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Mdp 04 cf-13 transferencia de calor por contacto directo

  1. 1. PDVSA N° TITULO REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB. APROB. FECHAAPROB.FECHA TORRES DE FRACCIONAMIENTO E1994 MDP–04–CF–13 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO APROBADA NOV.97 NOV.97 NOV.97 Y.G.0 32 L.R. MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO ESPECIALISTAS PDVSA
  2. 2. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 1 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Indice 1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ANTECEDENTES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 TIPO DE EQUIPOS Y APLICACIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 DIVISION DE UNA TORRE EN SECCIONES 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 PROCEDIMIENTOS DE CALCULO 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 PROBLEMA TIPO 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 NOMENCLATURA 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 PROGRAMAS DE COMPUTACIÓN 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  3. 3. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 2 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1 ALCANCE El alcance del presente documento cubre el diseño de proceso de las secciones de transferencia de calor por contacto directo, para servicios con recirculación, usando platos, placas deflectoras, rejillas Glitsch o relleno. Las características hidrodinámicas de estos dispositivos son discutidos en los siguientes documentos: PDVSA–MDP–04–CF–09 Platos Perforados PDVSA–MDP–04–CF–10 Platos Tipo Casquetes de Burbujeo PDVSA–MDP–04–CF–11 Platos Tipo Surtidor PDVSA–MDP–04–CF–12 Platos Tipo Válvulas PDVSA–MDP–04–CF–07 Torres Empacadas PDVSA–MDP–04–CF–05 Placas deflectoras (Campanas) y Rejillas Glitsch En la sección 8 de este documento se presenta el procedimiento de cálculo, general y por dispositivo usado, de las secciones de transferencia de calor. En la sección 9 se ejemplariza este procedimiento con el cálculo típico para una sección de reflujo del tope de una fraccionadora de craqueo catalítico. 2 REFERENCIAS En la elaboración de este documento, las siguientes publicaciones han sido consultadas. MANUAL DE DISEÑO PDVSA 1. MDP–04–CF–05 Selección de dispositivos de contacto. 2. MDP–04–CF–06 Selección del Tipo de Plato. 3. MDP–04–CF–07 Torres de Destilación Empacadas. 4. MDP–04–CF–09 Platos Perforados. 5. MDP–04–CF–10 Platos Tipo Casquete de Burbujeo. 6. MDP–04–CF–11 Platos Tipo Surtidor. 7. MDP–04–CF–12 Platos Tipo Válvulas. Otras Literaturas 1. PROII Keyword Input Manual. Version 4.1. 1996, by Simulation Sciences Inc. 2. Maxwell J. B. “Data Book on Hydrocarbons”. Robert E. Krieger Publishing Company. 3. Watkins R. N. ’’Petroleum Refinery Distillation’’. Second. Edition. Gulf Publishing Co.ISBN 0–87201–672–2.
  4. 4. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 3 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 3 ANTECEDENTES En las unidades de craqueo catalítico, las columnas de destilación y fraccionamiento requieren del uso de recirculaciones para lograr una mejor distribución de cargas calóricas en la columna, comparado con el caso en que todo el enfriamiento fuese asignado al condensador del tope. Para lograr una recuperación más eficaz del calor en dichas columnas, normalmente se instalan una o más secciones de transferencia de calor o “recirculación”. El calor es removido de la torre por transferencia de calor directa entre el vapor caliente en ascenso y el líquido descendiendo, el cual es enfriado externamente y regresa “recirculado”. Como se menciono previamente, este documento solo trata el diseño de equipos para servicios con recirculaciones. Para otro tipo de aplicaciones de transferencia de calor por contacto directo (tales como recipientes de despresurización de condensado, condensadores barométricos, torres de secado y torres de enfriamiento con agua), el diseñador deberá consultar a los documentos PDVSA–MDP adecuado a la aplicación en referencia. 4 DEFINICIONES Para definiciones referente a los dispositivos usados (platos, rellenos, rejillas, etc.) consultar los documentos PDVSA–MDP–04–CF–02 y PDVSA–MDP–04–CF–06. Para definiciones sobre transferencia de calor, ver la sección 6, Consideraciones Básicas de Diseño, en este documento. Para definiciones de los elementos de cálculos, ver la sección 10, Nomenclatura, en este documento. 5 TIPO DE EQUIPOS Y APLICACIONES Para servicios de fraccionamiento, limpios (donde no hay ensuciamiento) y la caída de presión no es crítica, la transferencia de calor puede lograrse con platos, rejillas Glitsch o relleno. Pero en los casos donde caída de presión es crítica (por ejemplo, destiladoras al vacío), debe usarse rellenos (por ejemplo anillos Pall), seleccionados de acuerdo a las características corrosivas del fluido involucrado. Para mayores detalles sobre selección del tipo de relleno ver documento PDVSA–MDP–04–CF–07. Para servicios de fraccionamiento, sucio (donde hay ensuciamiento) debe usarse secciones de placas deflectoras (campanas o discos–orificios). Entendiéndose por servicio sucio: S Operaciones de lavado y remoción, donde los fluidos involucrados arrastran sólidos tales como carbón, catalizador o sucio. S Operaciones donde la formación de polímeros tiende a obstruir los internos de la columna.
