 5. Para convertir pulg. en mm multiplique por 25,4
  34. 34. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 33 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 4. DATOS DEL PAQUETE DE PLATOS ESTANDARES NUTTER Nº Indice AB, m2 (3) ADC, m2 (3) Nº Máx. de Válvulas BDH Nº Máx. de Unidades V–Grid Longitud del Vertedero mm (4) Diámetro Máx. de la Torre (4) Diámetro Mín. de la Torre (4) 1 0,0340 0,0065 5 4 248 330 305 2 0,0406 0,0156 6 5 362 395 370 3 0,0525 0,0130 6 5 321 395 370 4 0,0620 0,0099 10 8 298 395 370 5 0,0674 0,0075 10 8 286 395 370 6 0,0756 0,0049 10 8 257 395 370 7 0,0567 0,0214 7 6 381 445 420 8 0,0658 0,0185 12 10 362 445 420 9 0,0795 0,0147 12 10 362 450 425 10 0,0873 0,0122 12 10 333 450 425 11 0,1039 0,0088 16 14 308 450 425 12 0,0866 0,0276 12 12 416 495 470 13 0,1033 0,0210 14 12 394 495 470 14 0,1192 0,0149 19 16 365 495 470 15 0,1342 0,0094 19 17 327 495 470 16 0,1458 0,0054 24 20 286 495 470 17 0,1657 0,0141 32 28 381 570 545 18 0,0772 0,0535 9 8 549 605 580 19 0,0973(1) 0,0447 18 16 549(2) 605 580 20 0,1349 0,0367 18 16 514 605 580 21 0,1503(1) 0,0305 25 21 514(2) 605 580 22 0,1619 0,0283 27 24 486 605 580 23 0,1779 0,0242 27 24 445 605 580 24 0,1904 0,0190 32 28 419 605 580 25 0,2024 0,158 32 28 394 605 580
  35. 35. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 34 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Nº Indice Diámetro Mín. de la Torre (4) Diámetro Máx. de la Torre (4) Longitud del Vertedero mm (4) Nº Máx. de Unidades V–Grid Nº Máx. de Válvulas BDHADC, m2 (3)AB, m2 (3) 26 0,2889 0,0215 52 47 467 735 710 27 0,3382 0,0118 58 52 400 735 710 28 0,2155 0,0584 44 40 603 750 725 29 0,2281 0,0517 44 40 587 750 725 30 0,2378 0,0451 44 40 568 750 725 31 0,2592 0,0391 44 40 549 750 725 32 0,2741 0,0327 52 47 527 750 725 33 0,2889 0,0269 52 47 502 750 725 34 0,3010 0,0216 52 47 473 750 725 35 0,3177 0,0164 60 54 441 750 725 36 0,3289 0,0119 60 54 403 750 725 37 0,2750 0,0394 56 51 552 760 735 38 0,3368 0,0223 52 47 492 775 770 NOTAS: 1. Area promedio del bajante con un diseño de bajante inclinado. 2. Para índice Nº 19; longitud por debajo de el bajante ` 514 mm (20,25 pulg). Para el índice Nº 21; longitud por debajo de el bajante ` 445 mm (17,50 pulg). 3. Para convertir de m2 a pie2 divida entre (0,3048)2 ` 0,0929 4. Para convertir de mm a pulg divida entre 25,4
  36. 36. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 35 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 1.a FACTORES KHL PARA LAS ECUACIONES DE INUNDACION DE CHORRO (SISTEMA DE HIDROCARBUROS) Fig 1b FACTORES KHL PARA LAS ECUACIONES DE INUNDACION DE CHORRO (SISTEMAS ACUOSOS)
  37. 37. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 36 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 2. TENSION SUPERFICIAL ESTANDAR Fig 3. FACTOR Ksm PARA LAS CORRELACIONES DE INUNDACION POR CHORRO
  38. 38. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 37 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 4. COMPARACION ENTRE LOS PLATOS PERFORADOS Y TIPO VALVULA (EFICIENCIA DEL PLATO VS FLUJO DE VAPOR A REFLUJO TOTAL)
  39. 39. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 38 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 5. CAIDA DE PRESION EN EL PLATO SECO NECESARIA PARA LOGRAR LA FLEXIBILIDAD OPERACIONAL REQUERIDA(1)
  40. 40. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 39 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 6. VELOCIDAD PERMITIDA DE ENTRADA AL BAJANTE (No extrapolar. Usar 0.15 m/s (0.5 pie/s)) Fig 7. LLENADO PERMITIDO DEL BAJANTE PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARA TODOS LOS SISTEMAS NO CUBIERTOS EN LA TABLA 2)
  41. 41. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 40 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 8. BALANCE DE PRESION PARA UN PLATO TIPO VALVULA DE DOS PASOS
  42. 42. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 41 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 9. NOMENCLATURA DE LOS PLATOS
  43. 43. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 42 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 10. DEFINICIONES DE AREA LIBRE PLATOS DE UN SOLO PASO
  44. 44. .– Paso 1 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 43 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma APENDICE I FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 1 DE 10)
