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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

PDVSA, 1983

MDP04CF05 SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO

APROBADO

ENE.97 ENE.97

ENE.97 J.M.0 6 F.R.

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS
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SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO ENE.970

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Indice

1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO 2. . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Factores que favorecen la seleccin de torres empacadas 2. . . . . . . . . . .

4.2 Factores que favorecen la seleccin de torres con platos 4. . . . . . . . . . . . .

4.3 Comparacin entre platos y empaques desordenados 5. . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Comparacin entre platos y empaques estructurados 6. . . . . . . . . . . . . . . .
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1 OBJETIVO

Presentar los factores que favorecen el uso de platos o empaque en diferentestipos de servicio, para orientar al diseador en la seleccin del dispositivo msadecuado para su caso en particular.

2 ALCANCEEsta subseccin presenta algunos criterios para la seleccin del dispositivo decontacto ms adecuado a ser considerado en el diseo de torres defraccionamiento normalmente utilizadas en las instalaciones petroleras ypetroqumicas. Se indican las ventajas o desventajas que proporciona la seleccinde platos o empaques en diferentes tipos de servicio, sugiriendo en cada caso el

dispositivo ms apropiado.

3 REFERENCIAS Distillation Design, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1992

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

Chemical Eng., Thibodeaux, L. J., and P. W. Murrill, July 18, p. 155, 1966

4 SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTOEn esta seccin se presentar un resumen de los factores que favorecen laseleccin de torres empacadas o torres con platos. Una vez que se haga la

eleccin, los siguientes captulos presentan los criterios para seleccionar el tipode plato o empaque y posteriormente se explica el procedimiento de diseoriguroso a seguir en cada caso.

4.1 Factores que favorecen la seleccin de torres empacadas

4.1.1 Sistemas al vaco

La cada de presin del empaque es mucho menor que la de los platos. Cuandose trata de platos, el rea abierta en cada uno de ellos es normalmente 5 a 10 %del rea transversal de la torre. Cada plato equivale a un orificio de restriccin conuna relacin de rea de 1020 a 1, lo que origina una velocidad alta y por lo tanto,

una cada de presin alta. Adicionalmente, cada plato retiene normalmente 1 a2 pulgadas de lquido, a travs del cual debe pasar el vapor, proporcionando mscada de presin. En este caso la cada de presin estgeneralmente en el ordende 0.15 psi por etapa terica.

En el caso de una torre empacada, el rea abierta es normalmente mayor que el50 % del rea transversal de la torre, y la resistencia del lquido al flujo de gas esrelativamente baja. Esto origina una cada de presin tpica de 0.04 psi por etapaterica en el caso de empaques desordenados y en el caso de empaquesestructurados se obtiene la mitad de ese valor ( 0.02 psi).
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Tomando como ejemplo una columna de vaco con 10 etapas tericas, que opera

a una presin en el tope de 1 psi, si se disea con platos la presin en el fondoserde 2.5 psi, mientras que al utilizar empaque solamente resultarde 1.4 psi.Con la torre empacada se obtiene mejor volatilidad relativa en el fondo,reduciendo as los requerimientos de reflujo, calor (rehervidor) y temperatura.Esto significa menor degradacin del producto, mayor capacidad y menorconsumo de energa, lo que representa una ventaja atractiva para la seleccin delempaque en este tipo de servicio.

4.1.2 Baja cada de presin

El uso de empaque, como se mencion en los prrafos anteriores, se vefavorecido cuando resulta econmico minimizar la cada de presin. Un ejemplo

tpico es una torre atmosfrica o torre que opera a baja presin, cuyos productosde tope son comprimidos aguas arriba. Cada psi de cada de presin significamayor requerimiento de compresin lo que se traduce en un mayor consumo deenerga y mayor inversin para el compresor.

4.1.3 Remodelaciones Revamp

La ventaja que tiene el empaque frente a los platos, en cuanto a cada de presin,es invaluable cuando se trata de remodelaciones de columnas al vaco. Aloptimizar la presin de diseo, durante la remodelacin, una reduccin en la cadade presin se traduce en: un aumento de capacidad, un ahorro de energa, unmejoramiento de la separacin, o en varias combinaciones de estos beneficios.

