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PDVSA N TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

PDVSA, 1983

MDP04CF07 TORRES DE DESTILACION EMPACADAS

APROBADO

NOV.97 NOV.97

NOV.97 A.H.0 149 L.R.

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

REVISION FECHAMANUAL DE DISEO DE PROCESO

TORRES DE DESTILACION EMPACADAS NOV.970

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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 TIPOS DE EMPAQUES Y APLICACIONES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Empaques desordenados 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Empaques estructurados 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Dimetro de la columna 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Cada de presin promedio 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Tasa mnima de mojado (Min. Wetting Rate) 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 ALTURA DE LA COLUMNA 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 HETP, empaques desordenados 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Efectos de la mala distribucin en el diseo de columnas empacadas 18.

6 INTERNOS DE TORRES EMPACADAS 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Distribucin de lquido 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Criterios de diseo generales para distribuidores 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Distribuidores con alimentacin lquidovapor (Flashing Feed) 27. . . . . . 6.4 Redistribuidores de lquido 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Distribuidores de vapor 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Soportes de empaque 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 EJEMPLO DE DIMENSIONAMIENTO DE TORRES EMPACADAS 317.1 Primera iteracin 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Clculo del dimetro usando el criterio de mxima cada de presin 34. . . 7.3 Dimensionamiento de la columna: segunda iteracin 37. . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 Dimensionamiento de la columna: chequeos de diseo 39. . . . . . . . . . . . . . 7.5 Sumario de diseo y funcionamiento 43. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 ATLAS DE INTERPOLACIN DE CAPACIDAD DEL EMPAQUE Y CADADE PRESIN (MTODO GPDC) 44. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Guas para el uso de las figuras de interpolacin GPDC 44. . . . . . . . . . . . . . 8.2 Nomenclatura y leyendas en las figuras 46. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 DATOS DE EFICIENCIA DE EMPAQUE 47. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Empaques desordenados 47. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Empaques estructurados 49. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



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1 OBJETIVOPresentar la metodologa generalmente usada para el diseo y evaluacin detorres de destilacin empacadas en la industria petrolera y petroqumica.

2 ALCANCEEsta subseccin presenta la metodologa para el diseo de torres de destilacinempacadas con empaques no estructurados (desordenados), estructurados yrejillas. Adicionalmente se presentan ejemplos que ilustran la metodologa declculo. No se incluyen mtodos para el diseo de distribuidores.

3 REFERENCIAS Distillation Design, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1992. Prcticas de Diseo de PDVSA, 1986. Handbook of Chemical Engineering Calculations, Brittish Petroleum, Mayo

1981. Distillation Operations, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1990.

4 TIPOS DE EMPAQUES Y APLICACIONESLos empaques pueden ser divididos en tres clases:a. Empaques desordenados o rellenos: Son unidades o piezas discretas de

empaques con una forma geomtrica especifica, los cuales son vaciados orellenados aleatoriamente dentro de la columna.

b. Empaque estructurado o sistemticamente arreglado: Est constituido porcapas onduladas de malla tejida (wire mesh) u hojas corrugadas. Esteempaque es apilado ordenadamente en secciones dentro de la columna.

c. Rejillas: Son tambin empaques estructurados, pero en vez de malla tejidau hojas corrugadas estn constituidas por una estructura reticular abierta.

4.1 Empaques desordenadosSon los de uso mas comn en la prctica comercial. Histricamente pueden serdivididos en tres generaciones. La primera generacin (1907 a 1950) produjo dostipos bsicos de formas simples, el anillo Rasching y la silla Berl, que vienen a serlos ancestros de los empaques desordenados modernos. Estos empaques se hanvuelto obsoletos con los nuevos desarrollos, y rara vez son usados en la prcticamoderna de destilacin.La segunda generacin (finales de 1950 principio de los setenta) produjo dosgeometras muy populares: el anillo Pall, que evoluciono del anillo Rasching, y lasilla Intalox, que se desarrollo a partir de la silla Berl. Esta segunda generacinde empaques todava es popular y de extensivo uso en la industria.



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La tercera generacin (mediados de los setenta hasta el presente) ha producidouna multitud de geometras comerciales, la mayora de las cuales evolucion delos anillos Pall y sillas Intalox.En la Tabla 1 se encuentra algunas equivalencias de las distintas denominacionescomerciales de los empaques desordenados, y se refiere exclusivamente a los desegunda generacin, ya que cada empaque de la tercera generacin de distintascompaas ofrecen caractersticas nicas, no siendo posible una equivalencia.

TABLA 1. EQUIVALENCIA DE LAS DISTINTAS DENOMINACIONES COMERCIALES DEEMPAQUE, EMPAQUES ESTRUCTURADOS

Norton Koch Glittsch Jaeger RaushertIntalox saddles(m,c,p)

Flexisaddle (m) Novalox saddles (m)

Super Intaloxsaddles (c,p)

Flexisaddle (p) Ballast saddles (p) Novalox saddles (p)

Pall rings (m,p) Flexining (m) Ballast ring (m) Pall rings (m,p,c) (1) Pall rings (m,p,c) (1)Hy pack (m) KPack (m) Ballast plus (m)

Leyenda: m: metal; p: plstico; c: cermicaNOTA:1. El desempeo de los anillos Pall de cermica es inferior a sillas Intalox de cermica.

4.1.1 Materiales de empaqueempaques desordenadosLa seleccin de el material de empaque se basa principalmente en la resistenciaa la corrosin. Los factores que se enumeran a continuacin tambin sonimportantes.Metales: Los empaques de acero al carbono deberan ser considerados como laprimera alternativa para la mayora de las aplicaciones cuando la corrosin norepresenta un problema. Comparados con los plsticos y de cermica,normalmente ofrecen una mayor capacidad y eficiencia, una mayor diversidad degeometras, mayor capacidad de reduccin de carga (turndown) y mayorresistencia mecnica (lo cual permite mayor altura de lecho). Los empaques deacero inoxidable cuestan aproximadamente de 3 a 5 veces mas que los de aceroal carbono; las aleaciones son inclusive mas costosas. No se deberan usarempaques metlicos cuando la velocidad de corrosin sea mayor a 0.25mm/ao (Ref. 3).Cermica: El uso de empaques de cermica se ha visto reducido desde eladvenimiento de los empaques plsticos. Comparados con los plsticos, losempaques cermicos son frgiles, tienen menor capacidad y no estn disponiblesen muchas de las formas mas usadas. Actualmente, los empaques cermicos se



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especifican solo cuando se requiere una gran resistencia al ataque qumico y altastemperaturas (p. ej. absorcin de cido sulfrico). Sin embargo, se han reportadocasos de degradacin de empaques cermicos en soluciones en ebullicin decarbonato de potasio. Los empaques cermicos se degradan rpidamente enpresencia de cido hidrofluorhdrico. En soluciones custicas calientes, puedeesperarse una vida til de un ao aproximadamente para una operacin con 10%de soda custica hasta 50 C, y con 1% de soda custica hasta 95 C (Ref. 2).Plstico: El polipropileno es barato y es el mas usado cuando las temperaturasde operacin no exceden los 120 C (Tomar en consideracin procedimientosoperacionales como desplazamiento con vapor). Se debe tener cuidado cuandoexiste la posibilidad de puntos calientes, p. ej. cuando hay calor de disolucin.Otros plsticos pueden ser mejores a mayores temperaturas, pero son mas caros.El Kynar tiene como lmite 140 C y el polietileno 100 C (pero se puede extendercon refuerzos de fibra de vidrio). Generalmente, los anillos Pall de plstico son losmejores, pues son mas rgidos y resisten el ablandamiento mas que otrasgeometras debido a sus brazos internos. Las sillas Intalox tienden aempaquetarse (trabarse) a partir de 95 C, y por lo tanto limitan la capacidaddespus de largos perodos de operacin.Algunos grados de polipropileno tienden a promover la formacin de espuma enservicios alcalinos. Los plsticos tienden a degradarse en atmsferas oxidantesy cuando se usan solventes, por lo cual debe evitarse su uso en tales aplicaciones.Igualmente los plsticos se vuelven frgiles a la luz ultravioleta, a temperaturasmuy bajas y con el tiempo.Debido a su baja mojabilidad, es ms difcil formar una capa delgada de lquidoen la superficie de los empaques plsticos, esto es causa de problemas,especialmente durante el perodo de envejecimiento en el arranque inicial de unacolumna.

4.2 Empaques estructuradosLa primera generacin de empaques estructurados (p. ej. Panapack) aparecihacia los aos cuarenta. Estos empaques rara vez son usados en la actualidad.La segunda generacin comenz en los aos cincuenta con empaques de mallatejida (wire mesh) de alta eficiencia tales como Hyperfil de Goodloe y losempaques KochSulzer de malla tejida. Hacia los aos setenta la aplicacin deestos empaques cobr importancia en destilacin al vaco, donde su baja cadade presin por etapa terica es de gran ventaja. En este servicio son muy usadoshoy en da. Los empaques de hoja corrugada, primeramente introducidos porSulzer haca 1970, comenzaron con la tercera generacin de empaquesestructurados. Con una alta capacidad, menor costo y menor sensibilidad a losslidos (en comparacin a los empaques de malla tejida), pero con una altaeficiencia, estos empaques se vuelto mas competitivos con otros internos



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convencionales, especialmente en aumentos de capacidad revamps, hasta elpunto de hacerlos uno de los internos mas usados en la actualidad.

Comparacin entre empaques estructurados y desordenados Capacidad y eficiencia: En general, los empaques estructurados muestran

ventajas en capacidad y eficiencia comparados con empaques desordenados,cuando son operados a cargas lquidas menores (



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correlacin de diseo de torres empacadas no es suficiente, puesto que unproblema frecuente es la incertidumbre de que la correlacin seleccionadaproporcione una prediccin adecuada para el servicio en consideracin, ya quesus limitaciones son a menudo desconocidas, y si son conocidas, rara vez sonreportadas. A continuacin se expondrn las correlaciones mas usadas en laactualidad.