  5. 5. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 4 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Platos Dado que los factores que afectan la transferencia de calor por contacto directo entre vapor y líquido son similares a aquellos que afectan el fraccionamiento, los platos de fraccionamiento son por lo tanto adecuados para el servicio de transferencia de calor en secciones de recirculación donde no hay ensuciamiento. En efecto, es regularmente conveniente utilizar el mismo diámetro de torre para la sección de recirculación como para la sección de fraccionamiento inmediatamente superior o inferior. Mientras los platos tipo surtidor, son frecuentemente utilizados en servicios de recirculación para hidrocarburos pesados, la selección del tipo de plato apropiado también depende de otras consideraciones, tales como capacidad nominal y mínima, hidráulica y mantenimiento. Para detalles sobre diseño de proceso, hidráulica y mantenimiento de plato, ver documentos PDVSA–MDP–04–CF–06, PDVSA–MDP–04–CF–09, PDVSA–MDP–04–CF–10, PDVSA–MDP–04–CF–11 y PDVSA–MDP–04–CF–12 . Placas Deflectoras, Campanas Las Secciones de placas deflectoras son por lo general utilizadas únicamente para servicios sucios o con carbón (coque). Una aplicación importante es la sección de transferencia de calor en el fondo de la fraccionadora de una unidad de craqueo catalítico. En este caso, el fondo de la torre es enfriado y recirculado sobre los deflectores para desobrecalentar los vapores del reactor y remover el catalizador arrastrado. Para detalles sobre diseño de proceso, hidráulica y mantenimiento de las placas, ver documento PDVSA–MDP–04–CF–05. Rejilla Glitsch Las ventajas de la rejilla Glitsch son: S Poca caída de presión a altas capacidades. S Buena eficiencia en la remoción de partículas. S Baja susceptibilidad al ensuciamiento y coquificación, debido a un corto tiempo de residencia del líquido Dadas estas ventajas, las rejillas Glitsch deben ser consideradas para servicios de lavado y remoción donde se presentan las siguientes situaciones: a. Caídas de presión críticas, requiriéndose que las mismas sean muy bajas. Debido a que la ∆P por etapa teórica para rejillas es menor que para relleno, se recomienda el uso de las rejillas. b. Problemas de arrastre serios, los cuales deben ser minimizados.
  6. 6. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 5 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma c. Problemas de coquificación o ensuciamiento debido a un tiempo de residencia del líquido muy alto. Estos dispositivos, normalmente, se usan en las secciones de lavado de torres atmosféricas y al vacío y en fraccionadoras de craqueo catalítico. Las desventajas de las rejillas Glitsch son: a. Eficiencia de fraccionamiento baja. b. Transferencia de calor pobre a un alto costo. Estudios recientes han demostrado que los anillos Pall son más económicos que las rejillas Glitsch. Sin embargo, estos dispositivos han sido utilizados en recirculaciones de torres al vacío. Para detalles sobre diseño de proceso, hidráulica y mantenimiento de las rejillas, ver documento PDVSA–MDP–04–CF–05. Relleno El uso de rellenos es económicamente atractivo en servicios donde no hay ensuciamiento y donde se requiera, tanto una baja caída de presión como una buena transferencia de calor o eficiencia de fraccionamiento. Por éstas razones, los rellenos para torres son ampliamente aplicables a torres de vacío donde una baja caída de presión y una buena eficiencia son deseables. Su aplicación más común es en secciones de recirculación de torres de vacío. Aunque la caída de presión por metro (pie) de lecho es generalmente mayor para rellenos que para rejillas Glitsch, secciones con menor altura de relleno pueden diseñarse con anillos Pall, debido a su mayor eficiencia. Por lo tanto, los lechos de relleno tienen por lo regular una menor caída de presión total, con una menor inversión y menores costos de operación que un lecho de rejillas Glitsch. Para modificaciones de las secciones de reflujo circulante limitadas por capacidad (torres atmosféricas y al vacío, fraccionadoras de craqueo catalítico), un relleno puede ser un reemplazo económico para los platos, cuando se requieran mayores flujos de vapor y líquido sin pérdida de la eficiencia de transferencia de calor. Por supuesto, este incremento de capacidad puede lograrse mediante modificación en la separación entre platos existentes, pero a costa de un incremento en el tiempo de parada de la planta. Bajo estas condiciones, el uso de relleno puede ser especialmente atractivo por su relativa facilidad de instalación. 6 CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO Información Básica Requerida El método de cálculo para diseñar secciones de transferencia de calor por contacto directo está basado en el enfoque de “unidad de transferencia”. Este
  7. 7. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 6 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma método es análogo al enfoque de “unidad de transferencia de masa” para la eficiencia de fraccionamiento. El número de platos (para platos o placas deflectoras) o altura de relleno (incluyendo rejillas Glitsch) puede ser determinado en base al requerimiento de calor, cargas a la columna, fuerzas motoras por temperatura y área de la columna. El diseñador debe disponer de información sobre los balances de masa y energía alrededor de las secciones de transferencia de calor y un diseño completo de la torre (platos o relleno). Para obtener los balances de masa y energía, pueden incluirse las secciones de transferencia de calor en programas de computación para el cálculo plato a plato de torres de destilación (simuladores comerciales como PROII de la empresa Simulation Sciences Inc. and Hysim de la empresa Hyprotech). Definiciones de Capacidades de Transferencia de Calor Capacidad del Intercambiador (Qo): La capacidad del intercambiador, Qo, es la cantidad de calor que es removida en el circuito de recirculación (pumparound) externo de una sección de transferencia de calor en una columna. En este intercambio se reduce la temperatura del líquido recirculante desde la temperatura de retiro, to hasta la temperatura de retorno tPA (ver Figura A). En un diseño normal, Qo y to son regularmente determinados por los balances de masa y energía, y el diseñador debe seleccionar valores apropiados para tPA y para el flujo de recirculación LPA. Los métodos para seleccionar estas valores son explicados en los párrafos siguientes. Estas variables están relacionadas por la siguiente ecuación: Qo + LPA CPL ǒto – tPA Ǔ Ec. (1) donde: En unidades métricas En unidades inglesas Qo = Capacidad de intercambiador kW BTU/h LPA = Flujo de recirculación de líquido kg/s lb/h CPL = Calor específico del líquido a una temperatura promedio kJ/kg °C BTU/lb °F to = Temperatura de retiro de la recirculación del líquido °C °F tPA = Temperatura de retorno de la recirculación del líquido °C °F
