Mdp 04 cf-01 introducción

PDVSA N° TITULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

�1994

MDP–04–CF–01 INTRODUCCION

APROBADA

NOV.96 NOV.96

NOV.96 Y.M.0 4 F.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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INTRODUCCIONNOV.960

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.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice1 GENERALIDADES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Principios Básicos 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Método General de Cálculo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Diseño Riguroso de Torres 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Platos Perforados 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Platos tipo Casquete de Burbujeo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Platos tipo Surtidor (Jet Trays) 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Plato tipo Válvula 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8 Transferencia de Calor por Contacto Directo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.9 Torres Empacadas 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 REFERENCIAS 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/fraccio/indice_fraccio.htm

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1 GENERALIDADESEl fraccionamiento es el método de separación más usado de las operacionesunitarias a nivel industrial. El proceso consiste en una transferencia de masa por elintercambio de calor desde el fondo de la torre, con un mayor enriquecimiento delos elementos más volátiles que conforman el vapor en el tope.

Las operaciones de destilación empleadas en la industria química en general,tienen por objeto aislar compuestos individuales bastante puros, partiendo demezclas de líquidos volátiles, formada fundamentalmente por componentes biendefinidos. En estos casos la destilación simple intermitente es suficiente para unaseparación eficaz, tal como la deshidratación de disolventes orgánicos. A menosque las volatilidades de dos ó más componentes de una mezcla líquida sean casiidénticas, o que dos ó más componentes se asocien para formar una mezcla depunto de ebullición constante.

Cuando se trata de mezclas de punto de ebullición elevado, tales como crudo ofracciones petroleras pesadas en los cuales existen intervalos de ebulliciónamplios, el grado de separación entre las fracciones depende del factoreconómico, requiere de equipos de mayor flexibilidad operacional. En estosprocesos de separación complejos, la destilación simple intermitente ha sidosustituida por las torres de fraccionamiento que emplean reflujo, tales como lasusadas en la industria petrolera nacional. Asimismo, los métodos de cálculo para eltratamiento de los problemas varía fundamentalmente de acuerdo a la naturalezade la materia prima, productos y calidad final, y las condiciones de operación de launidad. Aunque los procedimientos a usar en estos casos son los mismos que paralas destilaciones sencillas, la complejidad de los problemas exige el uso frecuentede generalizaciones empíricas y consideraciones especiales que dependen decada aplicación dadas por la experiencia.

2 OBJETIVOEl objetivo de este documento es presentar una introducción a los capítulos queconforman la sección de “Fraccionamiento” con la finalidad de visualizar losaspectos que deben ser cubiertos por el ingeniero de proceso en el diseño detorres nuevas, y/o evaluación, modificaciones u optimización de torres existentes.

3 ALCANCECubre los capítulos involucrados en el diseño de torres de fraccionamiento, loscuales son los siguientes:

3.1 Principios BásicosDescribe las definiciones generales y consideraciones básicas que debentomarse en cuenta durante el diseño y evaluación de torres de fraccionamiento. Se




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incluyen los tipos de torres y sus aplicaciones a nivel industrial basado en laexperiencia.

3.2 Método General de Cálculo

Incluye los procedimientos y ecuaciones básicas que se deben emplear pararealizar un cálculo preliminar de la torre. Se proporciona una introducción a lasimulación con PRO II (Comercializado por Simsci) como herramienta más usadaen la IPPCN para generar un estimado inicial ”Short cut”. Aunque existen variedadde simuladores como Hysim y ASPEN, no se presentan ejemplos típicos con losmismos por el momento. También cubre los criterios para seleccionar el métodotermodinámico de separación, la caracterización de la alimentación, selección delcomponente clave y condiciones óptimas de operación de la Torre.

Se presentan las diferencias del fraccionamiento de alimentaciones livianas ypesadas, así como un ejemplo de cálculo utilizando PRO II.

