mdp 04 cf-08 otros internos de torre de fraccionamiento

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PDVSA N° TITULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

�1994

MDP–04–CF–08 OTROS INTERNOS DE TORRES DEFRACCIONAMIENTO

APROBADO

SEP.97 SEP.97

SEP.97 L.C.0 63 L.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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OTROS INTERNOS DE TORRESDE FRACCIONAMIENTO SEP.970

PDVSA MDP–04–CF–08

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.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice1 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 ANTECEDENTES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 ENTRADAS 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 RETIROS 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 ELEMENTOS ESPECIALES EN TORRES DE PLATOS 40. . . . . . . . .

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 ALCANCEEsta subsección cubre las técnicas para especificar lo relacionado con el diseñode procesos de internos de torres de platos, diferentes a los dispositivos decontacto básicos. Esta subsección cubre distribuidores, retiros, soportes deplatos, arreglos de boquillas de retorno para alimentación y productos, circuito delrehervidor, filtros para coque, mallas para cortar arrastre, y deflectores para evitarmezclado,elementos de retiro de agua. El diseño mecánico detalladonormalmente lo realiza el fabricante, pero el ingeniero de procesos debe definir laconveniencia de utilizar un arreglo o elemento particular y tener criterios paraevaluar las propuestas detalladas de los fabricantes.

2 REFERENCIASPrácticas de Diseño (además de otras subsecciones de esta sección). Sección 5,Tambores Sección 9, Intercambiadores de Calor Sección 12, InstrumentaciónSección 14, Flujo de Fluidos.

Basic Practices

BP5–2–1, Internals for Towers and Drums.

Otras Referencias

“Developments in Wire Mist Eliminators”, Preprint 38, 50th National Meeting of theAICHE (May, 1963).

Kister Henry Z., “ Distillation Operation” 1990. Mc.Graw Hill.

Lieberman, Norman P. “Process Design for Reliable Operations” 2nd. Edition1988. Gulf Publishing Co.

Lieberman, Norman P. “Troubleshooting Process Operations” 1991 .PennWellPublishing Co.

Koch Engineering Company Inc., “Design Manual –Flexitray”, Bulletin960–1,1982.

3 ANTECEDENTESPara un arranque libre de problemas y una operación normal de las torres defraccionamiento es imperativo que todos los equipos auxiliares (i.e., retiros,distribuidores de retorno, deflectores para evitar mezclado, etc.) sean diseñadosapropiadamente. Los arreglos y técnicas de diseño presentadas aquí, han sidodesarrolladas a través de varios años y generalmente asegurarán una operacióneconómica y libre de problemas. El contenido se ha actualizado empleandonuevas fuentes reconocidas en el sector de procesos, cuyas recomendacioneshan sido y son utilizadas en la práctica industrial.




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4 DEFINICIONESDonde sea necesario, se dan definiciones en los puntos apropiados del textosiguiente.

5 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑOEl diseño detallado de una torre de platos tiene que tomar en cuenta los elementosestructurales que permitan soportar físicamente los internos que se coloquendentro de la torre para que ésta conserve su integridad y para que los elementosmismos mantengan su colocación en la posición adecuada dentro de lasexigencias de las diferentes condiciones de operación. Estos elementosestructurales deben conocerse por el ingeniero de procesos, para que desarrolleuna apreciación del impacto que su presencia puede tener en el patrón de flujodentro de la torre y comprender a mayor profundidad el funcionamiento de estosequipos.

Un elemento clave dentro del diseño estructural de los internos de torres de platoslo constituye el diseño del soporte de los platos. El método para soportar los platoslo fija el fabricante durante el diseño de detalle. Los soportes deben cumplir oexceder las normas mínimas del MID 10603.2.306. El número y tamaño de cadasoporte depende de varios factores, incluyendo el diámetro de la torre, la carga asoportar y la necesidad de acceso para mantenimiento.

Anillos de soporte

Para diámetros de torres de procesamiento hasta 3000 mm (10 pie)aproximadamente, el anillo de soporte del plato y las vigas menores proporcionantodo el soporte requerido. El ancho del anillo de soporte requerido estágeneralmente entre 50 y 75 mm (2 y 3 pulg), y se incrementa a medida que eldiámetro de la torre aumenta.