  8. 8. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 7 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig. A CORRIENTES DE RECIRCULACION Y TEMPERATURAS Transferencia de Calor Requerida – En general, la cantidad total de calor transferido dentro de la sección de transferencia de calor no es igual a la capacidad del intercambiador. La diferencia entre los requerimientos de transferencia de calor interna y externa puede visualizarse en sistemas que incluyan condensación total del vapor, si se reconoce que el reflujo entrando en la sección, RI, suministra algún enfriamiento adicional al de la recirculación de líquido. De igual manera, en sistemas con vaporización total, el calor latente requerido para vaporizar el líquido suministra un enfriamiento adicional de la recirculación. Para sistemas con condensación total del vapor, el número total de unidades de transferencia de calor requerido, NGH, puede ser calculado con la siguiente ecuación: NGH + DT DTlm ) ln ǒGI Go Ǔ Ec. (2) donde: En unidades métricas En unidades inglesas NGH = Número total de unidades de transferencia de calor requerido DT = Diferencia de temperatura de la fase gaseosa, TI – To °C °F DTlm = Diferencia media logarítmica de temperatura (DTML) °C °F
  9. 9. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 8 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma GI = Flujo de vapor entrando en la sección de transferencia de calor kg/s lb/h Go = Flujo de vapor saliendo en la sección de transferencia de calor kg/s lb/h Para sistemas con vaporización total de líquido (tales como zonas de lavado en destiladoras y las secciones de desobrecalentamiento en fraccionadoras de craqueo catalítico) el número total de unidades de transferencia de calor requerido está dado por la Ecuación 3. NGH + DT DTlm Ec. (3) Dimensionamiento de Secciones de Transferencia de Calor El número requerido de platos o placas deflectoras y la altura de relleno requerida son calculados a partir de las siguientes ecuaciones: Para platos y placas deflectoras: NA + NGH km NGH Ec. (4) donde: NA = Número de platos reales NGH = Número total de unidades de transferencia de calor km = Factor de corrección para multicomponentes NGH = Número de unidades de transferencia de calor por plato Para rellenos (incluyendo rejillas Glitsch): Z + HGHP ƪkm NGH – ZS HGHS – ZB HGHB ƫ Ec. (5)
  10. 10. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 9 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma donde: En unidades métricas En unidades inglesas Z = Altura de relleno requerida m pie HGH = Altura de una unidad de transferencia de calor en fase gaseosa m pie sub–indice P para relleno S para rociadores B para espacio del plato de acumulación ZS = Distancia vertical entre el tope del lecho y la boquilla del rociador m pie ZB = Distancia vertical entre el fondo del lecho y el plato de acumulación m pie Para secciones empacadas de transferencia de calor por recirculación, la transferencia de calor asociada con la distribución de rociadores y el área abierta debajo del lecho está incluida en el cálculo de la altura del relleno. Esta suposición puede reducir la altura requerida del relleno hasta en un 10–20%. Los métodos para el cálculo de NGH para platos o placas deflectoras y HGH para los diferentes dispositivos en contracorriente son presentados en los Procedimientos de Cálculo. Determinación de la Temperatura de Retiro en Recirculaciones La temperatura de retiro de la recirculación de líquido, to, es igual al punto de burbuja ó ebullición del líquido retirado de la sección de recirculación. Esta temperatura está determinada por: a. El flujo y rango de ebullición del producto (si lo hay alguno) inmediatamente debajo de la recirculación. b. El grado de fraccionamiento en la torre debajo de la recirculación. c. El grado de fraccionamiento en la recirculación. Las temperaturas de retiro de líquidos se pueden predecir en forma precisa mediante programas de computación plato a plato, utilizados para el diseño definitivo de todas las torres de fraccionamiento. Las temperaturas de retiro para torres de separación de hidrocarburos pesados, tales como destiladoras atmosféricas y al vacío, y fraccionadoras de craqueo catalítico, deberían obtenerse por simulación con ASPECT. Si no se dispone de este simulador, se pueden usar los simuladores comerciales, tales como PROII de la empresa Simulation Sciences Inc. ó Hysim de la empresa Hyprotech); con los cuales se obtendría un valor aceptable. Asimismo, para torres de separación
  11. 11. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 10 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma de hidrocarburos livianos (light ends) que tengan recirculación, las temperaturas de retiro pueden obtenerse simulando con los simuladores comerciales previamente mencionados. Para una orientación sobre la simulación apropiada de una recirculación utilizando estos programas, el lector deberá referirse al manual del usuario de dichos simuladores. Optimización de las Secciones de Transferencia de Calor El número óptimo de platos de transferencia de calor (o altura de relleno) está basado en un estudio económico que involucra el diámetro y altura de la torre, superficie externa de transferencia de calor, y el costo de la bomba y de la energía. Las variables involucradas en un estudio de optimización son la temperatura de retorno, tPA, y el flujo de recirculación LPA. Un incremento del flujo de recirculación, LPA, se traduce en un incremento de la fuerza motora de la temperatura en el intercambiador y por lo tanto, reduce los costos de intercambio de calor. Sin embargo, al aumentar, LPA, también aumenta la temperatura de retorno, tPA; y en consecuencia, se reduce la fuerza motora de la temperatura en la torre, lo cual puede resultar en un aumento de la cantidad requerida de platos o volumen de relleno. Además, al aumentar LPA, aumentan los costos de bombeo y pueden surgir problemas de hidráulica. Limitaciones de las Correlaciones de Transferencia de Calor A continuación se presenta la lista de losrangos de aplicación recomendados para las correlaciones de transferencia de calor. Estos rangos fueron establecidos en base a los rangos de los datos de transferencia de calor disponibles para desarrollar las correlaciones. Debe tomarse en cuenta que estos datos fueron obtenidos bajo condiciones hidráulicas favorables. Por lo tanto, cualquier limitación hidráulica conflictiva predomina sobre los rangos especificados a continuación: Relleno o Rejillas Glitsch Relación de Flujo Líquido, QL/As 1.4 a 34 dm3/s.m2 (2 a 50 GPM/pie2) Relación de Flujo en Fase de Vapor CS = 0.015 m/s (0.05 pie/s) a 90% de inundación Platos Perforados, Válvula, Burbujeo y Tipo Surtidor Relación de Flujo Líquido, QL/Nplo 1.24 a 63 dm3/s.m (0.5 a 25 GPM/pulg) Plato Deflector (Campanas) Relación de Flujo Líquido, QL/As 1.3 a 35 dm3/s.m2 (2 a 50 GPM/pie2) Relación de Flujo en Fase de Vapor CS = 0.015 m/s (0.05 pie/s) a 90% de inundación Área Horizontal Libre 30 a 60% de As Rociadores, Espacio Debajo del Relleno Relación de Flujo Líquido, QL/As 1.3 a 35 dm3/s.m2 (2 a 50 GPM/pie2) Relación de flujo en Fase de Vapor CS = 0.015 a 0.09 m/s (0.05 a 0.3 pie/s) Además de los rangos anteriores también deben observarse las siguientes limitaciones.
