Mdp 04 cf-05 selección del dispositivo de contacto

PDVSA N° TITULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

�1994

MDP–04–CF–05 SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO

APROBADO

ENE.97 ENE.97

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

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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REVISION FECHA


SELECCION DEL DISPOSITIVO DE CONTACTO ENE.970

PDVSA MDP–04–CF–05

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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

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

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

4.1 Factores que favorecen la selección de torres empacadas 2. . . . . . . . . . . 4.2 Factores que favorecen la selección de torres con platos 4. . . . . . . . . . . . . 4.3 Comparación entre platos y empaques desordenados 5. . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Comparación entre platos y empaques estructurados 6. . . . . . . . . . . . . . . .

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1 OBJETIVOPresentar los factores que favorecen el uso de platos o empaque en diferentestipos de servicio, para orientar al diseñador en la selección del dispositivo másadecuado para su caso en particular.

2 ALCANCEEsta subsección presenta algunos criterios para la selección del dispositivo decontacto más adecuado a ser considerado en el diseño de torres defraccionamiento normalmente utilizadas en las instalaciones petroleras ypetroquímicas. Se indican las ventajas o desventajas que proporciona la selecciónde platos o empaques en diferentes tipos de servicio, sugiriendo en cada caso eldispositivo más 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 sección se presentará un resumen de los factores que favorecen laselección de torres empacadas o torres con platos. Una vez que se haga laelección, los siguientes capítulos presentan los criterios para seleccionar el tipode plato o empaque y posteriormente se explica el procedimiento de diseñoriguroso a seguir en cada caso.

4.1 Factores que favorecen la selección de torres empacadas

4.1.1 Sistemas al vacío

La caída de presión del empaque es mucho menor que la de los platos. Cuandose trata de platos, el área abierta en cada uno de ellos es normalmente 5 a 10 %del área transversal de la torre. Cada plato equivale a un orificio de restricción conuna relación de área de 10 –20 a 1, lo que origina una velocidad alta y por lo tanto,una caída de presión alta. Adicionalmente, cada plato retiene normalmente 1 a2 pulgadas de líquido, a través del cual debe pasar el vapor, proporcionando máscaída de presión. En este caso la caída de presión está generalmente en el ordende 0.15 psi por etapa teórica.

En el caso de una torre empacada, el área abierta es normalmente mayor que el50 % del área transversal de la torre, y la resistencia del líquido al flujo de gas esrelativamente baja. Esto origina una caída de presión típica de 0.04 psi por etapateórica 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 vacío con 10 etapas teóricas, que operaa una presión en el tope de 1 psi, si se diseña con platos la presión en el fondoserá de 2.5 psi, mientras que al utilizar empaque solamente resultará de 1.4 psi.Con la torre empacada se obtiene mejor volatilidad relativa en el fondo,reduciendo así los requerimientos de reflujo, calor (rehervidor) y temperatura.Esto significa menor degradación del producto, mayor capacidad y menorconsumo de energía, lo que representa una ventaja atractiva para la selección delempaque en este tipo de servicio.

4.1.2 Baja caída de presión

El uso de empaque, como se mencionó en los párrafos anteriores, se vefavorecido cuando resulta económico minimizar la caída de presión. Un ejemplotípico es una torre atmosférica o torre que opera a baja presión, cuyos productosde tope son comprimidos aguas arriba. Cada psi de caída de presión significamayor requerimiento de compresión lo que se traduce en un mayor consumo deenergía y mayor inversión para el compresor.

4.1.3 Remodelaciones “Revamp”

La ventaja que tiene el empaque frente a los platos, en cuanto a caída de presión,es invaluable cuando se trata de remodelaciones de columnas al vacío. Aloptimizar la presión de diseño, durante la remodelación, una reducción en la caídade presión se traduce en: un aumento de capacidad, un ahorro de energía, unmejoramiento de la separación, o en varias combinaciones de estos beneficios.

El empaque es un medio que permite intercambiar fácilmente capacidad porseparación y viceversa. Utilizando empaques pequeños se puede convertircapacidad extra (sobrediseño) de la torre en etapas de separación adicionales.Mientras que al utilizar empaques grandes se puede superar un problema deembotellamiento por falta de capacidad a expensas de separación. Si amboscasos pueden aplicarse dentro de diferentes secciones de una misma columna,asumiendo la ausencia de perturbaciones cerca de la alimentación, se puedelograr una mejora en la capacidad o en la separación, o en ambas al mismo tiempocon una mínima penalización. Una pérdida en la separación por el uso deempaques grandes puede compensarse mediante un pequeño aumento, casiimpercebible, del reflujo. En torres con platos, el aumento del espaciamientoentre platos dará resultados similares, sin embargo, esto es mucho más difícil delograr.

4.1.4 Torres de diámetro pequeño

Cuando el diámetro de la torre es menor de 3 pie resulta difícil accesar el interiorde la torre para la instalación y mantenimiento de los platos. Generalmente seutilizan los platos tipo ”Cartridge” o un sobredimensionamiento del diámetro de latorre. Cualquiera de las dos opciones tiene un costo alto, además los platos tipo




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Cartridge experimentan fugas y problemas de estancamiento ”hold–down”. Laselección de empaque es una alternativa más económica y deseable.

4.1.5 Sistemas corrosivos

La variedad de materiales utilizados en la elaboración de empaques es muchomayor que los que se usan normalmente para la construcción de platos. Los platospueden ser manufacturados con materiales no metálicos, sin embargo, losempaques de cerámica y plástico son económicos y efectivos. Por lo tanto, el usode empaques en estos servicios resulta más económico y deseable.