4.3.1 Criterios de dimensionamiento de columnas empacadas

(4.3.1.1) Correlaciones basadas en el concepto de inundacin: Se puededefinir inundacin como una regin de rpido incremento de la cada de presincon perdida simultnea de eficiencia en la transferencia de masa, siendo unsntoma adicional una importante acumulacin de lquido. Las torresempacadas usualmente son diseadas para un 70 a 80 por ciento de lavelocidad de inundacin. En la Tabla 2 se dan los porcentajes de inundacinde diseo dependiendo del servicio. Las siguientes son las correlaciones masempleadas:

TABLA 2. PORCENTAJE DE INUNDACIN DE DISEO

SERVICIO

EMPAQUEMETALICO

EMPAQUEPLASTICO

EMPAQUECERAMICO

Sistemas de Hidrocarburos

7080

NR

NR

Sistemas espumosos (custico,amina, catacarb)

60

60

50

Otros sistemas acuosos

85

85

70

NR: No recomendado



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figura de Eckert: Este mtodo cuyo nombre completo es figura deSherwoodEckert Para una Correlacin Generalizada de Cada de Presin,tambin conocido como GPDC por sus siglas en ingls, ha sido el ms empleadoen la industria por dcadas. La Figura 1 muestra esta correlacin.

Fig 1. FIGURA DE SHERWOODECKERT.

La abscisa de la figura de Eckert es el parmetro de flujo. La referencia 1,recomienda el uso de la correlacin de inundacin (la curva de inundacin en laFigura 1) slo para empaques desordenados cuyos factores de empaque Fpexcedan 60 (ver definicin en la pg. 12).Esta correlacin esta incluida en el programa de simulacin PROII de Simsci.



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Correlacin de Kister y Gill: Esta correlacin simplemente establece que:

Fl 0.115 F 0.7p (1)

La ecuacin (1) expresa que la cada de presin en el punto de inundacin esfuncin solamente del factor de empaque. Una vez que se conoce esta cada depresin, la velocidad de inundacin puede ser calculada usando cualquier mtodoestndar de prediccin de cadas de presin.La referencia 1 recomienda el uso de esta correlacin en conjunto con mtodos deprediccin de cada de presin por interpolacin. Igualmente seala que paraempaques estructurados de alta capacidad, con una geometra nica tales comoNorton Intalox 2T y Jaeger Maxpac, la ecuacin (1) consistentemente predicepuntos de inundacin de 5 a 10% menores del valor real.Correlacin de Billet y Shultes: Billet y Shultes modificaron la GPDC para tomaren cuenta la retencin de lquido. La derivacin de esta correlacin se basa en elpostulado de que en el punto de inundacin, un pequeo incremento de lavelocidad de lquido o de vapor afecta de manera cuasiinfinita la retencin. Lacorrelacin es la siguiente:

u2s,FlGL

20.3048 hL, FL

3

hL, FLap

C2i,FL

Flvlv0.2

nFl

(2)

El parmetro de flujo Flv esta dado por:

Flv LG

GL

(3)

Ci,FL y nFL estn dados por:

Ci, FL C1,FlnFl 0.388

(4)para Flv 0.4

Ci, FL C2,FlnFl 1.416

para Flv 0.4 (5)

ap, C1,Fl y C2,Fl son constantes obtenidas de la Tabla 3.

donde:ap : es el rea superficial especfica



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: es la fraccin vaca del empaquehL,FL: es la fraccin volumtrica de lquido retenido (pie3 lquido/pie3 de

lecho) en el punto de inundacin, calculado por:h3L,Fl 3h L,Fl 6

ReLGaL

(6)

Esto da una ecuacin de cuarto orden en h L,Fl. La ecuacin tiene solamente unasolucin con significado fsico, dada por:

3 h L,Fl (7)

Los nmeros de Reynolds y Galileo, ReL y GaL estn dados por:

Re L LL

0.000672 apL(8)

Ga L g2L

0.000672 L2a 3p

(9)

La correlacin de Billet y Shultes aplica tanto a empaques estructurados como adesordenados y tiene una firme base terica. La referencia 1 indica que suprecisin es 10%. Sin embargo, las constantes requeridas para el uso de lacorrelacin no estn disponibles para la mayora de los empaques ms comunes.

Que mtodo usar: Generalmente, la interpolacin de datos es el mtodo mspreciso, y debe ser el preferido cuando estn disponibles datos de inundacin. Deotra manera, si estn disponibles datos de cada de presin, o estos pueden serpredichos con mucha confiabilidad, la ecuacin 1 es la recomendada. Cuando elfactor de empaque Fp excede el valor de 60, la correlacin de Eckert es larecomendada. En condiciones de vaco y a bajas presiones por encima de laatmsfera, y cuando las constantes apropiadas estn disponibles, se recomiendatambin el uso de la correlacin de Billet y Shultes.Prediccin de la inundacin por interpolacin: Los grficos de interpolacinGPDC son usados para interpolar datos reales de punto de inundacin. Lainterpolacin de datos reales permite una prediccin muy precisa del punto deinundacin, pero solo puede ser usada cuando estn disponibles suficientespuntos experimentales. Si en los grficos estn ausentes los datos quecorresponden a la inundacin, se pueden usar los datos de cada de presin paradeterminar aproximadamente el punto de inundacin mediante la ecuacin 1.



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TABLA 3. CONSTANTES PARA LA CORRELACION DE BILLET Y SHULTESCaractersticas Inundacin Carga

Empaque Tamao Np, 1/ft3 ap, ft2 / ft3 , ft3 / ft2 C,1,Fl C2,Fl C1,Lo C2,Lonominal, plgEmpaques Desordenados Metlicos

Anillos Pall 2 176.8 34.3 0.951 1.580 2.7251.4 552.7 47.9 0.946 1.679 2.6291 1345.1 65.5 0.942 2.083 2.6275/8 6490.9 112.3 0.933 2.081 2.550

Anillos Hiflow 2 141.6 28.1 0.977 1.626 2.7021 1130.3 60.5 0.962 2.177 2.918

Anillos Bialecki 2 177.8 36.9 0.966 1.896 1.627 2.916 3.6161.4 514.7 47.2 0.965 1.885 1.883 2.753 3.8501.0 1472.5 68.6 0.945 1.856 1.782 2.521 3.412

CMR 1.5 1720.1 53.3 0.974 1.841 2.6971.0 4487.3 70.9 0.971 1.996 2.7035/8 15686 103.6 0.951

Anillos Rashing 5/8 10838 177.5 0.917Empaques Desordenados Plsticos

Anillos Pall 2 188.7 31.1 0.926 1.757 2.8162 (Malla) 1.886 2.9671.4 472.4 45.2 0.907 1.742 2.6541.0 1481.0 68.6 0.880 2.064 2.252 2.696 4.062

Anillos Hiflow 3.5 1.5972 198.1 36.6 0.924 1.8712 (Super) 1.7021 1.989

Anillos Bialecki 2 1.540 1.366 3.221NorPac 2 218.3 29.0 0.949 1.786 2.959

1.4 485.5 42.4 0.930 2.242 3.1791 1260.1 54.9 0.9271 Tipo A 2.656 3.4191 Tipo B 2.472 3.2771 Tipo C 2.156 2.9901 10web 2.083 2.8657/8 2.173 2.8935/8 2.406 2.246 2.911 3.881

Sillas Intalox 2 1.5482 (Malla) 1.657 2.3821.4 1.600 2.317

Anillos Ralu 2 1.812 2.317TriPacks Jaeger 13/4Tellerette 13/4 2.132 2.843

1 2.913



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(4.3.1.2.) Correlaciones basadas en el concepto de mxima capacidad deoperacin. La mxima capacidad de operacin (MOC por sus siglas en ingls)se define como el mximo flujo de vapor que permite una operacin a un nivelde eficiencia normal del empaque. An cuando algunos autores prefieren eluso de este concepto para el dimensionamiento de torres empacadas en vezdel punto de inundacin, determinar la MOC es difcil, y da lugar a un alto gradode subjetividad. Adicionalmente, la determinacin de la MOC es sensible a laprecisin en la medida de la eficiencia del empaque.

Las correlaciones para la determinacin del MOC a veces estn disponibles enla literatura abierta, o en programas suministrados por los fabricantes. La nicacorrelacin distinta a stas es la de Kister y Gill:us,MOC 0.95us,Fl (10)

Donde es us,Fl evaluado con la ecuacin (1). Esta correlacin tiene unaprecisin de 20%, tanto para empaques estructurados como desordenados.La referencia 1 seala que para empaques estructurados de alta capacidad degeometra nica tales como Norton Intalox 2T y Jaeger Maxpac, la ecuacin (1)consistentemente predice puntos de inundacin de 5 a 10% menores del valorreal.

Normalmente, se recomienda disear torres empacadas con un margen del 10al 20% del MOC. Puesto que la MOC esta usualmente 5% por debajo del puntode inundacin, este criterio equivale a disear de un 76 a 86% de la velocidadde inundacin, que es por lo tanto menos conservador que el criterio del factorde inundacin.

(4.3.1.3.) Correlaciones basadas en el criterio de cada de presin: Elcriterio de cada de presin se usa con frecuencia para especificar la capacidadde una torre empacada. Sin embargo, este concepto adolece de mltipleslimitaciones, por ejemplo: 1) La cada de presin vara con el dimetro de lacolumna para columnas menores a 1 m. de dimetro, 2) La cada de presin esmayor para lechos secos que hmedos, 3) Las mediciones de cada de presinen alto vaco (



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Las cadas de presin recomendadas se listan en la Tabla N 4. La cada depresin es el criterio que generalmente fija el dimetro de la torre en lossiguientes servicios: destilacin al vaco, servicios con formacin de espuma ycuando se requiere minimizar el tamao del motor de compresores/sopladores.

Interpolacin en grficas GPDC. Al superponer puntos de datos experimentales(para un empaque dado) en las curvas de la correlacin de cada de presingeneralizada (figuras GPDC), las figuras GPDC se convierten en figuras deinterpolacin. Las curvas de la correlacin ayudan a guiarse en la interpolacin.