  12. 12. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 11 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 1. Las correlaciones no deben aplicarse a la condensación o evaporación de componentes puros o casi puros (por ejemplo enfriar o condensar vapor vivo con agua). Tales aplicaciones no suelen estar limitadas por la transferencia de calor de la fase gaseosa. 2. A bajas cargas de vapor (menor de 0.1 kg/s.m2 (100 lb/h.pie2), el coeficiente de transferencia de calor converge a un valor constante finito y no cero como se predice. Así que el calor transferido en equipos tales como placas deflectoras y relleno puede subestimarse considera– blemente cuando ocurre una condensación total del vapor. 3. Para todos los tipos de platos en contracorriente, debe revisarse que el número estimado de platos no sea menor que 1.2 veces el número teórico. El valor estimado puede ser a veces muy bajo debido al uso de la fuerza motora del DTM; ya que el DTML es calculado en base a una condición de contracorriente verdadera, mientras que en la realidad este tipo de platos opera bajo un modo de flujo cruzado en cascada. El número mínimo de platos teóricos se calcula por la siguiente ecuación: NA(min) + ln ǒTI * to To * tI Ǔ ln ǒTI * To to * tI Ǔ Ec. (6) Selección de Materiales Los materiales de construcción para las partes internas de una torre deben ser apropiados para cada servicio de fraccionamiento. Algunas consideraciones que afectan la selección de materiales son: S Costos. S Resistencia a la corrosión requerida. S Rango de temperaturas de operación. S Resistencia mecánica. El diseñador deberá consultar a la sección de Ingeniería de Materiales de PDVSA para la selección final. Para aplicaciones de recirculación en sistemas de hidrocarburos pesados, los anillos Pall de aluminio se han desempeñado satisfactoriamente en diversas secciones de recirculación de destiladoras al vacío recientemente diseñadas. Sin embargo, para nuevos diseños, consideraciones de corrosión y temperatura deben aún ser revisadas por la Sección de Ingeniería de Materiales. En general, el uso de relleno de cerámica debe evitarse, o solamente usarse en aquellos casos donde sea la última alternativa. La experiencia con unidades comerciales ha demostrado que este tipo de relleno es altamente susceptible a
  13. 13. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 12 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma rotura por desgaste, especialmente durante arranques, cuando normalmente ocurren oleadas en el flujo de vapor. Para información adicional concerniente a los tipos de relleno, consultar el documento PDVSA–MDP–04–CF–07. 7 DIVISION DE UNA TORRE EN SECCIONES En algunas aplicaciones de transferencia de calor por contacto directo es necesario dividir la torre en dos o más secciones para efectos de los cálculos, dependiendo de la cantidad relativa de transferencia de calor latente y sensible en cada sección. Cálculos separados de transferencia de calor son entonces realizados para cada sección. Situaciones típicas que requieren la división de una torre en secciones son: S El enfriamiento de vapores sobrecalentados por debajo de su punto de rocío. S El enfriamiento de vapores que contengan hidrocarburos y vapor de agua por debajo de su punto de rocío. Un ejemplo de este último es un condensador de contacto directo para una fraccionadora de una unidad de craqueo con vapor de agua. Las secciones de recirculación de destiladoras y fraccionadoras primarias regularmente no requieren ser divididas. Propósito La razón para la división de una torre en secciones es obtener valores realísticos de las fuerzas motoras de temperatura (∆Tm) para la transferencia de calor. En general, los diferentes valores de (∆Tm) son obtenidos para cada sección de la torre. Cómo Dividir una Torre en Secciones Considere los vapores como si ellos fuesen enfriados en una torre de transferencia de calor. Los puntos de corte lógicos ocurren al conseguirse el punto de rocío del agua o del hidrocarburo, o cuando se agotan los condensables de la fase de vapor. La mejor manera de determinar los puntos de división es construyendo una curva de condensación de vapores, en la cual los puntos de división aparecen como cambios bruscos en la pendiente de la curva. Los datos para la construcción de este diagrama pueden ser generados de una serie sucesiva de cálculos de vaporización de los vapores pasando a través de la torre de transferencia de calor. La Figura B muestra una curva de condensación de vapores con cinco regiones generales. Cada una tiene características de transferencia de calor diferentes, como se muestra en la figura. En la práctica, la mayoría de las torres que requieren división en secciones exhiben sólo dos o tres de estas secciones. Por ejemplo, un condensador por contacto directo conteniendo vapor de agua mezclado con vapores de hidrocarburos tendría las secciones II, III y IV.
