Download - Diseno de Torres y Platos
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
1/49
de contacto Vapor-Liquido
Facultad de Ingeniería
Escuela Ingeniería Química – LUZ
Cátedra: Diseño de Plantas
Material Complementario Diseño de Platos
Prof. Abel Baldonedo
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
2/49
Equipos de Transferencia de masa
• La transferencia de masa desde una fasehacia otra esta resente en o eracionescomo:
– Destilación – Absorción – Extracción
Equipos para el eficienteContacto entre las fases
– Absorción – Secado
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
3/49
-
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
4/49
Ejemplos de procesos que requieren
columnas de contacto vapor/liquido
• Destilación de petróleo (Refinerías)• Deshidratación de gas natural con TEG
sorc n• Endulzamiento de gas natural con aminas
Absorción con reacción uímica• Fraccionamiento de productos del gas natural
(desetanizadoras, depropanizadora,
, .• Destilación criogénica del aire para obtención deO2 y N2 puros
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
5/49
Refinería en Colombia
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
6/49
Refinería en Trinidad & Tobago
Columnas de destilación
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
7/49
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
8/49
MATRIZ PARA PRE-SELECCIÓN DE TIPO DE ELEMENTOS
-
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
9/49
Tipos e e ementos e contacto
• Empaques
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
10/49
COLUMNA EMPACADA
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
11/49
COLUMNA DE PLATOS
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
12/49
PARTES DE UNA COLUMNA EMPACADA
SALIDA DEL GAS
MIST ELIMINATOR
DISTRIBUIDOR DE LIQUIDO
SOPORTE
COLECTOR DE LIQUIDO
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
13/49
TIPOS DE DISTRIBUIDOR DE LIQUIDO
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
14/49
TIPOS DE EMPAQUES (PACKING)
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
15/49
TIPOS DE EMPAQUES (PACKING)
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reservedEmpaques estructurados a) metal, b) carbón, c) plástico
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
16/49
FACTORES DE DISENO/CAPACIDAD DETORRES EMPACADAS
• AREA DE SUPERFICIE ESPECIFICA DEL EMPAQUE (S)en ft2 / ft3.
• PROSIDAD O FRACCION DE VOLUMEN LIBRE (VOIDFRACTION (e) en %.
• FACTOR DEL EMPAQUE (F) en ft2/ft3.
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
17/49
TIPOS DE PLATOS
•PERFORADOS (SIEVE TRAYS)
•CAS UETES DE BURBUJEO BUBBLE CAP
•VALVULAS (VALVE TRAYS)
•PERFORADOS (DUAL FLOW TRAYS)
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
18/49
BUBBLE CAP TRAY
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
19/49
PERFORADO DUAL FLO TRAY
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
20/49
AL ULAS AL E TRAY
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
21/49
• Sieve tra s
1. Facil de fabricar y menos costoso
2. Buena eficiencia a condiciones de diseno
3. Turndown bajoNo son extremadamente flexibles
5. Buenos en aplicaciones con alto ensuciamiento y
presencia de solidos
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
22/49
• Valve trays
1. Alto turndown
2. Mas flexibles cuando varia el flujo de
alimentacion
" ”.
mueven hacia arriba y abajo
4. La eficiencia permanece alta aun con disminucion
del flujo de gas o vapor.5. std. valve presentan mayores caidas de presion
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
. son mas cos osas
7. Sensibles al ensuciamiento y taponamiento
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
23/49
• Bubble Cap Trays
1. Poseen vertederos alrededor de cada agujero en el plato
2. Poseen una campana con ranuras o agujeros colocados sobre
el vertedero
ranuras
4. Poseen buena flexibilidad
.
liquido
6. Presentan arrastre de hasta tres (3) veces el equivalente a un
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
7. El espaciamiento entre platos debe ser mayor que para los
platos perforados
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
24/49
• Bubble Cap Trays
8. Presentan igual o menor eficiencia que los
. as carac er s cas e urn own son
superiores a las de los platos perforados
10. Presentan problemas con coke, formacion
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
25/49
• Patron de flujo cruzado
– pera en a u os prome o – Puede ser disenado para alimentaciones con
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
26/49
• Platos multi pasos (Multiple pass trays)-
Double pass
– El flujo de liquido es dividido en 2 secciones
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
–
muy altos.
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
27/49
• Downcomers and weirs – Controla la distribucion del li uido el flu o
de liquido a traves del plato
– Tubo circular• Usado en columnas muy pequenas y plantas
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
28/49
FACTORES PARA EL DISENO
DE PLATOS
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
29/49
CALCULO DEL DIAMETRO
DE LA COLUMNA
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
30/49
CALCULO DEL DIAMETRO
DE SOUDERS BROWN
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
31/49
CALCULO DEL DIAMETRO
DE LA COLUMNA
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
32/49
CALCULO DEL DIAMETRO
DE LA COLUMNA
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
33/49
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
34/49
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
35/49
EFICIENCIA DE LOS PLATOS
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
36/49
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
37/49
CALCULO DE CAIDA DE PRESION A
TRAVES DE PLATOS
• CAUSAS DE LA PERDIDA DE PRESION
– CONTRACCION DEL GAS A TRAVES DE LOSORIFICIOS
– FRICCION A TRAVES DE LOS ORIFICIOS – TURBULENCIA POR CAMBIOS DE DIRECCION
– PERDIDA A TRAVES DE RANURAS (SLOTS) DECASQUETES DE BURBUJEO
– PERDIDA DEBIDO A LA ALTURA DE LIQUIDO SOBREEL PLATO
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
38/49
CAIDA DE PRESION A TRAVES DE PLATOS
(BUBBLE CAP)LIQUIDO
P3
hd = cabezal equivalente a la caída de presióna través del downcomer y restricción.
hc = cabezal equivalente a la caída de presión
La entrada hasta la ranuras. (1 + 2 + 3 + 4).
hslot = cabezal equivalente a la caída de presión
del gas a través de las ranuras (slots). (5).