3.3 Diseño Riguroso de Torres

Describe los procedimientos para el cálculo y simulación de torres defraccionamiento usando el método riguroso. Se introduce al usuario a lasimulación rigurosa de torres de fraccionamiento usando PRO II comoherramienta ampliamente usada en la IPPCN. Se muestra como realizar unaevaluación y optimización de una torre existente. Aunque en el mercado seencuentran otros paquetes de simulación para la de torres de fraccionamientocomo HYSIM, no se muestra en esta sección como realizar simulaciones con losmismos.

El cálculo riguroso de torres involucra accesorios internos y dispositivos talescomo platos, deflectores, campanas o rellenos, eficiencia de los platos ydimensionamiento de la Torre. Se presenta una guía útil para la selección deldispositivo óptimo para un servicio dado. El diseño de los diferentes tipos de platosserán tratados con detalle en capítulos siguientes.

El balance de masa y energía, y el dimensionamiento de la columna son incluidoscomo parte del estudio.

3.4 Platos Perforados

Presenta los criterios y técnicas requeridas para realizar el diseño de platosperforados. Se incluyen aplicaciones para servicios tipo, capacidad,espaciamiento entre platos, la distribución de los platos, el tamaño y arreglo de losorificios, dimensionamiento del bajante, eficiencia del plato y lo referente a lahidráulica del plato, transferencia de calor y limitaciones. Se muestra elprocedimiento para el diseño de los mismos.




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3.5 Platos tipo Casquete de BurbujeoPresenta los criterios y técnicas requeridas para realizar el diseño de platos tipocasquete de burbujeo. Se incluyen aplicaciones para servicios tipo, capacidad, elespaciamiento entre platos, la distribución de los platos, arrastre y vaciado,arreglo, transferencia de calor, eficiencia del plato y lo referente a la hidráulica delplato. Se muestra el procedimiento para el diseño de los mismos.

3.6 Platos tipo Surtidor (Jet Trays)Presenta los criterios y técnicas requeridas para realizar el diseño de platos tiposurtidor. Se incluyen aplicaciones para servicios tipo, capacidad, espaciamientoentre platos, dimensionamiento del bajante, configuración del plato y lengüetas,arrastre, goteo, vaciado, la eficiencia del plato, transferencia de calor, limitacionesy lo referente a la hidráulica del plato. Se muestra el procedimiento para el diseñode los mismos y consideraciones para el arranque.

3.7 Plato tipo VálvulaPresenta los criterios y técnicas requeridas para realizar el diseño de platos tipoválvula. Se incluyen aplicaciones para servicios tipo, capacidad, espaciamientoentre platos, dimensionamiento del bajante,área abierta y configuración de lasválvulas, transferencia de calor, cuellos de botella, limitaciones, eficiencia del platoy lo referente a la hidráulica del plato. Se muestra el procedimiento para el diseñode los mismos.

3.8 Transferencia de Calor por Contacto DirectoSe presentan los métodos para el dimensionamiento de las secciones detransferencia de calor por contacto directo. Se describe el diseño de equipos paraservicio con recirculación. Determinación de la temperatura de retiro, optimizaciónde las secciones de transferencia de calor, limitaciones de las correlaciones. Uncálculo típico se muestra.

3.9 Torres EmpacadasPresenta los criterios para la selección del tipo, tamaño del empaque, yaplicaciones. El cálculo del diámetro de la torre y altura del empaque, caída depresión, transferencia de calor y ubicación de las bocas de visita. Se presenta elprocedimiento de cálculo, así como un ejemplo típico.

4 REFERENCIASManual de Diseño de Proceso (versión 1986)� Vol III, Sección 3 ”Fraccionamiento”




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Manual de Ingeniería de Diseño

� PDVSA–MID–DB–201–R ”Bandejas de Fraccionamiento con Bajantes”

� PDVSA–MID–0603.1.107 ”Guía de Ingeniería Material de Relleno paraTorres”

Otras Referencias

� Manual del Ingeniero Químico, John H. Perry. Mc. Graw Hill, Book Company,N.Y. (1967)

� Distillation. Principles and Design Procedures, R.J. Hengstebeck. Robert E.Krieger Publishing Company, Huntington, N.Y. 1976

� Petroleum Refinery Distillation, 2th edition, R.N. Watkins. Gulf PublishingCompany, Houston London 1980

� Destillation Design, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1992




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