  14. 14. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 13 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig B. METODO DE DIVISIÓN DE UNA TORRE EN SECCIONES PARA CÁLCULOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. El siguiente procedimiento puede ser usado como una guía para el diseño de torres con servicio de transferencia de calor y que requieran su división en secciones: 1. Genere un diagrama de condensación de vapores realizando una serie secuencial de cálculos de vaporización para los vapores de entrada. Los simuladores comerciales previamente mencionados (PROII y HYSIM), puede ser utilizado para estos cálculos. Divida la torre en secciones de acuerdo a los puntos de corte en este diagrama. 2. Seleccione un valor de To basado en la aproximación deseada a TI. 3. Asuma TPA y calcule LPA requerido para remover Qo. 4. Obtenga los flujos y las temperaturas del líquido para cada punto divisor de secciones a partir de balances de masa y energía. Cuando la sección más baja consiste en el enfriamiento de vapores sobrecalentados, asuma una temperatura constante de líquido y que el enfriamiento está suministrado únicamente por la evaporación del líquido.
  15. 15. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 14 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 5. Calcule el número requerido de platos o la altura del lecho para cada sección, utilizando los métodos mencionados previamente. 8 PROCEDIMIENTOS DE CALCULO El procedimiento de cálculo para dimensionar secciones de transferencia de calor ha sido dividido en dos secciones. La primera sección contiene cálculos comunes a todos los tipos de equipos de contacto. La segunda sección está dividida en tres subsecciones para diseñar secciones de transferencia de calor usando platos, placas deflectoras o relleno. El diseñador debería realizar los cálculos preliminares en la primera sección y entonces dependiendo del dispositivo de contacto a ser utilizado, seleccionar el método apropiado para la segunda sección. Cálculos Preliminares 1. Determine las condiciones operacionales a partir de los balances de masa y energía (simuladores PROII o HYSIM). Los valores requeridos son Go, To, RI, tR, GI, TI, Ro y Qo. Además, determine las propiedades físicas requeridas (gravedad específica de la recirculación, punto de ebullición promedio de la recirculación y factor de caracterización de la recirculación) y especificaciones de la torre (diámetro, área transversal). 2. Obtenga la temperatura de retiro del liquido recirculante, to, usando los simuladores PROII ó HYSIM. 3. Asuma una temperatura de retorno de la recirculación, tPA, y calcule el flujo de recirculación de liquido, LPA, requerido para remover Qo. (Estos valores dependen principalmente del diseño del intercambiador. Normalmente, tPA debería exceder la temperatura de condensación del agua en el plato superior de la recirculación en 30°C (50°F). Además, refiérase a “Optimización de las Secciones de Transferencia de Calor” bajo Consideraciones Básicas del Diseño). LPA + Qo CPL ǒto – tPA Ǔ Ec. (1) 4. Calcule tI mediante un balance de entalpía usando Ec. 7 o la versión simplificada Ec. (8). La Ec. (7) puede requerir un cálculo de tanteo y error, ya que un valor estimado de tI debe ser usado para obtener los calores específicos. A menudo (CPL)R es aproximadamente igual a (CPL)PA y RI es mucho menor que L PA. Bajo estas condiciones, el usar Ec. (8) resulta en un error despreciable. tI + RI ǒCPL Ǔ R tR ) LPA ǒCPL Ǔ PA tPA RI ǒCPL Ǔ R tR ) LPA ǒCPL Ǔ PA Ec. (7)
  16. 16. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 15 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma o tI + RI tR ) LPA tPA RI ) LPA Ec. (8) donde: En unidades métricas En unidades inglesas (CPL)R = Calor específico del reflujo interno entrando, RI, de la recircirculación de líquido a la temperatura promedio ǒtI ) tR 2 Ǔ kJ kg °C BTU lb °F (CPL)PA = Calor específico del reflujo circulante regresando LPA a la temperatura promedio ǒtI ) tPA 2 Ǔ kJ kg °C BTU lb °F 5. Calcule ∆Tlm mediante la siguiente ecuación o de la Figura 4. DTlm + ǒTo – tI Ǔ – ǒTI – toǓ ln ǒTO – tI TI – tO Ǔ Ec. (9) 6. Calcule el número total de unidades de transferencia de calor de la fase gaseosa requeridas, usando la Ecuación (2) o la Ecuación (3). Para condensación neta: NGH + DT DTlm ) ln ǒGI GO Ǔ Ec. (2) Para vaporización neta: NGH + DT DTlm Ec. (3) 7. Calcule el factor de corrección para multicomponentes usando la Figura 5. y lH lH + ǒtO – tI TI – TO Ǔ Ec. (10)
  17. 17. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 16 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma km de la Figura 5. 8. Calcule el flujo volumétrico promedio de líquido, QL. LI + LPA ) RI Ec. (11) LO + LPA ) PO ) RO Ec. (12) tAV + tI ) tO 2 Ec. (13) ρL a tAV (Maxwell, “Data Book on Hydrocarbons”) LAV + LI ) LO òL Ec. (14) QL + F12 LAV òL Ec. (15) Dispositivos–Cálculos Específicos Platos El siguiente procedimiento debe ser usado para dimensionar secciones de transferencia de calor que contengan platos perforados, tipo válvula, casquete de burbujeo ó tipo surtidor. 1. Determine la longitud del vertedero de salida, o, y el número de pasos por plato, Np. 2. Calcule el número de unidades de transferencia de calor por etapa, NGH, utilizando Ec. (16) o la Figura 1. NGH + F13 ǒ QL Np lo Ǔ 0,21 Ec. (16) 3. Calcule el número de platos requeridos. (Para cálculos de diseño, multiplique el número de unidades de transferencia por etapa por 0.85). NA + NGH km NGH Ec. (4) Aproxime hasta el siguiente número entero.