P2
hT = P1-P2 = hC + hslot + Sm + ho + hg/2 = P2-P3
H = hW + hO + hg + hd + hT
P1
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
1 Pérdida de presión debido a la contracción del gas2) Pérdida de presión debido a la fricción a través del orificio3) Pérdida de presión debido al cambio de dirección del gas
4) Pérdida de presión a través del espacio anular del casquete
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
39/49
CAIDA DE PRESION A TRAVES DE PLATOS
(BUBBLE CAP)PERDIDAS A TRAVES DE LOS SLOTSLas caídas de presión a través de las ranuras (slots) de los casquetes de burbujeo depende de laVelocidad del gas a través de las ranuras, de las propiedades físicas y de la altura del slot.
Para ranuras (slots) rectangulares, se tiene:
ara ranuras s o s r angu ares, se ene:
Donde:Qs = Flujo volumétrico del gas a través de los slots (ft3/s)
=
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
c = Altura del slot (ft)Estas ecuaciones son aplicables cuando hslots < c, con valores de diseño recomendables de hslots=0.5 c
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
40/49
CAIDA DE PRESION A TRAVES DE PLATOS
(PERFORADOS CON BAJANTES)
h = cabezal e uivalente a la caída de resiónSUPERFICIE
DEL LI UIDO a través del downcomer y restricción.
hc = cabezal equivalente a la caída de presióndel gas a través de los orificios. (1 + 2).
hslot = cabezal equivalente a la caída de presióndel gas a través de las ranuras (slots). (5).
h = P -P = h + h + ho + h /2 = P -P
H = hW + hO + hg + hd + hT
La pérdida de presión a través de los orificio se debea la contracción (1) y a la expansión del gas (2).
s a p r a es unc n e ca eza c n co
(Kinetic Head, K.H.)
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
Vc = Velocidad lineal máxima, pies/s
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
41/49
Para los platos de casquetes de burbujeo, se considera un factor de seis (6) cabezales cinéticosPor lo tanto la perdida de presión a través de los casquetes esta dada por:
Para los platos de orificio, se considera un factor de uno (1) a tres (3) cabezales cinéticosLa perdida de presión a través de los orificios depende de la relaciones:
Área de orificios/ Área activaspesor e p a o me ro e or c os. sar gura s gu en e :
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
42/49
CAIDA DE PRESION A TRAVES DE PLATOS
(PERFORADOS CON BAJANTES)
H )
e s
c i n é t i c o s , (
# C a b e z a
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
Área orificios/ Área activa, (As/Ao)
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
43/49
CAIDA DE PRESION A TRAVES DE PLATOS
(BUBBLE CAP / SIEVE TRAY)PERDIDAS POR LA ALTURA DE LIQUIDO EN EL PLATOLas caídas de presión debido a la altura de liquido sobre el plato tipo casquete de burbujeo es lasumatoria de la sumergencia estática (Sm), la altura de la cresta del liquido sobre el vertedero (ho) yel gradiente promedio del liquido (hg/2).
La altura de la cresta del liquido sobre el vertedero (ho), para un vertedero de segmento,
Donde:Ql = Flujo volumétrico del líquido (ft3/s)lw = Lon itud del vertedero ft
La caída de presión debido a la altura de liquido total a través del plato del tipo perforado es laSuma de ho y la altura del vertedero hw.
La caída de resión total a través del lato del ti o erforado Sieve tra s esta dada or:
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
Nota: el valor de hg es normalmente despreciable
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
44/49
CAIDA DE PRESION A TRAVES DE PLATOS
(BUBBLE CAP / SIEVE TRAY)PERDIDAS DE PRESION TOTAL A TRAVES DEL PLATO
Las caída de presión total a través del plato expresada en psi, esta dada por:
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
45/49
ALTURA DE LIQUIDO EN EL VERTEDERO
(BUBBLE CAP / SIEVE TRAY)
CALCULO DE LA ALTURA DE LIQUIDO EN EL VERTEDERO (H)
La altura del liquido en el vertedero debe ser menor al espaciamiento entre los platos mas la altura del
vertedero (hw). Como practica de diseño se considera que el valor de H sea un 50 % del valor de lasuma de la distancia entre los platos y la altura del vertedero.
El valor de H, esta dado por:
Hd = cabezal de la perdida de presión debido al flujo a través del vertedero (ft3/s)Ad = Área de la sección transversal del vertedero (ft2)
Donde:
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
46/49
FACTORES ADICIONALES DE DISENO
(BUBLE CAP / SIEVE TRAY)
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
47/49
FACTORES ADICIONALES DE DISENO
(BUBLE CAP / SIEVE TRAY)
PLATOS PERFORADOS (SIEVE TRAYS)
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
48/49
FACTORES ADICIONALES DE DISENO
(BUBLE CAP / SIEVE TRAY)
CARCASA DE LA COLUMNA Y PLATOS
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved
-
8/20/2019 Diseno de Torres y Platos
49/49
FACTORES ADICIONALES DE DISENO
VERTEDEROS Y PRESAS (DOWNCOMERS Y WEIRS)
(BUBLE CAP / SIEVE TRAY)
Copyright 2008, Ing. Abel Baldonedo, All rights reserved