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Armaduras

Para diámetros de torres mayores de 3000 mm (10 pies), además de lasarmaduras menores y anillos de soporte, normalmente se requieren armadurasmayores. Para diámetros de torre hasta 6000 mm (20 pies) éstas comúnmente sondel tipo I o de canales. Donde el diámetro de la torres es mayor a 6000 mm (20 pies)aproximadamente, normalmente se usan armaduras de enrejado para cada juegode armaduras de soporte de dos o tres platos. Se deja suficiente área abierta enlas armaduras de enrejado para asegurar una buena distribución de vapor y paraproporcionar acceso a las secciones del plato a ambos lados de la armadura. Paraevitar una pobre distribución de líquido y vapor en el plato, las armaduras debenser instaladas paralelas a la dirección del flujo de líquido (a no ser que sean partedel bajante(s) interno de platos de paso múltiple).

Armaduras mayores

Diámetro de la torre, mm (1) No. altura, mm (2)

_3000 0 –

_3000, _3800 1 250

_3800, _4400 1 300

_4400, _5600 1 350

_5600, _6000 1 400

_6000 2 o más Enrejado

NOTA:

1. Para convertir mm a pie divida entre 304.8

2. Para convertir mm a pulg divida entre 25.4

6 ENTRADAS

Entradas intermedias y de reflujo en torres de destilación con platos

La principal consideración para introducir el reflujo o una corriente intermedia enuna torre de destilación es la de lograr la hidráulica adecuada en la zona deentrada. Una hidráulica defectuosa puede causar inundación prematura, arrastreexcesivo y daño mecánico a los internos. También resulta de importancia dividirla corriente de entrada de manera adecuada para lograr buena distribución de lacorriente que alimenta el plato, especialmente en platos de pasos múltiples.




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Arreglos para la alimentación del plato superior y entradas de reflujo

Los arreglos típicos de entrada de alimentación del plato superior y del reflujo consus correspondientes restricciones dimensionales se muestran en la Figura 1 yla Tabla 1, respectivamente.




Fig 1. ALIMENTACIONES DE TOPE Y ARREGLOS DE ENTRADA DE REFLUJO.VER LAS DIMENSIONES DE X, Y, Z EN LA TABLA 1.

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TABLA 1. ARREGLOS PARA LA ALIMENTACIÓN DEL PLATO SUPERIOR YENTRADAS DE REFLUJO.

Arreglo a b c d e f g h

Dn máx. * 6 – – 6 – – 6 –

Nota 3 3 – – 1 1 – 2

Líquido

x Wd Hcl Dn/2 >12 2Dn Dn/2 4 >12

y 4–6 2Dn – Wd 2Dn 2Dn Wd Wd

z – Dn – 4–6 Dn 1.5Dn – 4–6

Mixta NA NA NA NA

x 2Dn >12 2Dn >12

y 2Dn Wd 2Dn Wd

z Dn 4–6 2Dn 4–6

* Dimensiones en pulgadas. 1 Pulgada = 25.4 mm

Dn = diámetro de la tubería de entrada

Hcl = separación entre el bajante y el plato de abajo.

Wd = ancho del bajante.

NA = no se recomienda su aplicación para ese servicio.

Nota 1 : Taládrese en la parte superior un agujero de venteo de 1/4 de pulgada de diámetro

Nota 2 : Puede requerir placa de impacto o de desgaste.

Nota 3 : La boquilla debe entrar detrás del deflector, de lo contrario puede haber problemas de salto hidráulico.

Las tuberías internas deben ser desarmables para facilitar el mantenimiento.

Todos estos arreglos, a hasta h, son adecuados para entradas de líquidos.

Si la entrada está parcialmente vaporizada solo sirven los arreglos b, d, e y h.




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Los arreglos a, b, c, e, y f, normalmente se prefieren por razones de costo.

Los arreglos d y h normalmente se prefieren cuando hay una ventaja notable enorientar la boquilla de entrada de modo no paralelo al flujo de líquido que llega alinterior de la torre. Esto puede ocurrir en alimentaciones que entran con velocidadalta, que se disminuye con el cambio de dirección y el aumento de área de flujoque se obtiene al contactar la torre. También puede utilizarse cuando laslimitaciones de espacio obligan a introducir la tubería de entrada a la torre desdeel mismo lado que el bajante del plato de entrada.