  18. 18. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 17 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 4. Verifique el mínimo número de platos teóricos. NA(min) + ln ǒTI * to To * tI Ǔ ln ǒTI * To to * tI Ǔ Ec. (6) NA debe ser por lo menos 1.2 x NA(min). Platos Deflectores, Campanas 1. Determine el área transversal de la torre, As, y la separación vertical de las campanas, hs. 2. Determine la velocidad promedio de los vapores en la sección de transferencia de calor, VS. Vs + Vs(tope) ) Vs(fondo) 2 Ec. (17) donde: Vs(tope) + GI F14 òv As Vs(fondo) + GO F14 òv As ρV= puede ser determinada usando la ley de los gases ideales a condiciones del tope y fondo de la sección. 3. Determine el número de unidades de transferencia por etapa, NGH. NGH + F15 ǒQL AS Ǔ 0,5 ǒVS Ǔ 0,3 ǒhS Ǔ 0,5 Ec. (18) 4. Calcule el número de etapas requeridas. (Para cálculos de diseño, multiplique NGH por 0.85) NA + NGH km NGH Ec. (4) Aproxime hasta el siguiente número entero.
  19. 19. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 18 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Relleno El siguiente procedimiento debe utilizarse para dimensionar secciones de transferencia de calor rellenas (incluyendo rejillas Glitsch). 1. Determine la siguiente información adicional del proceso: densidad del vapor saliendo de la recirculación, rvo; densidad del líquido a la entrada y salida de la recirculación, rLo y rLI,. También determine la separación entre la boquilla del rociador y el tope del lecho, Zs, y entre el fondo del lecho y el plato de acumulación, ZB. 2. Determine el flujo volumétrico del líquido para las secciones de rociadores, relleno y fondo. QLI + F12 LI òLI Ec. (15) QL + F12 LAV òLA QLo + F12 Lo òLo 3. Calcule la carga de gases saliendo de la sección de recirculación, Cs Vs + Go F14 òVo As Ec. (19) Cs + Vs òVo òLI * òVo Ǹ Ec. (20) 4. Calcule la altura de una unidad de transferencia de calor, HGH. Para rociadores, HGHS: Si Zs < 0.6 m (2 pie), utilice Zs = 0.6 m (2 pie) para esta ecuación HGHS + F16 ǒQLI As Ǔ –0,84 (Cs) 0,33 (Zs)0,29 Ec. (21) Para relleno, HGHP: HGHP + F17 FT FS ǒQL As Ǔ *1ń4 Ec. (22)
  20. 20. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 19 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma donde FS y FT pueden encontrarse en las Tablas 1 y 2, respectivamente. Para la sección de fondo, HGHB: HGHB + F18 ǒQLo As Ǔ –0,46 Ec. (23) Para secciones de recirculación de fondo en torres con más de 6 m (20 pie) de diámetro, multiplique cada HGH por 1,5. 5. Calcule la altura requerida del relleno. (Para cálculos de diseño divida cada HGH entre 0,85). Z + HGHP ǒkm NGH – Zs HGHS – ZB HGHB Ǔ Ec. (5) La altura de lechos normalmente se redondea a incrementos de 0,1 m (3 pulg). 9 PROBLEMA TIPO El ejemplo siguiente, consiste en una sección de recirculación del tope de una fraccionadora de craqueo catalítico, ilustra los métodos para calcular el número de platos o altura requerida de relleno para la transferencia de calor deseada. Para generalizar el ejemplo, también se incluye el reflujo hacia la recirculación. Refiérase a la Nomenclatura y a la Figura A, en este documento, para las definiciones de los términos utilizados en los cálculos. 1. Dados: En unidades métricas En unidades inglesas Capacidad externa del intercambiador de la recirculación, Qo 21101 kW 72000000 BTU/h Flujo del vapor a la salida Go 29,6 kg/s 235000 lb/h Temperatura del vapor a la salida, To 141,1°C 286°F Reflujo interno a la entrada, RI 4,41 kg/s 35000 lb/h Temperatura del reflujo interno a la entrada, TR 110°C 230°F Flujo de los vapores a la entrada, GI 89,6 kg/s 711000 lb/h Temperatura de los vapores a la entrada, TI 193,3°C 380°F Reflujo interno a la salida, Ro 64,4 kg/s 511000 lb/h Flujo de retiro de producto, Po 0 kg/s 0 lb/h Presión a la salida de los vapores 224,8 kPa 32,6 psia Factores que dependen de las unidades usadas
  21. 21. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 20 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma F12 1000 1/8,02 F13 0,98 1,18 F14 1 3600 F15 0,15 0,068 Propiedades Físicas Gravedad de recirculación 0,8499 kg/dm3 35° API Punto de ebullición promedio de la recirculación 201,7°C 395°F Factor de caracterización de la recirculación 11,16 11,16 Especificaciones de la torre Diámetro, DT 4115 mm 13,5 pie Área transversal, As 13,3 m2 143 pie2 2. Temperatura de retiro del reflujo circulante, to 182,2°C 360°F 3. Asuma una temperatura de retorno de la recirculación, tPA 54,4°C 130°F Calcule el flujo de recirculación de liquido, LPA LPA + Qo CPL ǒto – tPA Ǔ + 21100 2, 24 (182, 2 – 54, 4) + 73, 7 kgńs (585000 lbńh) 4. Calcule la temperatura de mezcla de líquido a la entrada, tI tI + RI tR ) LPA tPA RI ) LPA + (4, 41) (110) ) (73, 7) (54, 4) 4, 41 ) 73, 7 + 57, 5°C (136°F) 5. 5DTlm DTlm + ǒTO * tI Ǔ * ǒTI * toǓ ln ǒTO * tI TI * tO Ǔ + (141, 1 * 57, 75) * (193, 3 * 182, 2) ln ǒ141,1 * 57,5 193,3 * 182,2 Ǔ + 35, 8°C (64, 5°F) 6. Calcule el número requerido de unidades de transferencia de calor en fase gaseosa, NGH NGH + DT DTlm ) ln ǒGI GO Ǔ+ 193, 3 * 141, 1 35, 8 ) ln ǒ89, 6 29, 6 Ǔ+ 2, 56 7. Calcule el factor de corrección para multicomponentes, lH lH + to – tI TI – To + 182, 2 – 57, 5 193, 3 – 141, 1 + 2, 39
