diseno de torres y platos

8/20/2019 Diseno de Torres y Platos

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de contacto Vapor-Liquido

Facultad de Ingeniería

Escuela Ingeniería Química – LUZ

Cátedra: Diseño de Plantas

Material Complementario Diseño de Platos

Prof. Abel Baldonedo


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Equipos de Transferencia de masa

• La transferencia de masa desde una fasehacia otra esta resente en o eracionescomo:

– Destilación – Absorción – Extracción

Equipos para el eficienteContacto entre las fases

– Absorción – Secado

Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved


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Ejemplos de procesos que requieren

columnas de contacto vapor/liquido

• Destilación de petróleo (Refinerías)• Deshidratación de gas natural con TEG

sorc n• Endulzamiento de gas natural con aminas

Absorción con reacción uímica• Fraccionamiento de productos del gas natural

(desetanizadoras, depropanizadora,

, .• Destilación criogénica del aire para obtención deO2 y N2 puros



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Refinería en Colombia



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Refinería en Trinidad & Tobago

Columnas de destilación



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MATRIZ PARA PRE-SELECCIÓN DE TIPO DE ELEMENTOS

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Tipos e e ementos e contacto

• Empaques



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COLUMNA EMPACADA



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COLUMNA DE PLATOS



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PARTES DE UNA COLUMNA EMPACADA

SALIDA DEL GAS

MIST ELIMINATOR

DISTRIBUIDOR DE LIQUIDO

SOPORTE

COLECTOR DE LIQUIDO



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TIPOS DE DISTRIBUIDOR DE LIQUIDO



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TIPOS DE EMPAQUES (PACKING)



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TIPOS DE EMPAQUES (PACKING)

Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reservedEmpaques estructurados a) metal, b) carbón, c) plástico


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FACTORES DE DISENO/CAPACIDAD DETORRES EMPACADAS

• AREA DE SUPERFICIE ESPECIFICA DEL EMPAQUE (S)en ft2 / ft3.

• PROSIDAD O FRACCION DE VOLUMEN LIBRE (VOIDFRACTION (e) en %.

• FACTOR DEL EMPAQUE (F) en ft2/ft3.



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TIPOS DE PLATOS

•PERFORADOS (SIEVE TRAYS)

•CAS UETES DE BURBUJEO BUBBLE CAP

•VALVULAS (VALVE TRAYS)

•PERFORADOS (DUAL FLOW TRAYS)



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BUBBLE CAP TRAY



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PERFORADO DUAL FLO TRAY



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AL ULAS AL E TRAY



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• Sieve tra s

1. Facil de fabricar y menos costoso

2. Buena eficiencia a condiciones de diseno

3. Turndown bajoNo son extremadamente flexibles

5. Buenos en aplicaciones con alto ensuciamiento y

presencia de solidos



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• Valve trays

1. Alto turndown

2. Mas flexibles cuando varia el flujo de

alimentacion

" ”.

mueven hacia arriba y abajo

4. La eficiencia permanece alta aun con disminucion

del flujo de gas o vapor.5. std. valve presentan mayores caidas de presion


. son mas cos osas

7. Sensibles al ensuciamiento y taponamiento


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• Bubble Cap Trays

1. Poseen vertederos alrededor de cada agujero en el plato

2. Poseen una campana con ranuras o agujeros colocados sobre

el vertedero

ranuras

4. Poseen buena flexibilidad

.

liquido

6. Presentan arrastre de hasta tres (3) veces el equivalente a un


7. El espaciamiento entre platos debe ser mayor que para los

platos perforados


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• Bubble Cap Trays

8. Presentan igual o menor eficiencia que los

. as carac er s cas e urn own son

superiores a las de los platos perforados

10. Presentan problemas con coke, formacion



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• Patron de flujo cruzado

– pera en a u os prome o – Puede ser disenado para alimentaciones con



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• Platos multi pasos (Multiple pass trays)-

Double pass

– El flujo de liquido es dividido en 2 secciones


–

muy altos.


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• Downcomers and weirs – Controla la distribucion del li uido el flu o

de liquido a traves del plato

– Tubo circular• Usado en columnas muy pequenas y plantas



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FACTORES PARA EL DISENO

DE PLATOS



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CALCULO DEL DIAMETRO

DE LA COLUMNA



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DE SOUDERS BROWN



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DE LA COLUMNA



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DE LA COLUMNA



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EFICIENCIA DE LOS PLATOS



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CALCULO DE CAIDA DE PRESION A

TRAVES DE PLATOS

• CAUSAS DE LA PERDIDA DE PRESION

– CONTRACCION DEL GAS A TRAVES DE LOSORIFICIOS

– FRICCION A TRAVES DE LOS ORIFICIOS – TURBULENCIA POR CAMBIOS DE DIRECCION

– PERDIDA A TRAVES DE RANURAS (SLOTS) DECASQUETES DE BURBUJEO

– PERDIDA DEBIDO A LA ALTURA DE LIQUIDO SOBREEL PLATO



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CAIDA DE PRESION A TRAVES DE PLATOS

(BUBBLE CAP)LIQUIDO

P3

hd = cabezal equivalente a la caída de presióna través del downcomer y restricción.

hc = cabezal equivalente a la caída de presión

La entrada hasta la ranuras. (1 + 2 + 3 + 4).

hslot = cabezal equivalente a la caída de presión

del gas a través de las ranuras (slots). (5).