La abcisa de la grfica esta dada por el parmetro de flujo:

Flv LG

GL

(11)

y la ordenada por:

Parmetro de Capacidad = Cs FP0.5 0.05 (12)

Donde:

= viscosidad cinemtica del lquido en centistokes (= , (cP) / )CS= factor C (La velocidad superficial del vapor corregida por las densidades del

lquido y vapor, dada por:

Cs uSG

L G

(14)

FP = factor de empaque, el cual es un factor emprico caracterstico de la formay el tamao del empaque. Debido a los distintos valores reportados en laliteratura, se deben usar los factores de empaque dados en la Seccin 8 paracada empaque.



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TABLA 4. CADAS DE PRESIN MXIMAS RECOMENDADAS PARA COLUMNAS CONEMPAQUES DESORDENADOS

Tipo de Sistema

Mxima Cada dePresin, plg. de agua por

pie de empaque

Fraccionador Atmsferico

0.51.0

Fraccionadores de media a baja presin

0.51.0

Destilacin a alta presin

0.06 < G/ L 20

Nota 6

Absorbedores de aminas (Nota 5)

0.25

Absorbedores de carbonato caliente (Nota 5)

0.3

Secado de Cloro (Nota 7)

0.10.15

Absorcin de SO3 (Nota 8)

0.250.30

Atmsfericos

0.20.4

Presin (Nota 9)

0.51.0

Regeneradores (Nota 5)

0.150.6

Despojadores con gas inerte de sistemas espumantes(Nota 5)

0.25

Despojadores con vapor o solvente y rehervidor (ReboiledSolvent) de sistemas espumantes

0.3

Regeneradores de Aminas (Nota 5)

0.3

Regeneradores de carbonato caliente

0.4

Atmsfericos

0.20.4

Presin (Nota 9)

0.51.0

Lavadoras (Scrubbers) (Nota 10)

0.250.6

Con agua

0.6

Con lquidos distintos a agua L > 50 lb/ft3

0.4

Scrubbers con formacin de espuma

0.35



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Tabla 4 (continuacin):Notas:

1. Basado en la Ecuacin (13):P 33F0.5p C2.4S (13)

2. Basado en la Grfica 1.3. Debido a las consideraciones de tasa mnima de mojado, no se recomienda

disear para cadas de presin menores a 0.1 plg. de agua por pie.4. Las razones para la baja cada de presin recomendada en sistemas de

vaco la formacin de roco y retencin de lquido experimentada en vaco,y la minimizacin de la temperatura de fondo y por tanto la degradacin delos materiales.

5. La cada de presin mxima recomendada es baja debido a la tendenciaa la formacin de espuma, lo cual es equivalente a incorporar un factor deseguridad (F.S.) por esta razn.

6. El flujo de gas no debe exceder de 85% del caudal que ocasione una cadade presin de 1.5 plg. de agua por pie.

7. Se refiere al secado del gas cloro usando cido sulfrico. La razn de labaja cada de presin es que el Cloro es secado en un grupo de torresarregladas en serie, por lo cual se desea que la cada de presin global delsistema sea baja.

8. Se refiere a la absorcin de SO3 en la produccin de cido sulfrico. Larazn de la baja cada de presin es evitar la retencin de cido fuera delabsorbedor a la vez que se permite algn aumento de la cada de presindebido a la acumulacin de productos de sulfonacin y astillas de empaqueen el lecho empacado.

9. Presumiblemente en servicios sin formacin de espuma.10. Algunos ejemplos incluyen HF, HCL, Amonaco, Lavadores de dixido de

azufre.



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En estas grficas tambin se presentan datos correspondientes a la capacidadmxima de operacin (MOC) y de inundacin. Cuando esta informacin esteausente, las ecuaciones 1 y 10 pueden ser usadas para determinaraproximadamente el punto de inundacin a partir de los datos de cada de presin.

Que criterio usar: Algunos diseadores han abandonado el criterio de punto deinundacin, a favor del de MOC. Ninguno de estos criterios esta libre delimitaciones, pero los asociados con el MOC son bastante ms restrictivos.

El criterio de mxima cada de presin debe ser usado conjuntamente con el deinundacin. La columna ser entonces diseada para el mas conservador de losdos criterios. Si prefiere usar el criterio de MOC en vez del punto de inundacin,el criterio de cada de presin deber se usado en conjunto con el de MOC, y lacolumna ser diseada para el mas conservador de los dos.

4.4 Cada de presin promedioPara clculos por computadora, un lecho empacado puede ser dividido en variassecciones. La cada de presin del lecho es la suma de la cada de presin detodas las secciones. Alternativamente, la cada de presin especifica puede sercalculada en el tope y fondo del lecho. La cada de presin especfica promediose calcula entonces como:

P 0.5P0.5Tope 0.5 P0.5fondo (15)

En vez de usar la Ec. (15), la cada de presin especfica puede ser calculada comoel promedio aritmtico de Ptope y Pfondo. Esto proporciona un estimadoligeramente conservador de la cada de presin promedio.

4.5 Tasa mnima de mojado (Min. Wetting Rate)La tasa mnima de mojado (MWR por sus siglas en ingles) es el lmite deestabilidad inferior de un empaque. Es la carga lquida por debajo de la cual lapelcula de lquido descendente se rompe, y esta disminucin de lquido produceque el empaque se seque. El rea disponible para la transferencia de masadisminuye, y la eficiencia cae.

Empaques desordenados: Las reglas empricas dadas por Glitsh para susempaques desordenados tipo CMR estn recogidas en la Tabla 5.



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TABLA 5. TASA MNIMA DE MOJADO RECOMENDADA POR GLITSH (Base: anillos CMR con ap >43 pie3/pie2)

Material

Tasa mnima de mojado,m3/h m2 (gpm/pie2)

Cermica no porcenalizada (chemical stoneware)

0.5 (0.2)

Metal oxidado (acero al carbono, cobre)

0.7 (0.3)

Superficie metlica tratada (acero inox. erosionado)

1.0 (0.4)

Cermica porcelanizada

2.0 (0.8)

Vidrio

2.5 (1.0)

Metal brillante (acero inox, tantalio, otras aleaciones)

3.0 (1.2)

PVCCPVC

3.5 (1.4)

Polipropileno

4.0 (1.6)

Fluoropolmeros (tipo PTFE)

5.0 (2.0)

Los valores recomendados en la Tabla 6 aplican solo para empaquesdesordenados CMR #1, #1.5 y #2. La referencia 4 indica que la siguiente ecuacinpuede ser usada para extender estos valores a empaques distintos:

QMW QMW de la Tabla 6 x 60 ap0.5 (16)

Empaques estructurados: Los empaques estructurados se distinguen por suscaractersticas de mojabilidad superiores comparadas con los empaquesdesordenados. Con empaques metlicos, se ha reportado un funcionamientossatisfactorio hasta 0.1 gpm/pie2 en hojas corrugadas, y hasta 0.05 gpm/pie2 enempaques estructurados tipo malla tejida.

5 ALTURA DE LA COLUMNAEl nico mtodo que se considerar para determinar la altura requerida delempaque es el de altura equivalente a una etapa terica (HETP por sus siglasen ingls). Otros mtodos como el de la altura de una unidad de transferencia(NTU en ingls) son ms complejos, ms difciles de usar y adicionalmentemejoran muy poco la precisin, en comparacin con el mtodo de HETP. Entrelos factores que influencian la eficiencia de un empaque se encuentran lossiguientes:Tamao y tipo de empaque: Generalmente la eficiencia de un empaqueaumenta cuando:



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El rea superficial por unidad de volumen aumenta. La eficiencia aumentacuando el tamao del elemento del empaque disminuye (empaquedesordenado) o el tamao del canal se hace ms pequeo (empaqueestructurado).

La superficie del empaque esta mejor distribuida alrededor del elemento deempaque

Carga lquido/vapor: Para una operacin estable con una relacin L/Vconstante, generalmente: Las cargas de lquido y vapor tienen poco efecto en el HETP de un empaque

desordenado La eficiencia disminuye con la carga en un empaque estructurado. El efecto es

mas pronunciado en los empaques de malla tejida , y mucho menospronunciado en los de hojas corrugadas. En los empaques estructurados tipohoja corrugada con ondulaciones mas grandes, la eficiencia es prcticamenteindependiente de las cargas lquido/vapor.

Distribucin: Tanto una mala distribucin de lquido como de vapor causan unadisminucin grande en la eficiencia de los empaques.Presin: Generalmente la presin tiene poco efecto en la eficiencia de losempaques al menos por encima de presiones del orden de 0.07 a 0.14 bar abs.(1 a 2 psia). En destilacin a alta presin (> 14 a 20 bar abs.) se ha observado quela eficiencia de los empaques estructurados disminuye con un aumento depresin.Propiedades fsicas: La eficiencia de un empaque es relativamente insensiblea las propiedades del sistema. Sin embargo, para los sistemas acuosos, laeficiencia de un empaque estructurado tiende a ser menor que para sistemas noacuosos.

5.1 HETP, empaques desordenadosDebido a que solo unas pocas variables afectan significativamente la HETP, y alo impreciso de hasta el mejor mtodo de transferencia de masa, las reglasempricas pueden ser usadas con mucha confiabilidad. Para empaquesdesordenados las siguientes reglas son recomendadas por la referencia 1:HETP (pies) = 1.5dp (plg),para anillos Pall, o empaques similares de

alta eficienciaHETP DT para DT (dimetro de la torre) < 2 piesEn columnas de alto vaco (< 0.15 bar abs.), y donde hay problemas de malairrigacin (underwetting) estas reglas pudieran se optimistas, por lo que algunosautores han recomendado sumar 150 mm (6 plg.) a los valores anteriores debidoa la reducida eficiencia de irrigacin.