Los arreglos a, d, h, y en menor grado el arreglo g tienen la desventaja de inducirlloriqueo (weeping) en las perforaciones o válvulas de entrada del plato de entradadebido al salto hidráulico sobre el rebosadero de entrada (aumenta la columna delíquido en esta zona del plato y genera componente de velocidad vertical haciaabajo).

El arreglo b, llamado comúnmente bajante falso (false downcomer) es bastantepopular,ya que es de bajo costo, puede manejar cargas parcialmente vaporizadas,ofrece mejor distribución de líquido, no tiene salto hidráulico y permite ciertaflexibilidad en la orientación de la boquilla de entrada. El ancho del bajante falsodebe ser igual que el ancho que tiene en el fondo el bajante real. Se recomiendaque la suma de las dimensiones x + y sea de 12 pulgadas (304.8 mm) paraalimentación de bajantes centrados o descentrados.

Si se considera que existe el riesgo de arrastre del líquido que salpique del falsobajante, se puede colocar un deflector horizontal con dimensiones 2dn por wddirectamente sobre la entrada de la boquilla hacia el bajante falso. Este deflectorse coloca a cierta distancia sobre el bajante falso. Normalmente no se requiereeste deflector.

El arreglo es también es popular, es de bajo costo, puede manejar cargasparcialmente vaporizadas no tiene salto hidráulico y minimiza el salpicado en laentrada. Es abierto en el fondo y en los dos lados.

Arreglos para entradas intermedias

Los arreglos típicos de entrada intermedia con sus correspondientes aplicacionesse muestran en la Figura 2 y la Tabla 2, respectivamente.




Fig 2. ARREGLOS DE ALIMENTACIÓN INTERMEDIA.

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TABLA 2.

Aplicabilidaddel arreglo

L. frío L/V V Entradacaliente

Altavelocidad

Altapresión

Capacidaddel bajante

crítica

a Si No No No No No No

b Si No No No No No No

c Si No No No No Si Si

d Si Si Si No No Si Si

e Si Si Si No Si Si Si

f Si Si Si No Si Si Si

g Si Si Si Si No Si Si

h Si Si Si Si Si Si Si

i Si Si No Si Si Si Si

j No Si Si Si Si Si Si

Los arreglos a y b son bastante limitados en sus aplicaciones y no se recomiendan,pues aún en servicio de líquido subenfriado pueden limitar la capacidad delbajante. Su principal ventaja es su bajo costo.

El arreglo c es el menos costoso y de acuerdo con el boletín 960–1 de la KochEngineering Company se puede utilizar incluso para cargas parcialmentevaporizadas, eliminando el problema potencial de arrastre de líquido si se colocael fondo de la boquilla de entrada a 6 pulgadas (152.4 mm) del piso del plato, paracargas líquidas, o a una separación desde el piso del plato igual a la mitad de laseparación entre platos para cargas parcialmente vaporizadas. Ver Figura 3.Debe evitarse su uso en caso de que la temperatura de alimentación sea muysuperior a la del líquido del plato ya que puede inducir evaporación excesiva enlos platos de abajo y limitar su eficiencia. Puede presentar problemas de impacto.




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Fig 3. B = 6 PULGADAS (15,24 CM) POR ENCIMA DEL PLATO PARAALIMENTACIONES LÍQUIDAS. B = LA MITAD DE LA DISTANCIA ENTRE PLATOS

PARA ALIMENTACIONES MEZCLADAS LÍQUIDO–VAPOR.

El arreglo d es similar al c, pero el deflector acanalado, que puede ser redondo orecto y está abierto arriba, abajo y por los lados evita el problema potencial deimpacto en la entrada que tiene el arreglo anterior. Genera una componente deflujo descendente que puede causar problemas.

El arreglo e es similar al anterior, pero la placa de fondo elimina el flujodescendente del arreglo anterior desviándolo hacia los lados. Con esto se bajala velocidad en la entrada, de modo que se puede utilizar en alimentaciones de altavelocidad ya sean líquidas o vapor.

El arreglo f es similar al anterior, pero la entrada realizada sobre el bajanteminimiza la posible interferencia con el funcionamiento del plato, cosa que puedeocurrir en el arreglo f.