El empaque es un medio que permite intercambiar fcilmente capacidad porseparacin y viceversa. Utilizando empaques pequeos se puede convertircapacidad extra (sobrediseo) de la torre en etapas de separacin adicionales.Mientras que al utilizar empaques grandes se puede superar un problema deembotellamiento por falta de capacidad a expensas de separacin. Si amboscasos pueden aplicarse dentro de diferentes secciones de una misma columna,asumiendo la ausencia de perturbaciones cerca de la alimentacin, se puedelograr una mejora en la capacidad o en la separacin, o en ambas al mismo tiempocon una mnima penalizacin. Una prdida en la separacin por el uso deempaques grandes puede compensarse mediante un pequeo aumento, casi

impercebible, del reflujo. En torres con platos, el aumento del espaciamientoentre platos darresultados similares, sin embargo, esto es mucho ms difcil delograr.

4.1.4 Torres de dimetro pequeo

Cuando el dimetro de la torre es menor de 3 pie resulta difcil accesar el interiorde la torre para la instalacin y mantenimiento de los platos. Generalmente seutilizan los platos tipo Cartridgeo un sobredimensionamiento del dimetro de latorre. Cualquiera de las dos opciones tiene un costo alto, adems los platos tipo

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Cartridge experimentan fugas y problemas de estancamiento holddown. La

seleccin de empaque es una alternativa ms econmica y deseable.4.1.5 Sistemas corrosivos

La variedad de materiales utilizados en la elaboracin de empaques es muchomayor que los que se usan normalmente para la construccin de platos. Los platospueden ser manufacturados con materiales no metlicos, sin embargo, losempaques de cermica y plstico son econmicos y efectivos. Por lo tanto, el usode empaques en estos servicios resulta ms econmico y deseable.

4.1.6 Espuma (y emulsin)

En platos hay mayor tendencia a la formacin de espuma que en empaques

debido a que las velocidades del lquido y del vapor son mayores, y el contactoentre ambas fases es ms violento. La ventaja del empaque en este servicio esmuy pequea, pero normalmente es exageradamente grande porque se realizanprcticas de diseo de platos donde el dimensionamiento del bajante resultadeficiente.

4.1.7 Poca retencin de lquido

Los empaques generalmente retienen poco lquido comparado con platos. Estoresulta ventajoso para casos donde se desea reducir la polimerizacin odegradacin, y en otros casos como medida de seguridad que busca la reduccindel inventario de material de alto riesgo.

4.1.8 Destilacin por pasos Batch

El empaque en esta aplicacin, proporciona un gran porcentaje de recuperacinde lquido por el tope, ya que la retencin de lquido es pequea.

4.2 Factores que favorecen la seleccin de torres con platos

4.2.1 Slidos

Los platos, a diferencia de las torres empacadas, pueden manejar fcilmenteslidos. Esto se debe a que normalmente, tanto la velocidad del gas como la del

lquido en los platos es mayor que en el empaque, dando un efecto de barrido quemantiene las aperturas y perforaciones limpias. Los slidos tienden a acumularseen los espacios vacos (intersticios) del empaque, sin embargo existen muy pocaspartes en un plato donde los slidos puedan depositarse. Otro factor quedesfavorece el uso de las torres empacadas en este servicio, es que se necesitandistribuidores de lquido, y su taponamiento ha resultado un problemaoperacional muy comn. La limpieza de los platos es mucho ms fcil que lalimpieza de empaques desordenados, mientras que limpiar empaqueestructurado es casi imposible.

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4.2.2 Velocidades altas de lquido

Los platos con multipasos disminuyen efectivamente la carga de lquido que vecada parte del plato. No se puede aplicar un truco similar en torres empacadas,la capacidad de estos, especialmente los estructurados, tiende a disminuirrpidamente a flujos grandes de lquido. Generalmente es ms econmicomanejar flujos grandes de lquido con torres de platos.

4.2.3 Torres de dimetro grande

En torres de dimetro grande los empaques son propensos a severos problemasdistribucin. En torres de platos esto es mucho menos severo.