(17)



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Empaques estructurados: Una regla emprica que ha resultado satisfactoria es:

HETP (plg) 1200ap ft3ft2

4 (18)Se debe eliminar el 4 aadido cuando el ngulo de las ondulaciones (crimps) esde 45 (Ref. 1).Prediccin de HETP por interpolacin de datos: La interpolacin de datosexperimentales es el mtodo ms confiable de obtener altura equivalentes a unaetapa terica (HETP) de diseo. La referencia 1 recomienda verificar los valoresobtenidos por interpolacin con las reglas empricas.

5.2 Efectos de la mala distribucin en el diseo de columnas empacadasLos efectos de una mala distribucin son mas severos en columnas grandes yempaques de pequeo dimetro. La eficiencia de un empaque puede disminuirpor un factor de 2 a 3 debido a una mala distribucin.Una buena prctica de diseo es la de seleccionar un tamao de empaque con unarelacin DT/Dp entre 10 y 40. Con frecuencia esto es imprctico, por lo cual soncomunes relaciones mayores. Existe un incentivo para disminuir la relacincuando esta excede 40. Cuando se excede un valor de 100, es muy difcildisminuir los efectos de la mala distribucin. Se deben evitar relaciones queexcedan 100, o se deber tomar en cuenta la perdida de eficiencia por este factor.Para evitar los efectos de mala distribucin de pared la relacin DT/Dp debe sermayor a 10.Otro factor a ser tomado en consideracin es que los lechos de empaquespequeos o estructurados que desarrollan mas etapas tericas por lecho son a suvez ms sensibles a una mala distribucin que un lecho de la misma profundidad,pero con empaques ms grandes. Las columnas con menos de 5 etapas tericaspor lecho son relativamente insensibles a una mala distribucin de lquido. Con10 o ms etapas por lecho, la eficiencia es extremadamente sensible a la maladistribucin.

6 INTERNOS DE TORRES EMPACADASEl buen funcionamiento de una torre empacada depende no slo del tipo deempaque usado, sino tambin del diseo efectivo de los internos de la torre. Laseleccin de los internos puede afectar tanto la eficiencia como la capacidad deoperacin. Una distribucin adecuada del lquido y el vapor ayuda a proveer elcontacto necesario lquido/vapor para obtener la mxima eficiencia del empaque.

6.1 Distribucin de lquidoCualquier distribuidor de lquido no esta exento de una mala distribucin, ya quepor razones practicas, el lquido puede ser dividido solamente en un nmero



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limitado de corrientes. Las consideraciones principales al seleccionar undistribuidor para un servicio dado son la compatibilidad con el servicio y evitar unamala distribucin a gran escala. Es conveniente recalcar que la flexibilidadoperacional (turndown) de una torre empacada usualmente viene dada por larelacin de flujo mnimo de su equipo de distribucin.Los tipos ms comunes de distribuidores de lquido comerciales se muestran enlas Figuras 2, 3, 4 y son comparados en la Tabla 6. Actualmente estn disponiblesen el mercado varios diseos modernos, llamados con frecuencia distribuidoresde alto rendimiento (high performance), los cuales son versiones sofisticadas delos de tipo comn. Estos distribuidores tienen incorporadas caractersticas paraminimizar una mala distribucin a gran escala, y mejorar la compatibilidad con elservicio dado. Su diseo es propiedad de los fabricantes, y se puede esperar queexhiban un mejor comportamiento que los distribuidores estndar, cuando estnadecuadamente diseados, fabricados e instalados.Los distribuidores de lquidos son usualmente clasificados en distribuidores apresin y distribuidores por gravedad. En general los distribuidores a presinproporcionan mayor rea abierta para un flujo de vapor dado y tienden a ser menoscaros, ms livianos, menos robustos y requerir menos tubera conductora que losdistribuidores por gravedad. Su desventajas son un alto costo de operacin(debido a la cada de presin del lquido), susceptibilidad de taponamiento ycorrosin, retencin de lquido (entrainment), y una calidad de distribucin delquido relativamente inferior. Los distribuidores a presin ms comunes son el detubera perforada y el tipo rociador.Los tipos ms comunes de distribuidores por gravedad son el tipo vertedero y eltipo orificio. Ambos tipos pueden manejar grandes flujos de lquido. El tipovertedero generalmente es uno de los distribuidores menos problemticos, conuna flexibilidad operacional (turndown) excelente, pero usualmente solo puedeproporcionar un nmero limitado de puntos de goteo y es extremadamentesensitivo a la nivelacin y agitacin superficial. El tipo orificio puede sufrircorrosin y taponamiento, pero puede ser diseado con un nmero mayor depuntos de goteo para permitir una distribucin de lquido superior.



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Fig 2. TIPOS COMUNES DE DISTRIBUIDORES DE LIQUIDO PARTE 1. A) DISTRIBUIDOR DE TUBOS ESCALONADOS;

B) DISTRIBUIDOR ANILLO PERFORADO;C) DISTRIBUIDOR SPRAY.

A

B

C



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Fig 3. TIPOS COMUNES DE DISTRIBUIDORES DE LIQUIDO PARTE 2.D) DISTRIBUIDOR DE BANDEJA DE ORIFICIOS;

E) DISTRIBUIDOR DE TUNEL DE ORIFICIOS.

D

E



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Fig 4. TIPOS COMUNES DE DISTRIBUIDORES DE LIQUIDO PARTE 3.F) DISTRIBUIDOR DE RANURAS (NOTCHEDTROUGH);

G) DISTRIBUIDOR DE ELEVADOR Y VERTEDERO (WEIRRISER).

F

G



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6.1.1 Distribuidores de tubera perforadaLos distribuidores de tubera perforada (TP.) son usualmente del tipo escalera oanillo perforado. Las perforaciones son hechas en el lado inferior de la tubera.El de tipo escalera es usualmente el mas fcil de fabricar, y es por lo tanto menoscostoso que el de anillo perforado. Estos distribuidores son los mas adecuadoscuando las velocidades msicas del vapor son altas, y cuando se requiere de unrea abierta que exceda el 70% para evitar inundacin localizada. Se debenseguir las siguientes recomendaciones generales: Los distribuidores de TP. son adecuados para lquido solamente, y deben ser

evitados cuando hay presencia de vapor. Se recomienda generalmente que estn localizados de 150 a 200 mm. (6 a 8

plg.) por encima del plato de retencin, para permitir la separacin del vapor dellecho antes de que pase a travs del distribuidor.

La velocidad del lquido en las perforaciones no debe exceder de 1.2 a 1.8 m/s(4 a 6 pie/s), y se debe evitar una alta cada de presin a travs del distribuidor,puesto que esto pudiera restringir el nmero de puntos de goteo.

Los distribuidores de TP. deben ser evitados en servicios donde pueda ocurrirtaponamiento, tales como cuando hay slidos presentes, o cuando el lquidoesta cerca de su punto de congelacin. Tampoco deberan ser usados cuandoel lquido pueda corroer, erosionar o expandir los orificios de otra manera,puesto que algunos orificios pudieran expandirse mas que otros, causandomala distribucin.

6.1.2 Distribuidores tipo boquillas rociadorasLos distribuidores de boquillas rociadoras (BR.) son cabezales de tuberasequipados con boquillas rociadoras en la parte inferior de los tubos. Son masusados en servicios de transferencia de calor y de lavado, y con muy pocafrecuencia en fraccionamiento. Los servicios donde estos distribuidores sonfrecuentes incluyen: columnas de crudo en refineras, fraccionadores principalesde FCC, torres de vaco en refineras, columnas muy pequeas (donde una solaboquilla cubra toda el rea transversal de la columna), y aplicaciones donde sedesee una gran capacidad de manejo de vapor. Se requiere el uso de eliminadoresde lquido arrastrado (demisters) encima del distribuidor. Algunas guas para sudiseo y seleccin son las siguientes: Tpicamente los distribuidores de BR. usan rociadores de ngulo ancho (120),

y estn localizados de 460 a 900 mm por encima del lecho, irrigando un reade 0.5 a 0.9 m2 ( 5 a 10 pie2) por boquilla). Las cadas de presin tpicas estnen el orden de 0.35 a 2.1 bar (5 a 30 psi).

Se requiere del solapamiento de rea irrigada por cada boquilla en el tope dellecho.



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TABLA 6. DISTRIBUIDORES DE LIQUIDO

Escalera Anillo perforado Boquillasrociadoras

Bandeja deorificio

Tneles conorificio

Bandeja conperforaciones

Vertederoelevador

(Ladder) (Multiple spray) (Orifice Pan) (Tunnel Orifice) en V (NotchedThrough)

(Weir Raiser)

Diagrama

Fuerza motriz(Driving force)

Presin Presin Presin Gravedad Gravdedad Gravedad Gravedad

Tipo Tubera perforada Tubera perforada Roco (Spray) Orificio Orificio Vertedero Vertedero

Materialesdisponibles

Metal, plstico Metal, plstico Metal Metal, Plstico,Cermica

Metal Metal,m Plstico,Cermica

Metal, Plstico,Cermica

Dimetro de la torre,mm

> 460 > 920 Cualquiera Cualquiera 1200

Cualquiera > 600 Cualquiera 900 mm)son del tipo orificio o vertedero. El de tipo orificio es el mas usado ya que norequiere la adicin de un colector de lquido, el cual consume mas espacio verticale incrementa el costo y complejidad de una columna. Sin embargo, cuando eldimetro de la columna excede de 6 a 9 m., el redistribuidor solo no es suficientepara mezclar bien el lquido, por lo que se hace necesario el colector.Las recomendaciones generales hechas para los distribuidores tipo orificio yvertedero aplican tambin para los redistribuidores del mismo tipo, al igual que las



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recomendaciones hechas para entradas lquidas a los distribuidores son comunesa los redistribuidores.