El arreglo g se considera frecuentemente como óptimo para columnas cuyalongitud de vertedero de salida no supere los 5 pies (1.524 m). Para columnas másgrandes se recomienda usar distribuidores. Con este arreglo se tiene la ventajade llevar la alimentación hacia la entrada del plato, favoreciendo la separación,minimizando la interferencia con la acción del plato y dando suficiente recorridode mezclado para alimentaciones líquidas calientes en donde ello es másimportante. Se recomienda colocar el centro de la tubería de alimentación a unadistancia desde el plato inferior igual a dos tercios de la separación entre platos,hacer el corte de la tubería de entrada con un ángulo de 30° respecto a la verticaly dejar una separación entre dicha tubería y el bajante del frente de por lo menosun diámetro de la tubería de entrada. En caso de que la alimentación sea tancaliente que pudiera evaporar el líquido del bajante, se recomienda colocar unaplaca de aislamiento térmico en la cara externa del bajante.




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El arreglo h es una modificación del anterior, en el cual se agrega una placa dedesgaste y un deflector horizontal de impacto para evitar arrastre. Se recomiendapara alimentaciones de alta velocidad.

El arreglo i es un arreglo típico de distribuidor de alimentación, cuya aplicación serecomienda para columnas cuya longitud de vertedero de salida es mayor de 5pies (1.524 m). La separación entre el distribuidor y el bajante es de 3 a 4 pulgadas(76.2 a 101.6 mm) y las aberturas del distribuidor orientadas hacia el bajanteformando un ángulo de 45° con respecto a la vertical. Tiene las ventajas delarreglo g y permite una mejor distribución de líquido, ver distribuidores en laspáginas siguientes.

El arreglo j se aplica solamente para alimentaciones de alta velocidad en las queel vapor es la fase continua y el líquido se encuentra atomizado en forma de spray.Es frecuente su uso cuando la alimentación suministra la mayor parte del vaporque se dirige a las zonas superiores de la torre, así como en aplicaciones en lasque la alimentación se vaporiza rápidamente al entrar en torres que operan a bajapresión. Su uso es frecuente en alimentación de destiladoras atmosféricas y devacío en la refinación de petróleo. El deflector helicoidal va cerrado arriba, abiertoabajo y desciende en espiral. Debe colocarse una placa de desgaste en la paredde la torre.

Lineamientos generales para entradas de reflujo, plato superior yalimentaciones intermedias

– Las tuberías internas deben ser removibles.– Conviene colocar las tuberías de gran diámetro para alimentación de líquidos

bajo las cerchas del plato inmediato superior.– Las tuberías internas deben soportarse cerca de la boquilla de entrada, para

que la boquilla no realice la función de soporte.– Cuando la alimentación contiene vapores, deben reforzarse el plato y los

deflectores y anclarse la tubería de entrada al cuerpo de la torre, para quepuedan soportar los esfuerzos estructurales que genera este tipo de corrientebifásica.

– Cuando la alimentación contiene vapores o las tuberías de entrada son de grandiámetro, el espaciamiento entre los platos debe aumentarse entre 6 y 12pulgadas (152.4 mm y 304.8 mm) en la zona de entrada. Esto es especialmenteimportante en platos donde el tráfico de flujos es grande.

Las boquillas de entrada deben generar una caída de presión inferior a la del platoinmediato superior.




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Para alimentaciones líquidas, la velocidad de entrada no debe ser superior a los3 pies por segundo (0.9144 m/s), para garantizar la ruptura del chorro al entrar ala columna.

Lineamientos generales para distribuidores y entradas a platos de pasosmúltiples

Se recomienda el uso de distribuidores en las torres de gran diámetro, aquellascuya longitud de vertedero de salida es mayor que 5 pies (1.524 m), y en lascolumnas con platos de pasos múltiples para garantizar una distribución uniforme.Sin embargo, en el caso de alimentaciones líquidas a platos de dos pasos, sepueden introducir en el bajante central mediante arreglos similares a los dela Figura 1 (arreglos a, b, d, g, h) y al arreglo a mostrado en la Figura 2.