4.2.4 Torres complejas

Los rehervidores intermedios, intercondensadores, serpentines de enfriamiento yretiros laterales son ms fciles de incorporar cuando se tienen platos. Cuandose trabaja con empaque, cada complejidad requiere distribucin adicional y/oequipo colector de lquido.

4.2.5 Variaciones en la composicin de la alimentacin

Cuando en el diseo se tiene incertidumbre en cuanto a la composicin de laalimentacin, una forma de solventar esto es colocando puntos alternos dealimentacin en la torre. Para el caso de torres empacadas, cada punto dealimentacin requiere un equipo de distribucin costoso. Por lo tanto, para estasituacin es recomendable utilizar platos.

4.2.6 Prediccin de comportamientoHay gran incertidumbre en la prediccin del comportamiento de torresempacadas, por lo que normalmente se requiere gran porcentaje de sobrediseo.

4.2.7 Reaccin/absorcin qumica

Utilizando vertederos altos, los platos son capaces de proporcionar mayorestiempos de residencia para la absorcin y la reaccin qumica que los empaques.

4.2.8 Peso

Las torres con platos generalmente pesan menos que las torres empacadas. Estose traduce en ahorro en las fundaciones, soportes y caparazn de la torre.

4.2.9 Operacin intermitenteCuando la temperatura es ms baja o ms alta que la atmosfrica, la operacinintermitente expande y contrae repetidamente la carcaza, ocasionando daos alempaque y a la carcaza en una torre empacada. Sin embargo, este problema esms fcil de manejar cuando se trata de torres con platos.

4.3 Comparacin entre platos y empaques desordenados

Los siguientes factores favorecen la seleccin de platos al compararlos conempaques desordenados. Esto no aplica para empaques estructurados.

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4.3.1 Flujos pequeos de lquido

Con la ayuda de vertederos endentados (serrated weirs), placas de desvo pararociar el lquido (splash baffles), platos de flujo inverso y platos de casquete deburbujeo, los flujos pequeos de lquido pueden manejarse mejor en torres conplatos. Las torres con empaque sufren de problemas de sequedad dewetting(espacios que no se encuentran suficientemente mojados) y mala distribucin aflujos pequeos de lquido.

4.3.2 Flexibilidad Turndown

Los platos tipo vlvula y casquetes de burbujeo proporcionan ms flexibilidad quelos empaques. La flexibilidad de una torre empacada est limitada por laflexibilidad del distribuidor. Cuando se trata de empaques desordenados, el

problema de sequedad dewettinglimita tambin la flexibilidad (turndown).

4.3.3 Oleaje Process Surges

Los empaques desordenados son ms problemticos que los platos en serviciosque sufren de oleaje frecuente (ejemplos: entrada de agua a una torre de aceitecaliente, disparo de una vlvula de alivio, oleaje de un compresor, o inestabilidadde sellos de lquido liquid seal loops). Los empaques estructurados estnconsiderados como menos problemticos que los platos en estos servicios.

4.4 Comparacin entre platos y empaques estructurados

Los siguientes factores favorecen la seleccin de platos al compararlos conempaques estructurados. Esto no aplica para empaques desordenados.

4.4.1 Materiales de construccin

Debido a las lminas delgadas que se utilizan para la manufactura de empaquesestructurados, el material de construccin requiere mayor resistencia a laoxidacin y corrosin. En un servicio donde se requiere acero al carbn para laconstruccin de los platos, se necesita acero inoxidable para la manufactura deempaque estructurado.

4.4.2 Inspeccin de las paredes de la torre

Cuando se tiene empaque estructurado es difcil inspeccionar las paredes de latorre sin daar el empaque. Debido a su corte ajustado el empaque estructuradose daa fcilmente durante su descarga.

4.4.3 Lavado y purga

El desplazamiento de lquido residual, agua de lavado, aire o gas de procesoatrapado en el empaque estructurado durante el arranque y parada es ms difcilque en platos. Una remocin inadecuada de estos fluidos puede resultarpeligrosa.

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