6.5 Distribuidores de vaporLos distribuidores de vapor tpicamente estn ubicados en o encima de laalimentacin de vapor, entre secciones con empaques y platos, o encima de unaseccin de transicin donde el dimetro cambia. Los tipos mas usados son lossiguientes (ver Figura 4): Tubera sparger (tubera con perforaciones que va sumergida en el lquido,

emitiendo el vapor en forma de burbujas). Distribuidor de vapor (esencialmente un plato tipo chimenea). Un soporte distribuidor de vapor (una lamina perforada con risers de vapor).Los equipos de distribucin de vapor deberan ser instalados siempre que un flujode vapor de alta velocidad, desigualmente distribuido sea dirigido hacia un lechoempacado. En general, cuando el cabezal de velocidad de este vapordesigualmente distribuido (p. ej. vapor en la boquilla de entrada) es del mismoorden de magnitud de la cada de presin del lecho empacado superior, hay unincentivo para instalar un distribuidor de vapor; cuando es de menos de un dcimode la cada de presin del lecho, un distribuidor no genera ningn beneficio.Algunas guas adicionales son las siguientes: Se requiere de un distribuidor de vapor cuando el factor F a la entrada de la

columna excede 52 .4 P . El factor F es igual a la velocidad de entrada en piespor segundo por la raz cuadrada de la densidad del gas en libras por pie cbico,y el P es la cada de presin del lecho en pulgadas de agua por pie deempaque.

Si el vapor entra en la columna con un factor F menor que 52.4 P y al cadade presin del lecho excede 0.08 plg de agua por pie de empaque, no seconsidera que la distribucin del vapor cause problemas, y no se requiere deun distribuidor. Esto aplica para columnas menores de 6 m. de dimetro.

Si es aceptable una alta cada de presin, se recomienda el uso de una tuberatipo sparger, cuando el factor Fh de vapor a la entrada se encuentra entre52.4 P y 81 2. P , lo que elimina la necesidad de un distribuidor mssofisticado.

La cada de presin a travs de un distribuidor o un soportedistribuidor debeser al menos igual al cabezal de velocidad en la boquilla de entrada a lacolumna. Tpicamente se usa una cada de presin de 1 a 8 plg. de agua enestos distribuidores.

No se deben usar soportesdistribuidores de vapor en servicios con formacinde espuma.



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6.6 Soportes de empaqueLos soportes de empaque deben cumplir con las siguientes funciones:

1. Soportar fsicamente el empaque.

2. Proveer suficiente rea abierta con el fin de permitir un flujo irrestricto delquido y vapor.

3. Evitar la migracin descendente de piezas de empaque.

El rea abierta de la mayora de los soportes de empaque modernos estn en elorden de 70%, y es menor del 65% para soportes construidos en cermica,carbono y plsticos. Cuando el rea abierta de un soporte es relativamentepequea, este puede convertirse en un cuello de botella para la capacidad de lacolumna. Una pista til se tiene cuando se compara el rea abierta del soporte conel rea abierta fraccional del empaque. Si la primera es significativamente menorque la ltima, se puede iniciar una inundacin prematura en el soporte, ypropagarse al empaque.

Para evitar la migracin descendente de piezas de empaque, las aberturas delsoporte deben ser menores al tamao del empaque. No se recomienda la prcticade colocar mallas metlicas encima del soporte, pues esto puede reducir el reaabierta disponible.

Los tipo de soportes de empaque mas usados son los platos de soporte deinyeccin de gas, y los soportes tipo parrilla (ver Figura 5). Otros soportes tambinusados son empaques estructurados (en torres de vaco) y soportes corrugados(en torres menores de 600 mm de dimetro).Los soportes estndar metlicos y plsticos de inyeccin de gas puedenproporcionar un rea abierta de aproximadamente 100% o mas del reatransversal de la columna, con una cada de presin menor de 0.25 plg. de aguay que rara vez excede los 0.75 plg. de agua. Este tipo de soporte debe ser laprimera seleccin con empaques desordenados plsticos y metlicos.

Los soportes tipo parrilla son generalmente menos caros que los de inyeccin degas, y pueden suministrar reas abiertas mayores al 70% en cermica, y mayoresal 95 % en metal y plstico. Son comnmente utilizados para empaquesestructurados, donde los soportes de inyeccin de gas normalmente soninadecuados.

Los soportes tipo parrilla no tienen suficiente rea abierta para tamaos pequeosde empaques desordenados. La mayora de los diseos estndar de soportes tipoparrilla son adecuados para empaques mayores de 40 mm (1.5 plg.).



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7 EJEMPLO DE DIMENSIONAMIENTO DE TORRESEMPACADAS

Se debe dimensionar una columna depropanizadora con empaques. para lascargas lquidovapor, y propiedades fsicas dadas en la Tabla 7, la alimentacines de 20000 lbmol/h, la carga mnima anticipada es de 60% del diseo.La columna tiene 20 etapas tericas, excluyendo el rehervidor y el condensador,la alimentacin es en la etapa 9 (desde el tope), 66% mol vaporizada. La columnaopera a una presin de 315 psia, la relacin de reflujo es de 1.5 y la composicines (mol%):

Metano 26Etano 9Propano 25nButano 17nPentano 11nHexano 12Total 100

El servicio es limpio, las corrientes tienen un contenido despreciable de slidos yla tendencia a la corrosin es baja. El sistema tiene tendencia a la formacin deespuma, y no se esperan incrementos sbitos (surges) de presin.

7.1 Primera iteracinEl primer paso consiste en seleccionar el tipo de empaque. La depropanizadoraes un servicio de destilacin de alta presin. En la seccin 4.2 se recomienda nousar empaques estructurados en destilacin a alta presin. Las rejillas son raravez usadas para servicios de destilacin limpios. La escogencia ms clara esentonces empaques desordenados. Debido al bajo potencial de corrosinesperado del servicio se puede usar acero al carbono como material del empaque.Los empaques plsticos no ofrecen ninguna ventaja distintiva, y pudieran ser unproblemas en los arranques y paradas de la columna, donde se requiere el uso devapor para limpieza de la columna.



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TABLA 7. CARGA DE LA COLUMNA Y PROPIEDADES FSICAS: DEPROPANIZADORA

Vapor a la etapa

Lquido de la etapa

Etapa

F

lb/h

CFS

v

F

lb/h

GPM

L

L

1

108

109728

12.705

2.399

70

73910

310

29.820

5.31

0.136

2

119

120812

13.559

2.475

108

84994

378

27.979

3.37

0.129

3

126

121184

13.584

2.478

119

85360

380

27.944

3.3

0.128

4

134

119412

13.451

2.466

126

83588

370

28.187

3.35

0.128

5

144

118186

13.378

2.454

134

82360

360

28.498

3.44

0.129

6

157

117122

13.339

2.439

144

81280

352

28.816

3.53

0.130

7

172

114732

13.246

2.406

157

78926

336

29.208

3.66

0.131

8

199

109310

13.060

2.325

172

73504

304

30.122

4.44

0.123

9

225

82856

7.629

3.017

211

139172

598

29.029

3.40

0.123

10

235

93602

8.347

3.115

225

149918

656

28.457

3.60

0.124

11

242

100406

8.751

3.187

235

156724

694

28.159

3.41

0.126

12

249

105908

9.049

3.251

242

162228

724

27.934

3.28

0.126

13

255

111198

9.332

3.310

249

167520

754

27.735

3.16

0.125

14

261

115806

9.560

3.365

255

172126

778

27.574

3.07

0.123

15

266

119144

9.705

3.410

261

175468

796

27.454

3.00

0.121

16

272

122464

9.863

3.449

266

178788

816

27.344

2.94

0.119

17

280

124948

9.954

3.487

272

181272

828

27.268

2.90

0.117

18

291

126714

9.963

3.533

280

183038

838

27.225

2.87

0.115

19

309

129112

9.924

3.614

291

185434

850

27.191

2.84

0.113

20

309

56324

260

26.997

2.05

0.110

Condiciones Seleccionadas para Clculos Hidrulicos

Seccin de Tope

3

126

121184

13.584

2.478

119

85360

380

27.944

3.3

0.128

8

199

109310

13.060

2.325

172

73504

304

30.122

4.44

0.133

Seccin de Fondo

19

309

129112

9.924

3.614

291

185434

850

27.191

2.84

0.113

9

225

82856

7.629

3.017

211

139172

598

29.029

3.40

0.133



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Se esbozar un diseo preliminar basado en un empaque del que se disponga deinformacin confiable cerca del punto de operacin, p. ej. anillos Pall. Unacolumna construida con este diseo debe trabajar, y la nica diferencia con undiseo final sera que estara algo sobredimensionada. Por lo tanto se seleccionananillos Pall de acero de 2 a lo largo de toda la columna, como primeraaproximacin, esto ser posteriormente revisado. Debido a la tendencia deformacin de espuma del servicio, es necesario utilizar un factor de seguridadpara los clculos de inundacin. En este caso ser de 0.9 (Ref. 1).Para el empaque seleccionado, el punto de inundacin puede ser determinadoprecisamente por interpolacin (Secc. 8), usando la figura 10.1004A. Alternativamente, el punto de inundacin puede ser determinado utilizando lacorrelacin de Kister y Gill, [Ec. 1]. La Correlacin GPDC (figura de Eckert) delpunto de inundacin (Grfica 1) no es adecuada para anillos Pall de 2.Los resultados son los siguientes:

Seccin deTope

Seccin deFondo

Notas

1. Pto de inundacin por interpolacin GPDC

G, lb/h pie2

121184/AT

129112/ AT

Tabla 7

L, lb/h pie2C

85360/AT

185434/AT

Tabla 7

PG, lb/pie3

2.478

3.614

Tabla 7

L, lb/pie3

27.944

27.191

Tabla 7

Flv

0.210

0.524

Ec. (11)

Parmetro de Capacidad

1.29

0.95

figura 10.10004A

L, cP

0.128

0.113

Tabla 7

, cS

0.286

0.259

62.4L /L

Fp, pie1

27

27

figura 10.10004A

CS,FL, pie/s

0.264

0.196

Ec. (12)

2. Punto de inundacin por la correlacin deKister y Gil

PFL, en plg. de agua por pie de empaque

1.16

1.16

Ec. (1)

Flv

0.210

0.524

Idem al anterior

Factor de Capacidad @ inundacin

1.27

0.93

figura 10.1004B

CS,FL, pie/s

0.260

0.192

Ec. (12)



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Los dos clculos hechos por distintos procedimientos concuerdan bastante bien.Debido a que el mtodo de interpolacin de datos es ms preciso que el decorrelaciones, los valores calculados por interpolacin se usarn para el diseo.