En los casos que se requiera una distribución no uniforme, como en los platos detres pasos, se puede utilizar una canal de alimentación ver Figura 4 en la que serealizarán los cortes de modo que logren repartir el líquido del modo deseado.

Cuando sea importante la buena distribución de líquido, es decir la uniformidad enla descarga, la velocidad del fluido en las perforaciones debe ser bastante mayorque la que tiene en la tubería del distribuidor. Para garantizar esto se puede hacerque la caída de presión a través de las perforaciones sea de 5 a 10 veces la caídade presión a través de la tubería del distribuidor. Alternativamente, se puede hacerque la velocidad en las perforaciones sea tres veces la velocidad en la tubería deldistribuidor, con una velocidad recomendada en el distribuidor de 5 pies porsegundo (1.524 m/s) para alimentaciones líquidas. Ver Figura 5 caso a.

Para alimentaciones en fase vapor o mixtas, este lineamiento puede ser difícil deaplicar por las altas velocidades y grandes diámetros de tubería de entrada a losque conduce. Una solución de compromiso de uso común es la de hacer que elárea de las perforaciones sea similar al área de la tubería del distribuidor, aexpensas de la calidad de la distribución, en la que el flujo de vapor puede dirigirsepreferencialmente hacia una pared de la torre, lo cual puede corregirse colocandotubos enderezadores de flujo. Ver Figura 5, casos b, c, y Figura 6.




Fig 4. CANALES DE ALIMENTACIÓN DE PLATO DE TRES PASOS.

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Fig 5. PERFILES DE DISTRIBUCIÓN EN TUBERÍAS PERFORADAS.

Fig 6. USO DE ENDEREZADORES DE FLUJO PARA ELIMINAR LA CANALIZACIÓN.

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La caída de presión a través de las perforaciones debe estar entre un mínimo de1 a 2 psi y un máximo de 15 a 20 psi. Caídas de presión menores pueden causarmala distribución ver Figura 5, caso d, mientras que caídas mayores puedencausar la atomización de la corriente, lo cual no es deseable.

No deben colocarse cerca de la entrada del distribuidor cambios fuertes dedirección ni elementos que causen elevada caída de presión, ya que esto puedecausar mala distribución. Ver Figura 5, caso e.

Debe evitarse el impacto de las corrientes de entrada con la pared de la torre yotros internos.

Los distribuidores de alimentación deben colocarse cuando menos a una distanciade 8 pulgadas (203.2 mm) sobre el piso del plato, para cargas líquidas, y a unadistancia de 12 pulgadas (304.8 mm) sobre el piso del plato, para cargas mixtas.Los distribuidores correspondientes al arreglo i de la Figura 2 deben colocarse demodo que su línea de centros quede a una separación desde el piso del platoinferior igual a los dos tercios de la separación entre platos.

Para distribuidores de longitudes superiores a los 10 pies (3.048 m), serecomienda colocarlos en forma de T de manera que la tubería de entrada lleguea la zona central del distribuidor, desde donde el flujo sigue a ambos extremos deldistribuidor. Ver arreglo i de la Figura 2.

Para longitudes menores o iguales a 10 pies (3.048 m), es común conectar latubería de entrada a uno de los extremos del distribuidor y el otro extremo seproyecta hacia el interior de la misma por encima del plato de entrada.

Secciones de fondo

Las principales consideraciones a tomar en cuenta para las entradas de la secciónde fondo de la columna son, en primer lugar lograr la separación de fasesrequerida y, en segundo lugar establecer la hidráulica correcta. De no ser así,puede afectarse severamente el funcionamiento del equipo e incluso dañarse susinternos.

Alimentaciones de fondo y retornos de rehervidores

Las alimentaciones de fondo y los retornos de rehervidores no deben quedarsumergidas en el líquido de fondo de la torre, excepto cuando se empleanaspersores (spargers) diseñados especialmente para tal propósito. De no hacerseesto, se puede causar excesivo arrastre, inundación prematura de la torre o dañomecánico a los internos. Tampoco deben colocarse a menos de 12 pulgadas(304.8 mm) del máximo nivel de líquido en el fondo ni entrando en ángulodescendente para no generar turbulencia que cause arrastre y problemas decontrol de nivel. Ver Figura 7, caso a.




Fig 7. a) MALA PRÁCTICA; b) BUENA PRÁCTICA.