  22. 22. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 21 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma km (de la Figura 5.) = 3,05 8. Flujo de líquido a la entrada de la recirculación, LI LI= LPA + RI = 73,7 + 4,41= 78,1 kg/s (620000 lb/h) Flujo de líquido a la salida de la recirculación, Lo Lo = LPA + Ro + Po = 73.7 + 64.4 + 0 = 138.1 kg/s (1096000 lb/h) Flujo de líquido promedio, LAV LAV + LI ) Lo 2 + 78, 1 ) 138, 1 2 + 108, 1 kgńs (858000 lbńh) Temperatura promedio del líquido, tAV tAV + to ) tI 2 + 57, 5 ) 182, 2 2 + 119, 9°C (248°F) ρL a tAV (Maxwel, Data Book on hydrocarbons) = 759 kg/m3 (47.4 lb/pie3) Flujo volumétrico de líquido, QL QL + F12 LAV òLAV + (1000) (108, 1) 759 + 142, 4 dm3ńs (2257 GPM) Para Platos (Perforados, Tipo Surtidor, Casquete de Burbujeo y tipo Válvula) 9. Longitud del vertedero de salida lo 3,150 m (124 pulg) Número de pasos de líquido en el plato Np 1 10. NGH + F13 ǒ QL Np lo Ǔ 0,21 + 0, 98 ǒ 142, 4 (1) (3, 150 Ǔ 0,21 + 2, 18 multiplique por 0.85 para diseño NGH = 0,85 x 2,18 = 1,85 11. Número de platos requeridos NA + NGH km NGH + (2, 56) (3, 05) 1, 84 + 4, 24 (Utilice 5 platos) 12. Verifique el número mínimo de platos NA(min) + ln ǒ193,3 – 182,2 141,1 – 57,5 Ǔ ln ǒ193,3 – 141,1 182,2 – 57,5 Ǔ + 2, 32
  23. 23. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 22 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Ya que NA > 1,2 NA(min), el valor calculado de 5 platos es válido. Para Platos Deflectores, Campanas 9. Separación vertical entre campanas, hs 0.61 m (2 pie) 10. Velocidad promedio del vapor, Vs VS(tope) + Go F14 òv As òv + 4, 30 kgńm3 (0, 268 lbńpie3 ) (Ley de Gases Ideales) VS(tope) + 29, 6 (4, 30) (13, 3) + 0, 518 mńs (1, 70 pieńs) VS(fondo) + GI F14 òv As òv + 6, 23 kgńm3 (0, 388 lbńpie3 ) (Ley de Gases Ideales) VS(fondo) + 89, 6 (6, 23) (13, 3) + 1, 08 mńs (3, 56 pieńs) 11. NGH + F15 ǒQL As Ǔ 0,5 (Vs)0,3 (hs)0,5 + 0, 15 ǒ142, 4 13, 3 Ǔ 0,5 (0, 80)0,3 (0, 61)0,5 + 0, 359 Multiplique por 0,85 para diseño. NGH = 0.85 x 0.359 = 0.305 12. Número requerido de etapas NA + NGH km NGH + (2, 56) (3, 05) 0, 305 + 25, 6 Utilice 26 etapas. Para Relleno Asuma como tipo de relleno anillos Pall de metal de 50 mm (2 pulg) (Fs = FT = 1,0). En unidades métricas En unidades inglesas 9. Densidad del vapor saliendo de la re- circulación, rvo 4,30 kg/m3 0,268 lb/pie3
  24. 24. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 23 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Densidad del líquido entrando en la recirculación, rLI 812 kg/m3 50,7 lb/pie3 Densidad del líquido saliendo de la recirculación, rLo 705 kg/m3 44,0 lb/pie3 Altura de la boquilla del rociador sobre el lecho, ZS 0,457 m 1,5 pie Separación entre el lecho y el plato acumulador, ZB 1,22 m 4,0 pie F12 1000 1/8,02 F14 1 3600 F16 6,68 14,5 F17 0,31 1,12 F18 1,85 7,27 10. Flujo volumétrico de líquido QLI + F12 LI òLI + (1000) (78, 1) 812 + 96, 2 dm3ńs (1525 GPM) QL + 2257 GPM QLo + F12 Lo òLo + (1000) (138, 1) 705 + 195, 9 dm3ńs (3106 GPM) 11. Carga de vapor saliendo de la recirculación VAS + GO F14 òvo AS + 29, 6 (4, 30 (13, 3) + 0, 518 mńs (1, 70 pieńs) CS + VS òvo òLI – òvo Ǹ + 0, 518 4, 30 812 – 4, 30 Ǹ + 0, 0378 mńs (0, 124 pieńs) 12. Alturas de una unidad de transferencia de calor Rociadores Zs es < 0,6 m, utilice Zs = 0,6 m para esta ecuación HGHS + F16 ǒQLI AS Ǔ –0,84 ǒCS Ǔ 0,33 ǒZS Ǔ 0,29 + 6, 68 ǒ96, 2 13, 3 Ǔ –0,84 (0, 0378)0,33 (0, 6)0,29 hGHS + 0, 373m (1, 22 pie)
  25. 25. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 24 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Relleno HGHP + F17 ǒQL AS Ǔ –1ń4 + 0, 31 ǒ142, 4 13, 3 Ǔ –1ń4 + 0, 171 m (0, 562 pie) Sección de Fondo HGHB + F18 ǒQLo AS Ǔ –0,46 + 1, 85 ǒ195, 9 13, 3 Ǔ –0,46 + 0, 537 m (1, 76 pie) Divida cada HGH entre 0,85 para diseño. HGHS = 0,373 / 0,85 = 0,439 m (1,44 pie) HGHP = 0,171 / 0,85 = 0,201 m (0,661 pie) HGHB = 0,537 / 0,85 = 0,632 m (2,07 pie) 13. Altura requerida de relleno Z + HGHP ƪkm NGH – ZS HGHS – ZB HGHB ƫ+ 0, 201 ƪ(3, 05) (2, 56) – ǒ0, 457 0, 439 Ǔ– ǒ1, 22 0, 632 Ǔƫ + 0, 97 m (3, 2 pie)