Para el clculo del dimetro de la columna se usar un factor de inundacin del75%, segn los criterios establecidos en la seccin 4.3. Adicionalmente, se debertomar en cuenta la formacin de espuma, por lo que se usar un factor deseguridad (F.S.) de 0.9 (derating factor) para los clculos de inundacin.

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

Cs, diseo (sin F.S.), ft/s

0.198

0.147

0.75 x Cs,FL

Cs, diseo (con F.S.), ft/s

0.178

0.132

0.9 x (Cs, diseo)

G L G

0.312

0.392

uS diseo (con F.S.), ft/s

0.572

0.337

Ec. (13)

Carga de Vapor

13.584

9.924

Tabla 7

AT, pie2

23.75

29.43

Carga de Vapor/ uS

DT, pie

5.5

6.12 4AT

7.2 Clculo del dimetro usando el criterio de mxima cada de presin

El criterio de mxima cada de presin es usado en conjunto con criterio de puntode inundacin, fijndose el dimetro de la columna como el mas conservador entreambos . La Tabla N 4 proporciona el criterio de mxima cada de presin, loscuales son usados en los clculos siguientes:



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+

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

GL/L

0.089

0.133

L/H2O

0.448

0.436

Fp, pie1

27

27

Secc. 8

Mx. P, plg. deagua por pie

0.86

0.83

Tabla 4, Nota 1

, dina/cm

3.3

2.84

Tabla 7

mx 33 Fp

0.0166

0.0137

Ec. (13)

CS,mx

0.181

0.167

Ec. (13)

uS, mx

0.580

0.426

Ec. (14)

AT, pie2

23.42

23.3

Carga de Vapor/ uS, MX

DT, pie2

5.46

5.45 4AT

Notes que no se uso el factor de seguridad por formacin de espuma. En elclculo previo se us este factor debido a que la tendencia a la formacin deespuma a alta presin no es tomada en cuenta en el mtodo de interpolacin, elcual esta basado en datos a menor presin. A diferencia de lo anteriormenteexpuesto, el criterio de cada de presin usado aplica especficamente paradestilacin a alta presin, y por lo tanto debe incluir cualquier factor de seguridadrequerido.

Tanto el criterio de punto de inundacin como el de cada de presin dierondimetros de la torre similares. El dimetro ms conservador entre ambos criterioses de 5.5 pies (1676 mm) para la seccin de tope y 6.12 pies (1865 mm.) para laseccin de fondo. Ya que los dimetros para las secciones de tope y fondo no sonmuy diferentes, es atractivo utilizar un dimetro de torre uniforme (normalmentela diferencia de dimetros en una columna debera ser de mas del 20% para quesea rentable el uso de diferentes dimetros). El dimetro preliminar de la columnaes el mayor para las dos secciones, es decir 6.12 ft. Este dimetro normalmentese redondea al medio pie ms cercano, pero en este ejemplo es redondeadosolamente al cuarto de pie ms cercano. Un dimetro de 6.12 esta bastante mascercano a 6 pies (1829 mm) que a 6.5 pies (1981 mm). El dimetro de la columnaes relativamente pequeo, y tres pulgadas sucesivas incrementansubstancialmente el costo. La columna es operada a alta presin, y las carcasasde alta presin son costosas. Por lo tanto, el dimetro preliminar de la columnase fija en 6 pies, 3 plg. (1905 mm.)



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Clculos de la altura del lecho

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

dp, plg.

2

2

Seccin 6.1

DT, pies

6.25

6.25

Clculos anteriores

12 DT/dp,

38

38

HETP, pies

3

3

Ec. (17)

n

7

11

Tabla 7

Altura total empacada,pies

21

33

n x HETP

Comentarios

Los criterios establecidos en las Secc. 5.2 y 5.4 establecen que se debe redistribuirel lquido aproximadamente cada 20 pies (6 m), y no tener ms de 10 etapastericas por lecho. Ambos criterios sugieren que la seccin de fondo de la torredebera tener dos lechos empacados con un redistribuidor al medio, mientras quela seccin de tope tendra solo un lecho.Si se substituyeran los anillos Pall de 2 plg (50 mm) por otros de 1.5 plg.(38 mm) en la seccin de fondo, la altura empacada se reducira a 25 ft (7.6 m),al precio posiblemente de solo un ligero incremento del dimetro de la torre. Estohara posible eliminar el redistribuidor y tener un solo lecho empacado en laseccin de fondo. Tal diseo violara ligeramente el criterio de distribucinmencionado anteriormente, y tendra tambin una mayor cociente dimetrocolumna/dimetro empaque. Ambos factores haran a tal diseo mas sensiblesa una mala distribucin. Poco se sabe acerca de que tan daina es una maladistribucin para la eficiencia en destilacin multicomponente a alta presin. Loanteriormente expuesto justifica una inversin relativamente pequea en unredistribuidor, que hara el diseo menos sensible a una mala distribucin. Por lotanto se prefiere tener dos lechos de anillos Pall de 2 plg. en la seccin de fondo.Los clculos del punto de inundacin previos muestran que hay alguna capacidadociosa en la seccin de tope. Esto puede ser utilizado para reducir la altura de laseccin de tope mediante el uso de empaques mas pequeos. En este caso, tantoel nmero de etapas tericas como la menor altura del lecho empacado estarandentro de las guas dadas para una buena practica de redistribucin. El cocientedimetro columna/dimetro empaque aumentara en algo; sin embargo ir de 2 a1.5 plg. incrementara el cociente en 33%, y esto debera ser tolerable.En resumen, la segunda iteracin usara los siguientes valores:



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DT = 6.25 piesdp = 2 plg seccin de fondo, 1.5 plg seccin de tope

7.3 Dimensionamiento de la columna: segunda iteracin

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

DT, pies

6.25

6.25

Secc. 6.1

dp, plg.

1.5

2.0

Secc. 6.1

AT, ft2

30.68

30.68 D2T 4

Carga de vapor, ft3/s

13.584

9.924

Tabla 7

uS, diseo pie/s

0.443

0.324

Carga de vapor/AT

CS diseo, pie/s

0.138

0.127

Ec. (14)

Clculos del punto de inundacin

En la Seccin 4.3.1.1 se propusieron tres mtodos de clculo para el punto deinundacin: Interpolacin, la correlacin de Kister y Gill, y la correlacin de Billety Shultes. Para la seccin de tope, el mtodo de interpolacin no puede ser usadodebido a que, para anillos Pall de 1.5 plg., los datos de inundacin/MOC estndisponibles solo para parmetros de flujo menores a 0.07 (figura 10.1003). Elparmetro de flujo para la seccin de tope es de 0.21 (Secc. 6.1). Para la seccinde fondo, la correlacin de Billet y Shultes no puede ser usada debido a que elparmetro de flujo es 0.524. A este parmetro de flujo, requiere de un valor paraC2,FL (Ec. 5), pero este no esta disponible en la Tabla 3.



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Seccin deTope

Seccin deFondo

Notas

1. Pto. de Inundacin por Interpolacin GPDC

CS, FL, pie/s

0.196

Secc. 6.1

CS, FL (con F.S.), pie/s

0.176

0.9 x CS, FL

% de Inundacin

72%

100(Cs,diseo) /CS, FL (con F.S.)

2. Pto. de inundacin, correlacin Kister y Gill

Fp, pie1

40

Sin cambiosde la Secc. 6.1

figura 10.1003

PFL, en plg. de agua por pie deempaque

1.52

Ec. (1)

Flv

0.210

Secc. 6.1

Factor de Capacidad @ inundacin

1.45

figura 10.1003

, cS

0.286

Secc. 6.1

CS,FL, pie/s

0.244

Ec. (12)

CS,FL, con F.S.

0.220

0.173

0.9 x CS,FL

% de Inundacin

63%

73%

100(CS,diseo)/(CS,FL, con F.S.)

3. Pto. de Inundacin, correlacin Billet yShultes

ap

47.9

Tabla 3

uL

0.0277

L / (3600AT L)

ReL

187.2

Ec. (8)

GaL

30.92 x 106

Ec. (9)

0.946

Tabla 3

hL,Fl

0.316

Ec. (6)

Ci,Fl

1.679

Tabla 3

nFL

0.388

Ec. (4)

V

0.0090

Dato

uS,FL

0.736

Ec. (2)

uS,FL con F.S.

0.662

0.9 x uS,FL

% de Inundacin

67%

100(uS, diseo/uS,FLcon F.S.)



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Cumplimiento con el criterio de mxima cada de presin

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

Fp, pie1

40

27

Seccin 8

GL/L

0.089

0.133

Seccin 6.1

L/H2O

0.448

0.436

Seccin 6.1

Mx P, plg. de agua por pie

1.13

0.83

Tabla 4, Nota 1

, dina/cm

3.3

2.84

Tabla 7

P, plg. de agua por pie

0.55

0.43

Ec. (13)

Clculos de la altura del lecho

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

12 DT / dp

50

38

HETP, pies

2.25

3

Ec. (16)

n

7

11

Tabla 7

Altura total empacada, pies

16

33

n x HETP

Comentarios

Los clculos muestran que el diseo actual es adecuado. Los clculos del puntode inundacin efectuados usando distintas correlaciones dan resultados muysimilares. El factor de inundacin en el tope de la columna es relativamente bajo,y se pudiera pensar en reducir aun mas el tamao del empaque en esta seccin(1 plg., 25 mm), y disminuir la altura de la columna. Esto no es recomendable, puesesto incrementara el cociente dimetro columna/dimetro empaque a 75aproximadamente, haciendo la columna mas sensible a una mala distribucin.