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Se recomienda que las alimentaciones de fondo y los retornos de rehervidoresentren paralelamente al borde de la bandeja de sello del fondo (bottom seal pan),tal como se muestra en la Figura 7, caso b y sin impactar ninguno de los internoso elementos de medición. De no hacerse así, puede causarse arrastre de líquidoo vaporizar el líquido del bajante o tener control errático por medición defectuosa.Así mismo se recomienda que las alimentaciones de fondo y los retornos derehervidores se coloquen con su parte superior ubicada por lo menos a 15 ó 18pulgadas (381.0 ó 457.2 mm) por debajo del plato de arriba (El manual de Kochy el autor Lieberman recomiendan que esta distancia sea el equivalente a unespacio entre platos +12 pulgadas (304.8 mm)).

Las líneas de alimentación de fondo y de los retornos de rehervidores debendimensionarse correctamente para evitar inundación por falta de capacidad ovelocidades excesivas que pueden causar vibración en el plato y aflojarlo.

Se recomienda colocar una placa de impacto en caso de no poderse evitar elimpacto de la corriente de entrada con la pared de la torre, tal como puede sucederen torres de pequeño diámetro.

Deben evitarse las entradas que promuevan velocidades tangenciales en el fondode la torre, ya que pueden producir vórtices en el líquido de fondo. Sin embargo,un arreglo como el mostrado en la Figura 2 caso j, puede evitar este problema siestá bien diseñado.

Aspersores de vapor (spargers)

Los aspersores de vapor son tuberías perforadas que permiten introducir unacorriente de vapor bajo la superficie del líquido de fondo en forma de burbujas,evitando la formación de tapones o pistones de líquido (slugs). Ver Figura 8 casoa. También pueden utilizarse para introducir la alimentación de fondo en la zonade vapor que queda sobre el nivel del líquido de fondo de la torre (ver Figura 8 casob).

En el caso de los aspersores sumergidos se debe monitorizar el nivel de líquidoy eliminar cualquier interferencia del burbujeo con los instrumentos de medicióny control de la torre.




Fig 8. a) ASPERSOR DE ALIMENTACIÓN SUMERGIDO; b) ASPERSORDE ALIMENTACIÓN NO SUMERGIDO.

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Si la entrada de la alimentación de fondo es de alta velocidad, o se teme que existaalta turbulencia en la entrada, se puede utilizar el aspersor entrando en el espaciode vapor sobre el nivel de líquido. Ver Figura 8 caso b. Este es el arreglo preferidopara alimentaciones de fondo que están totalmente vaporizadas. En el caso dealimentaciones mixtas, puede causar mala distribución por el flujo preferencial devapor en las perforaciones de la entrada del aspersor, pero en torres de platos estono es normalmente un problema.

No se recomienda la entrada en el espacio de vapor con aspersores en el caso deretornos de rehervidores de tipo termosifón o marmita, debido a su alta caída depresión.

7 RETIROS

Retiros de líquido (diferente a los de los rehervidores)

Parte del líquido que cae en la torre puede retirarse como un producto lateral o

recirculación hacia un plato superior (pumparound) o hacia un plato inferior

(pumpback). La relación entre un retiro parcial y total depende normalmente de

los efectos anticipados del control de la torre y de la estabilidad del flujo del reflujo

interno. Como una regla general, el flujo de retiro parcial no debe exceder del 60%

de la suma del reflujo interno más el producto en el plato de retiro. El líquido del

circuito de reflujo que se bombea bajo control de flujo a través de intercambiadores

de calor y luego directamente a la sección del circuito no debe incluirse en la

fórmula anterior.

El retiro puede ser desde un bajante o un plato de chimenea extendido en toda lasección de la torre. Para minimizar la inversión, el colector de retiro normalmenteforma parte del bajante, a no ser que se requiera un área transversal excesiva parala carga de retiro. Ver Figura 9.

Un colector completo (ver Figura 10) debe usarse cuando se requiere (a) una

retención de líquido apreciable (Ver Sección 12 del MDP, para definir los

requerimientos de retención) como para compensar el producto o asentamiento

de agua o (b) cuando no se tolera ninguna fuga del plato superior por razones de

proceso (i.e. en algunas secciones de lavado con agua donde una fuga hacia la

solución de amina o cáustica es inaceptable).