  26. 26. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 25 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma 10 NOMENCLATURA AB = Area de burbujeo del plato, m2 (pie2) As = Area transversal de la torre, m2 (pie2) CPL = Calor específico del líquido, kJ/kg °C (BTU/lb °F) CPV = Calor específico del vapor, kJ/kg °C (BTU/lb °F) Cs = Carga de vaporesńpie2 , + VS òV òL – òV Ǹ , mńs (pieńs) DT = Diámetro de la torre, mm (pie) Fi = Factor que depende de las unidades usadas (ver tabla al final) FS = Factor de dimensionamiento del relleno, adimensional FT = Factor de tipo de relleno, adimensional G = Flujo de vapores, kg/s (lb/h) HGH = Altura de una unidad de transferencia de calor en fase gaseosa, m (pie) hs = Separación vertical entre campanas, m (pie) km = Factor de corrección para multicomponentes, adimensional L = Flujo de líquido, kg/s (lb/h) lo = Longitud del vertedero de salida del plato, m (pulg) NA = Número real de platos, adimensional NGH = Número de unidades de transferencia de calor en fase gaseosa por plato, adimensional NGH = Número total requerido de unidades de transferencia de calor, adimensional NP = Número de pasos de líquido por plato, adimensional P = Presión, kPa (psia) PO = Retiro de producto de una sección de reflujo circulante, kg/s (lb/h) QL = Flujo volumétrico de líquido, dm3/s (GPM) QO = Capacidad externa de intercambiador de la recirculación, kW (BTU/h) R = Reflujo interno, kg/s (lb/h) T = Temperatura del vapor, °C (°F) DT = TI – To, °C (°F) DTlm = Diferencia de temperatura media logarítmica (DTLM), °C (°F) t = Temperatura del líquido, °C (°F) VB = Velocidad de los vapores basada en el área de burbujeo del plato, m/s (pie/s) VS = Velocidad de los vapores basada en el área transversal de la torre, m/s (pie/s) Z = Altura requerida de relleno, m (pie) ZB = Separación entre el lecho de relleno y el plato acumulador, m (pie)
  27. 27. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 26 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma ZS = Separación entre las boquillas de los rociadores y el lecho de relleno, m (pie) lH = to – tI TI – To , adimensional rL = Densidad del líquido, kg/m3 (lb/pie3) rV = Densidad de los vapores, kg/m3 (lb(pie3) Subscritos AV = Promedio de las condiciones a la entrada y salida de una sección de transferencia de calor B = Espacio abierto de contacto entre el lecho de relleno y el plato acumulador I = Entrada a la sección de transferencia de calor O = Salida de la sección de transferencia de calor PA = Recirculación externa R = Reflujo interno S = Espacio abierto de contacto entre los rociadores y el lecho de relleno Factores Fi En unidades métricas En unidades inglesas F12 (Ec. 15) 1000 1/8,02 F13 (Ec. 16) 0,98 1,18 F14 1 3600 F15 (Ec. 18) 0,15 0,068 F16 (Ec. 21) 6,68 14,5 F17 (Ec. 22) 0,31 1,12 F18 (Ec. 23) 1,85 7,27 11 PROGRAMAS DE COMPUTACIÓN En PDVSA se encuentran disponibles simuladores de proceso, tales como PROII de la empresa Simulation Sciences Inc. and Hysim de la empresa Hyprotech, que pueden ser usados en el diseño de las secciones de transferencia de calor.
  28. 28. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 27 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 1. CORRELACION DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA PLATOS PERFORADOS TIPO VALVULA, CASQUETE DE BURBUJEO Y TIPO SURTIDOR
  29. 29. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 28 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 2. CORRELACION DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA PLATOS DEFLECTORES (CAMPANAS)
  30. 30. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 29 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 3. CORRELACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA DISPOSITIVOS DE CONTACTO EN CONTRA–CORRIENTE
  31. 31. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 30 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 4. MONOGRAMA PARA EL DTlm
  32. 32. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 31 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma Fig 5. FACTOR DE CORRECION PARA MULTICOMPONENTES, KM
  33. 33. REVISION FECHA MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO NOV.970 PDVSA MDP–04–CF–13 Página 32 PDVSA .Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma TABLA 1. FACTORES DE DIMENSIONAMIENTO DE RELLENO FS 16 mm (5/8 pulg) metal plástico (cerámica) 0,47 0,43 25 mm (1 pulg) metal plástico (cerámica) 0,60 0,65 38 mm (1 1/2 pulg) metal plástico (cerámica) 0,78 0,79 50 mm (2 pulg) metal plástico (cerámica) 1,00 1,00 90 mm (3 1/2 pulg) metal plástico (cerámica) 1,73 1,72 TABLA 2. FACTORES PARA EL TIPO DE RELLENO FT Anillos Pall de Metal 1,00 Anillos Pall de Plástico 1,16 Anillos Raschig de Metal 1,62 Anillos Raschig de Cerámica 1,70 Sillas Intalox Plásticas 1,17 Sillas Intalox de Cerámica 1,21 Sillas Berl de Cerámica 1,55 Rejilla Glitsch 2,02

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