7.4 Dimensionamiento de la columna: chequeos de diseo

Los chequeos de diseo que se llevarn a cabo en este ejemplo son capacidadmxima de operacin (MOC), datos de eficiencia, y tasa mnima de mojado(MWR).



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Chequeo de la MOC

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

CS, FL (con F.S.), ft/s

0.220

0.176

Secc. 6.2

CS,MOC (con F. S.), ft/s

0.209

0.167

Ec. (10)

CS, diseo, ft/s

0.138

0.127

Secc. 6.2

% MOC

66%

76%

100(CS,diseo)/(CS,FL, con F.S.)

Esto esta en lnea con los criterios de MOC establecidos en la Secc. 4.3.1.2.

Clculo de la cada de presin promedioLa mayora de los mtodos de clculo de la cada de presin suponen que lacolumna maneja una mezcla que no forma espuma. Por lo tanto, no aplicanestrictamente a la columna a alta presin de este ejemplo, donde los sistemas simuestran una tendencia a la formacin de espuma. El nico mtodo que aplicaen estas condiciones es el de Strigle (Ec. 13). Este mtodo fue usado previamentepara chequear el cumplimiento del criterio de mxima cada de presin. Se usaaqu para calcular la cada de presin promedio.

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

P, @ etapas 3 y 19, plg. de aguapor pie

0.55

0.43

Secc. 6.2

Clculos de etapas 8 y 9:

Tabla 7

G,

2.325

3.017

Tabla 7

L,

30.122

29.029

Tabla 7

Carga de Vapor

13.060

7.629

Tabla 7

AT

30.68

30.68

Secc. 6.2

uS

0.426

0.249

Carga de vapor/AT

CS,

0.123

0.085

Ec. (13)

4.44

3.40

Tabla 7

Fp

40

27

Secc. 6.2

P, plg. de agua por pie

0.31

0.13

Ec. (13)

P promedio, plg. de agua por pie

0.42

0.26

Ec. (15)



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ComentariosEste clculo esta basado en datos para sistemas que no forman espuma. La cadade presin calculada es satisfactoria, pero la cada de presin real ser algomayor, debido a la tendencia a la formacin de espuma.

Chequeos de eficienciaLos datos de la altura equivalente a una etapa terica (HETP) sern comparadoscon el HETP calculado (Secc. 6.2). Se busca en las tablas de eficiencia (Secc. 9)datos de columnas con un servicio similar con empaques desordenados. Losdatos siguientes extraidos de la Tabla 11.1 son los relevantes:

Servicio

Presin,psia

Relacinde Reflujo

Dimetro,plg.

Altura,pies

EmpaqueTipo

EmpaqueTamao, plg.

HETP,plg.

Depropanizadora,seccin de tope

270

0.74

23

16

Pall

1.5

38

Depropanizadora,Seccin de fondo

270

0.74

23

24

Pall

1.5

29

Deetanizadora,seccin de tope

300

0.42

18

20

Pall

1.5

35

Deetanizadora,seccin de fondo

300

0.24

30

18

Pall

2.0

40

Las alturas equivalentes (HETP) calculadas en la Secc. 6.2 son 27 plg. para laseccin de tope (anillos Pall de 1.5 plg.) y 36 plg. para la seccin de fondo (anillosPall de 2). Comparados con los datos experimentales dados en la tabla de arriba,las HETP lucen optimistas.El anlisis de los datos de Tabla 11.1 no sugiere que las mayores HETPexperimentales sean debidas a mala distribucin. El cociente dimetroempaque/dimetro columna va de 12 a 15, lo que esta dentro de los valoresrecomendados. Las alturas de los lechos eran bajas, y no violaron las prcticasrecomendadas de redistribucin (excepto por un caso, y este es el de menorHETP). Los datos experimentales implican que los mayores HETP sean debidosa efectos del sistema, y sern entonces usados para el dimensionamiento de lacolumna.La Tabla 11.1 sugiere que las secciones de tope operan a unos HETP en el ordende 35 a 38 plg. con anillos Pall de 1.5 plg. Las secciones de fondo tienen un HETPcerca de 29 plg. con anillos Pall de 1.5 plg. y de 40 con anillos Pall de 2 plg. Ladiferencia (11 plg.) es similar a la predicha por la Ec. (17), y tiene por tanto sentido.De lo anterior se concluye que para propsitos de diseo, un valor de HETP de 38plg. para la seccin de tope, y de 40 para la seccin de fondo son buenosestimados. Ntese que estos valores no son conservadores; comparan con losdatos experimentales disponibles.



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Tasa mnima de mojado (MWR). Este chequeo de flexibilidad operacional(turndown) se realiza en las etapas con menor trfico lquido vapor (8 y 9, ver Tabla7) a carga mnima (60% de la carga de diseo).

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

GPM @ diseo

304

598

Tabla 7 (etapas 8 y 9)

GPM @ turndown

182

359

0.6 X GPM

GPM/pie2 @ turndown

5.9

11.7

Puesto que los flujos anteriores estn bastante por encima de 3 gpm/ft2, lacolumna opera por encima de la tasa mnima de mojado [Ec. (16)].Revisiones al diseo debidos a los chequeosLas nicas revisiones al diseo debidas a los chequeos efectuados son las de laaltura del lecho empacado, como consecuencia de los cambios en las alturasequivalentes a una etapa terica (HETP).

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Notas

DT, pies

1.5

2

Secc. 6.3

dp, plg.

6.25

6.25

Secc. 6.3

12 DT,/dp,

50

38

HETP, pies

38

40

Ver Chequeos deeficiencia

n

7

11


22.2

36.7

n x HETP/12

Altura empacada, pie(redondeada)

22

2 lechos, 19 ft c/u

P promedio, plg. de agua porpie

0.42

0.26

Ver arriba Clculo de lacada de presin promedio

Cada de presin total dellecho, plg. de agua

9.2

9.9

PX(altura empacada)

La cada de presin total es: 9.2+9.9=19.1 plg. de agua = 0.7 psi.



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7.5 Sumario de diseo y funcionamientoSumario de Diseo

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

Dimetro de la Torre, ft.

6.25

6.25

No. de lechos empacados

1

2


22

38

Tipo de empaque

anillos Pall

anillos Pall

Tamao del empaque, plg.

1.5

2.0

Sumario de Funcionamiento

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

% de inundacin

63%

72%

Cada de Presin, plg. de agua por pie

Mx. esperada

0.55

0.43

Mx. permisible

1.13

0.83

Promedio del lecho

0.42

0.26

Cada de presin total del lecho, plg. de agua

9.2

9.9

HETP de diseo, plg.

28

40

No. de etapas tericas

7

11

Cargas en el Punto de Diseo

Seccin de Tope

Seccin de Fondo

CS vapor, pie/s

0.138

0.127

Parmetro de flujo, Flv

0.21

0.52

Lquido, gpm/ft2

12.4

27.7



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8 ATLAS DE INTERPOLACIN DE CAPACIDAD DEL EMPAQUE Y CADADE PRESIN (MTODO GPDC)

La interpolacin de datos experimentales de inundacin, cada de presin ycapacidad mxima de operacin (MOC) es el mtodo mas confiable y preciso parapredecir la inundacin, cada de presin y MOC de una columna. Como ya ha sidosealado previamente, el uso de correlaciones para predecir estos parmetrospuede conducir a resultados pobres, y peligrosamente optimistas en muchassituaciones que con frecuencia se encuentran en la prctica comercial.Esta subseccin presenta un atlas de figuras para interpolar los parmetros deinundacin, cada de presin y MOC. Para empaques estructurados y rejillas(figuras 10.1002 a 10.3517 y 10.8005 a 10.8205), las figuras son un grfico de lascurvas de la Correlacin Generalizada de Cada de Presin de Eckert (GPDC).Estos grficos permiten la interpolacin los datos con la ayuda de la correlacinGPDC de Eckert. En forma semejante, para empaques estructurados (figuras10.5001 a 10.6504), las figuras son grficos de la correlacin GPDC modificadapor Kister y Gil para empaques estructurados.

8.1 Guas para el uso de las figuras de interpolacin GPDCLa estimacin del punto de inundacin y la cada de presin utilizando las figurasde interpolacin GPDC involucra la interpolacin y extrapolacin dentro del marcode la figura de Correlacin Generalizada de Cada de Presin (Fig. 1). Seespera que esta tcnica proporcione estimados confiables cuando existen datosapropiados en la vecindad del punto de operacin. La confiabilidad de losestimados disminuir en la medida en que se requiera mayor extrapolacin.Cuandoquiera que esta extrapolacin alcance rangos muy altos, los estimados sevuelven poco confiables, y debe abandonarse este mtodo de clculo.

1. Seleccione la figura de interpolacin GPDC adecuada para el empaque enconsideracin.

2. Usando las condiciones de operacin o de diseo, y el factor de empaquelistado bajo la figura, determine el punto de operacin en la figura deinterpolacin.

3. Verifique la existencia de datos experimentales graficados en la vecindad delos puntos de operacin. De lo contrario, busque la regin ms cercana deldiagrama que contenga datos experimentales. Si esta regin esta lejos delpunto de operacin, el clculo debe ser desechado (proceder con el paso 9).Si la regin esta cerca, juiciosamente extrapole los datos cerca del punto deoperacin. Los puntos 4 y 5 siguientes darn algunas guas al respecto.Tenga en cuenta que Ud. se encuentra en una regin de cierta incertidumbre.De un margen de diseo para esta incertidumbre.



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4. Chequee que los datos experimentales en la vecindad del punto deoperacin se ajusten a la correlacin. En tal caso, obtenga la cada depresin directamente de la correlacin, y vaya directamente al paso 6. Delo contrario, proceda con el paso 5.

5. Dibuje una curva que se ajuste a los datos experimentales en la vecindad delpunto de operacin. Si los datos experimentales muestran una claratendencia en esta regin, pudiera ser mejor seguir estos datosexperimentales. Si no existe una tendencia clara, pudiera ser mejor dibujaruna curva paralela a la curva de la correlacin. A menudo, lo mejor es unasolucin de compromiso. Se necesita de juicio ingenieril en esta situacin,y un estimado conservador pudiera ser lo mejor.