P2

hT = P1-P2 = hC + hslot + Sm + ho + hg/2 = P2-P3

H = hW + hO + hg + hd + hT

P1


1 Pérdida de presión debido a la contracción del gas2) Pérdida de presión debido a la fricción a través del orificio3) Pérdida de presión debido al cambio de dirección del gas

4) Pérdida de presión a través del espacio anular del casquete


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(BUBBLE CAP)PERDIDAS A TRAVES DE LOS SLOTSLas caídas de presión a través de las ranuras (slots) de los casquetes de burbujeo depende de laVelocidad del gas a través de las ranuras, de las propiedades físicas y de la altura del slot.

Para ranuras (slots) rectangulares, se tiene:

ara ranuras s o s r angu ares, se ene:

Donde:Qs = Flujo volumétrico del gas a través de los slots (ft3/s)

=


c = Altura del slot (ft)Estas ecuaciones son aplicables cuando hslots < c, con valores de diseño recomendables de hslots=0.5 c


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(PERFORADOS CON BAJANTES)

h = cabezal e uivalente a la caída de resiónSUPERFICIE

DEL LI UIDO a través del downcomer y restricción.

hc = cabezal equivalente a la caída de presióndel gas a través de los orificios. (1 + 2).

hslot = cabezal equivalente a la caída de presióndel gas a través de las ranuras (slots). (5).

h = P -P = h + h + ho + h /2 = P -P

H = hW + hO + hg + hd + hT

La pérdida de presión a través de los orificio se debea la contracción (1) y a la expansión del gas (2).

s a p r a es unc n e ca eza c n co

(Kinetic Head, K.H.)


Vc = Velocidad lineal máxima, pies/s


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Para los platos de casquetes de burbujeo, se considera un factor de seis (6) cabezales cinéticosPor lo tanto la perdida de presión a través de los casquetes esta dada por:

Para los platos de orificio, se considera un factor de uno (1) a tres (3) cabezales cinéticosLa perdida de presión a través de los orificios depende de la relaciones:

Área de orificios/ Área activaspesor e p a o me ro e or c os. sar gura s gu en e :



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(PERFORADOS CON BAJANTES)

H )

e s

c i n é t i c o s , (

# C a b e z a


Área orificios/ Área activa, (As/Ao)


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(BUBBLE CAP / SIEVE TRAY)PERDIDAS POR LA ALTURA DE LIQUIDO EN EL PLATOLas caídas de presión debido a la altura de liquido sobre el plato tipo casquete de burbujeo es lasumatoria de la sumergencia estática (Sm), la altura de la cresta del liquido sobre el vertedero (ho) yel gradiente promedio del liquido (hg/2).

La altura de la cresta del liquido sobre el vertedero (ho), para un vertedero de segmento,

Donde:Ql = Flujo volumétrico del líquido (ft3/s)lw = Lon itud del vertedero ft

La caída de presión debido a la altura de liquido total a través del plato del tipo perforado es laSuma de ho y la altura del vertedero hw.

La caída de resión total a través del lato del ti o erforado Sieve tra s esta dada or:


Nota: el valor de hg es normalmente despreciable


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(BUBBLE CAP / SIEVE TRAY)PERDIDAS DE PRESION TOTAL A TRAVES DEL PLATO

Las caída de presión total a través del plato expresada en psi, esta dada por:



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ALTURA DE LIQUIDO EN EL VERTEDERO

(BUBBLE CAP / SIEVE TRAY)

CALCULO DE LA ALTURA DE LIQUIDO EN EL VERTEDERO (H)

La altura del liquido en el vertedero debe ser menor al espaciamiento entre los platos mas la altura del

vertedero (hw). Como practica de diseño se considera que el valor de H sea un 50 % del valor de lasuma de la distancia entre los platos y la altura del vertedero.

El valor de H, esta dado por:

Hd = cabezal de la perdida de presión debido al flujo a través del vertedero (ft3/s)Ad = Área de la sección transversal del vertedero (ft2)

Donde:



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FACTORES ADICIONALES DE DISENO

(BUBLE CAP / SIEVE TRAY)



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PLATOS PERFORADOS (SIEVE TRAYS)



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CARCASA DE LA COLUMNA Y PLATOS



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VERTEDEROS Y PRESAS (DOWNCOMERS Y WEIRS)



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