  45. 45. (a) Líquido al Plato (Cont.) .– Paso 2 Ec. (2b) Flujo de Líquido, QL, dm3 s + 1000 L òL Ec. (1b) REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 44 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 2 DE 10)
  46. 46. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 45 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 3 DE 10)
  47. 47. .– Paso 3 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 46 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 4 DE 10)
  48. 48. (Ver doc. PDVSA MDP–04–CF–10) (Ver doc. PDVSA MDP–04–CF–10) i; mm (c) Inundación por chorro (Ver Figuras 1 a 3 ) Longitud del vertedero externo m = λo/1000 (Use λo también para platos de 2 pasos, no use vertedero interno longitud λo*). Para ba- jantes segmentados, use la cuerda que une los extremos de los bajantes segmentados. QLW dm3/s por metro de vertedero externo por paso KHL, espaciamiento entre platos – factor de capacidad de flujo de líquido (Ver doc. PDVSA MDP–04–CF–10) REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 47 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 5 DE 10)
  49. 49. .– Paso 4 = 0.06096 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 48 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 6 DE 10)
  50. 50. K1 = Coeficiente para el cálculo de DPpo (Tabla 3) K2 = Coeficiente para el cálculo de DPfo (Tabla 3) REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 49 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 7 DE 10)
  51. 51. .– Paso 5 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 50 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 8 DE 10)
  52. 52. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 51 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 9 DE 10)
  53. 53. (g) Sellado del bajante, hud, (Cont.) Eficiencia global, E0 (documento PDVSA MDP–04–CF–14) .– Paso 6 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 52 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 10 DE 10)
  54. 54. .– Paso 1 Carga de vapor G, lb/h Flujo de vapor pie3/s = G 3600òV REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 53 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma APENDICE II FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 1 DE 10)
  55. 55. (a) Líquido al Plato (Cont.) .– Paso 2 Ec. (2b) REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 54 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 2 DE 10)
  56. 56. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 55 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 3 DE 10)
  57. 57. .– Paso 3 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 56 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 4 DE 10)
  58. 58. (c) Inundación por chorro (Ver Figuras 1 a 3 ) Longitud del vertedero externo m = λo/1000 (Use λo también para platos de 2 pasos, no use vertedero interno longitud λo*). Para ba- jantes segmentados, use la cuerda que une los extremos de los bajantes segmentados. QLW dm3/s por metro de vertedero externo por paso KHL, espaciamiento entre platos – factor de capacidad de flujo de líquido (Ver doc. PDVSA MDP–04–CF–10) (Ver doc. PDVSA MDP–04–CF–10) i; pulg REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 57 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 5 DE 10)
  59. 59. .– Paso 4 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 58 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 6 DE 10)
  60. 60. K1 = Coeficiente para el cálculo de DPpo (Tabla 3) K2 = Coeficiente para el cálculo de DPfo (Tabla 3) REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 59 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 7 DE 10)
  61. 61. .– Paso 5 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 60 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 8 DE 10)
  62. 62. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 61 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 9 DE 10)
  63. 63. (g) Sellado del bajante, hud Eficiencia global, E0 (documento PDVSA MDP–04–CF–14) .– Paso 6 REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO PLATOS TIPO VALVULA NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–12 Página 62 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma FORMATO DE CALCULO PARA PLATOS TIPO VALVULA (PARTE 10 DE 10)

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