6. Compare la naturaleza del sistema en consideracin (acuoso o no acuoso).Tenga presente que los datos para sistemas acuosos en las figuras son casienteramente correspondientes para sistemas aireagua. Si el sistema enconsideracin contiene menos de 50% de agua, pudiera comportarse masparecido a un sistema no acuoso que a uno acuoso. Si la naturaleza delsistema operativo no es la misma para la cual los datos experimentales hansido graficados, o si se esta usando el procedimiento de extrapolacinmencionado en el paso 3, proceda al paso 7. De lo contrario, proceda al paso8.

7. Busque una figura de interpolacin GPDC con un empaque de referencia quecontenga datos experimentales para un sistema de la misma naturaleza queel sistema en consideracin, en el mismo punto de operacin. El empaquede referencia debe pertenecer a la misma clase de empaque (desordenado,estructurado, rejilla) que el empaque en consideracin. Trate de seleccionarun empaque de referencia con un factor de empaque y una geometra tansimilar como sea posible. Usando los datos experimentales para el empaquede referencia, obtenga un estimado del efecto de la naturaleza del sistemaen la cada de presin. Si el efecto es inferior a por ejemplo, un 20 por ciento,corrija el estimado de cada de presin para su empaque. Si el efecto esmayor al 20 por ciento, se debe desechar el calculo y proceder con el paso9. Tenga en mente que si Ud. lleg a este paso, se encuentra en un rea deincertidumbre. La incertidumbre es mayor si la naturaleza del sistema tieneun efecto considerable en la cada de presin del empaque. Proceda conextrema cautela, puesto que en el mejor de los casos su clculo es slo unaaproximacin. Pudiera ser recomendable usar para su aplicacin elempaque de referencia en vez del originalmente escogido, puesto que ofrecemayor confiabilidad en la prediccin del comportamiento.

8. Verifique el rango de los dimetros de columna y profundidad de empaqueutilizados para desarrollo de los datos experimentales en la figura (Tabla10.1). Estudie las secciones 4.1.1 a 4.1.3 que se refieren a las limitacionesinherentes a los datos de inundacin y cada de presin. Realice un estimado



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juicioso del nivel al cual el escalamiento, tcnica de colocacin del empaque,u otros factores pueden influenciar la extensin de los datos de la Tabla 10.1a su caso especfico. Ajuste su estimado en concordancia. Se requiere dejuicio ingenieril, y lo mejor ser un estimado conservador. Salte el paso 9.

9. Ud. solo habr llegado a este paso si se abort el clculo. En este caso, sermejor pedirle al fabricante que suministre datos del empaque en la vecindaddel punto de operacin, o considerar un empaque para el cual haya mayorconfiabilidad en la prediccin de su funcionamiento.

8.2 Nomenclatura y leyendas en las figuras Las figuras de interpolacin de datos experimentales GPDC (Generalized

Pressure Drop Correlation) son tomadas de la referencia 4. El cdigo deidentificacin de todas las figuras comienza con el nmero 10, y es seguido porun sufijo de cuatro dgitos. El significado de este sufijo es el siguiente:

Los primeros dos dgitos dan el nmero del empaque. El significado de losnmeros es el siguiente:1013 Empaque desordenado de segunda generacin1023 Empaques desordenados de tercera generacin mas comunes3035 Otros empaques desordenados de tercera generacin50 Empaques estructurados de malla tejida6065 Empaques estructurados de hojas corrugadas8082 Rejillas

El tercer dgito da el material del empaque. 0 = metal; 1 = plstico; 2 =cermica.

El cuarto dgito es un indicador del tamao nominal del empaque. Paraempaques desordenados, es aproximadamente el doble del tamao delempaque. Para empaques estructurados, es aproximadamente 8 veces laaltura de las ondulaciones.

Todas las figuras contienen datos experimentales para cada de presin,inundacin y Mxima Capacidad de Operacin (MOC). Los smbolos pequeosrepresentan los datos para sistemas acuosos, mientras que los smbolosgrandes representan los datos para sistemas no acuosos. En el caso de anillosPall metlicos de 1 y 2 pulgadas, debido a la gran cantidad de datos disponibles,cada figura fue dividida en tres diagramas: una figura de datos experimentalesde inundacin, una figura para cada de presin en sistemas acuosos, y unafigura para cadas de presin en sistemas no acuosos. Similarmente, para elempaque estructurado Mellapak 250Y, la figura fue dividida en una figura parasistemas acuosos y una figura para sistemas no acuosos, cada unaconteniendo datos experimentales de inundacin, MOC, y cada de presin.



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9 DATOS DE EFICIENCIA DE EMPAQUEActualmente, la interpolacin de datos experimentales de HETP es la manera masconfiable de obtener estos valores para diseo. Debido al pobre entendimientode la hidrulica y transferencia de masa en empaques, las reglas empricasfuncionan mejor que los modelos tericos, mientras que la interpolacin de datosexperimentales es mejor que los dos mtodos anteriores.

9.1 Empaques desordenadosLa Tabla 11.1 contiene los datos experimentales de eficiencia publicados paraempaques desordenados. La seccin 9.1.1 presenta el procedimientorecomendado para el uso de estos datos. La seccin 9.1.2 es una leyenda paralos comentarios en la columna derecha de la Tabla 10.

9.1.1 Procedimiento de interpolacin1. Examine la seccin 5, y determine que constituye un sistema similar al

sistema en consideracin. Busque entonces la Tabla 10, y marque todos losdatos para sistemas similares.

2. Verifique si hay suficientes datos experimentales marcados para el empaqueen consideracin. En tal caso, use directamente estos datos y proceda conel paso 6; sera recomendable usar los pasos 3 y 5 como verificacin. De locontrario, proceda con el paso 3.

3. Compare los HETP para los sistemas marcados con los HETP de otrossistemas con el mismo empaque. Si son significativamente mayores, estoimplica que hay efecto del sistema (composicional). Estime la magnitud deeste efecto del sistema, y de un margen para el en su diseo.

4. Compare el HETP del empaque bajo consideracin con las reglas empricasde la Ec. (17). Si son diferentes, estime la magnitud de este efecto deempaque de los datos experimentales, y de un margen para esto en eldiseo.

5. Calcule el HETP del empaque usando la Ec. (17) y ajuste esta prediccinusando los factores derivados de los pasos 3 y 4 anteriores. Examine laconfiabilidad de estos factores. Sern ms confiables mientras se basen enun mayor nmero de datos experimentales. Se requiere de un juicioconservador.

6. Tome en cuenta la relacin dimetro columna/dimetro del empaque, alturadel lecho empacado, dimetro de la columna, tasa mnima de mojadoprocedimiento de prueba empleados en la obtencin de los datosexperimentales, y use esta informacin para escalar los HETP obtenidos delos pasos anteriores.

7. Compare los valores calculados en el paso 6, contra la prediccin de la Ec.(17). Seleccione el valor mas conservador, a menos que hayan suficientes



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datos para verificar con confiabilidad que el HETP calculados en el paso 6es menor.

9.1.2 Leyenda para los comentarios de la Tabla 101. Los datos indican claramente una regin de carga (loading). El HETP en la

regin de carga es menor que los HETPs listados.2. Los datos muestran una declinacin continua de los HETPs a mayores

cargas. Esto implica mala distribucin; a bajas cargas lquidas ( 95%) del componente no acuoso en el tope de la columna.4. Cuando se muestran dos valores debajo del dimetro de la columna o de la

altura de la columna, el primero describe la dimensin relevante por encimade la alimentacin, y la segunda describe la dimensin relevante por debajode la alimentacin.

5. Los valores reportados debajo de la relacin de reflujo es la razn de masade vapor a lquido (mv/mL).

6. Producto destilado de alta pureza (> 99%).7. Baja pureza (



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contenida en el artculo. Pueden no ser precisos, pero deberan ser bastanterazonables.

17. La separacin se logr en dos columnas en series, cada una conteniendotres lechos empacados de 27 a 30 pies de profundidad. La alimentacinentraba por debajo del segundo lecho.

18.

Mol % de Metanol enel tope

Mol % de Agua en eltope

Comentarios

A 3 65 0.05 0.34B 0.1 0.5 5 17 Underwetting en el

fondo?C 5 6 5 10D 6 7 17 24E 30 2.2 Rico en MetanolF 8 13 24 53 Rico en Agua

19. Un gran nmero de pruebas.20.

Mol % de Metanol enel tope

Mol % de DMF en eltope

Comentarios

A 81 83 0.2 Underwetting en elfondo?

B 71 79 0.2 0.9C 66 1.5 No hay Underwetting?D 6 7 17 24

21. Medido durante la primera semana de operacin, puede cambiar con elenvejecimiento.

9.2 Empaques estructurados9.2.1 Grficos de eficiencia

Las Figuras 11.1 a 11.10 y la Tabla 11 contienen los datos publicados de eficienciade empaques estructurados. La seccin 9.2.2 presenta el procedimientorecomendado para el uso de esta informacin. La seccin 9.2.2 es una leyendalos comentarios de la columna derecha de la Tabla 11.A diferencia de los empaques desordenados, la altura equivalente a una etapaterica (HETP) en los empaques estructurados generalmente aumenta con unaumento de las cargas lquido/vapor. El HETP es medido a una relacin de reflujo



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constante (L/V), usualmente a reflujo total, por lo que las cargas liquido/vapor sonaumentadas y disminuidas simultneamente. Por lo tanto es difcil establecer siel HETP aumenta debido a un incremento de la carga de vapor o la carga delquido, pero hay evidencias para suponer que la carga lquida juega el papel masimportante.Para suministrar al diseador toda la informacin necesaria, las Figuras 11.1 a11.10 han sido graficadas contra la carga lquida y de vapor. La carga lquida estaexpresada como gpm/ft2 del rea sec

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