4.1.6 Espuma (y emulsión)

En platos hay mayor tendencia a la formación de espuma que en empaquesdebido a que las velocidades del líquido y del vapor son mayores, y el contactoentre ambas fases es más violento. La ventaja del empaque en este servicio esmuy pequeña, pero normalmente es exageradamente grande porque se realizanprácticas de diseño de platos donde el dimensionamiento del bajante resultadeficiente.

4.1.7 Poca retención de líquido

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

4.1.8 Destilación por pasos ”Batch”

El empaque en esta aplicación, proporciona un gran porcentaje de recuperaciónde líquido por el tope, ya que la retención de líquido es pequeña.

4.2 Factores que favorecen la selección de torres con platos

4.2.1 Sólidos

Los platos, a diferencia de las torres empacadas, pueden manejar fácilmentesólidos. Esto se debe a que normalmente, tanto la velocidad del gas como la dellíquido en los platos es mayor que en el empaque, dando un efecto de barrido quemantiene las aperturas y perforaciones limpias. Los sólidos tienden a acumularseen los espacios vacíos (intersticios) del empaque, sin embargo existen muy pocaspartes en un plato donde los sólidos puedan depositarse. Otro factor quedesfavorece el uso de las torres empacadas en este servicio, es que se necesitandistribuidores de líquido, y su taponamiento ha resultado un problemaoperacional muy común. La limpieza de los platos es mucho más fácil que lalimpieza de empaques desordenados, mientras que limpiar empaqueestructurado es casi imposible.




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4.2.2 Velocidades altas de líquidoLos platos con multipasos disminuyen efectivamente la carga de líquido que vecada parte del plato. No se puede aplicar un truco similar en torres empacadas,la capacidad de estos, especialmente los estructurados, tiende a disminuirrápidamente a flujos grandes de líquido. Generalmente es más económicomanejar flujos grandes de líquido con torres de platos.

4.2.3 Torres de diámetro grande

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

4.2.4 Torres complejas

Los rehervidores intermedios, intercondensadores, serpentines de enfriamiento yretiros laterales son más fáciles de incorporar cuando se tienen platos. Cuandose trabaja con empaque, cada complejidad requiere distribución adicional y/oequipo colector de líquido.

4.2.5 Variaciones en la composición de la alimentaciónCuando en el diseño se tiene incertidumbre en cuanto a la composición de laalimentación, una forma de solventar esto es colocando puntos alternos dealimentación en la torre. Para el caso de torres empacadas, cada punto dealimentación requiere un equipo de distribución costoso. Por lo tanto, para estasituación es recomendable utilizar platos.

4.2.6 Predicción de comportamiento

Hay gran incertidumbre en la predicción del comportamiento de torresempacadas, por lo que normalmente se requiere gran porcentaje de sobrediseño.

4.2.7 Reacción/absorción química

Utilizando vertederos altos, los platos son capaces de proporcionar mayorestiempos de residencia para la absorción y la reacción química 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 caparazón de la torre.

4.2.9 Operación intermitente

Cuando la temperatura es más baja o más alta que la atmosférica, la operaciónintermitente expande y contrae repetidamente la carcaza, ocasionando daños alempaque y a la carcaza en una torre empacada. Sin embargo, este problema esmás fácil de manejar cuando se trata de torres con platos.

4.3 Comparación entre platos y empaques desordenados

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




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4.3.1 Flujos pequeños de líquido

Con la ayuda de vertederos endentados (”serrated weirs”), placas de desvío pararociar el líquido (”splash baffles”), platos de flujo inverso y platos de casquete deburbujeo, los flujos pequeños de líquido 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 distribución aflujos pequeños de líquido.

4.3.2 Flexibilidad “Turndown”

Los platos tipo válvula y casquetes de burbujeo proporcionan más flexibilidad quelos empaques. La flexibilidad de una torre empacada está limitada por laflexibilidad del distribuidor. Cuando se trata de empaques desordenados, elproblema de sequedad ”dewetting” limita también la flexibilidad (”turndown”).

4.3.3 Oleaje “Process Surges”

Los empaques desordenados son más problemáticos que los platos en serviciosque sufren de oleaje frecuente (ejemplos: entrada de agua a una torre de aceitecaliente, disparo de una válvula de alivio, oleaje de un compresor, o inestabilidadde sellos de líquido ”liquid seal loops”). Los empaques estructurados estánconsiderados como menos problemáticos que los platos en estos servicios.

4.4 Comparación entre platos y empaques estructurados

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

4.4.1 Materiales de construcción

Debido a las láminas delgadas que se utilizan para la manufactura de empaquesestructurados, el material de construcción requiere mayor resistencia a laoxidación y corrosión. En un servicio donde se requiere acero al carbón para laconstrucción de los platos, se necesita acero inoxidable para la manufactura deempaque estructurado.

4.4.2 Inspección de las paredes de la torre

Cuando se tiene empaque estructurado es difícil inspeccionar las paredes de latorre sin dañar el empaque. Debido a su corte ajustado el empaque estructuradose daña fácilmente durante su descarga.

4.4.3 Lavado y purga

El desplazamiento de líquido residual, agua de lavado, aire o gas de procesoatrapado en el empaque estructurado durante el arranque y parada es más difícilque en platos. Una remoción inadecuada de estos fluidos puede resultarpeligrosa.




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