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Fig 9. DETALLES DE RETIROS DE TORRES.

Fig. 9a. PREFERIDO

PLATO DE UN SOLO PASO O BAJANTEEXTERNO EN PLATO DE DOS PASOS

Fig. 9b. OPCION Fig. 9c. RETIRO PARCIAL

Fig. 9d. RETIRO TOTAL

BAJANTE INTERNO EN PLATODE DOBLE PASO




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Dimensiones del Plato, mm (pulg)

c = Espacio libre en el bajante

D = Diámetro de la boquilla de retiro

D’ = Diámetro de la boquilla de retorno

hd = Llenado del bajante (ver nota 9)

ht = Caída de presión total del plato

NOTAS:

1. El tipo de colector preferido es el A, porque da una separación de vapor más completa que el tipoB. Sin embargo, el tipo B puede ser usado si el colector tipo A ocupa mucha área de burbujeo delplato o se prolonga hacia abajo tanto como para interferir con el plato inferior. Ver también ladiscusión sobre retiros de líquido.

2. Los orificios o ranuras en distribuidores de tubería perforada deben diseñarse para una caída depresión total alrededor de 1.7 kPa (1/4 psi) y deben descargar hacia abajo en 45°. El espaciamientoentre la tubería y el vertedero debe ser alrededor de 75 mm (3 pulg), entre la tubería y el plato inferioralrededor de 150 mm (6 pulg). Ver también discusión en página 3.

3. La altura total del vertedero de sobreflujo en el plato:

Retiro Parcial Retiro Total

Con distribuidor 150 mm (6 pulg) � D ��2 150 mm (6 pulg) � D ��2 � 2c3c 4c

Sin distribuidor

4. Si el área de burbujeo es inadecuada en el plato inferior, considere el uso de bajantes inclinados.5. El ancho de la entrada al colector de retiro = 2 veces al cabezal sobre el sello del plato ó 3 pulgadas,

cualquiera sea mayor. El cabezal se calcula por:

hsd � 693 �QLLsd�2�3

, donde Lsd es la longitud del sello del plato en Lsd mm

6. La profundidad del colector de retiro = 1.5D o 150 mm (6 pulg), cualquiera sea mayor. El colectordebe extenderse a través de toda la longitud de cuerda del vertedero de sobreflujo y cubrir toda elárea enmarcada por la cuerda.

7. Altura total del vertedero de sobreflujo sobre el plato:

Retiro Parcial Retiro Total

Con distribuidor 150 mm (6 pulg) � D 1�2 150 mm (6 pulg) � D 1�2 � 2cSin vertedero 2c

Sin distribuidor8. Ubicación opcional de la boquilla. Deflectores antivórtice deben proveerse sobre las boquillas.

También, asegúrese que los codos no interfieren con la entrada al bajante del plato inferior. Si hayinterferencia las boquillas pueden ser colocadas del lado del colector de salida.




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9. Para obtener hd, (el llenado del bajante sobre el tope del vertedero de sobreflujo) agregue ht máshud del plato sobre el colector de salida, más el cabezal sobre el vertedero de sobreflujo (hsd) siexiste, más 25 mm (1 pulg) como factor de seguridad. Calcule hsd como se indica en la nota 5anterior.

10. La distancia vertical entre el fondo del colector y el tope del vertedero del plato inferior debe sermayor que 300 mm (12 pulg). Ver discusión en el texto.

11. Se pueden usar boquillas de retiro múltiple, si es económico.12. Proveer 2 filas de deflectores antivórtice entre el sello del plato y el vertedero de sobreflujo. La

longitud del deflector debe ser 3D.




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Fig 10. DETALLES(7) DEL COLECTOR DE RETIRO (PARCIAL O TOTAL).

Fig. 10a. ARREGLO DE UN SOLO PASO(RETIRO PARCIAL)

Fig. 10b. ARREGLO DE DOBLE PASO(RETIRO PARCIAL)




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NOTAS:

1. Proveer ranuras rectangulares (operación con retiro parcial). Si el plato va a ser usado comocolector de retiro total, también debe ser diseñado como de retiro parcial para permitir operacióncontinua de la torre si las bombas de retiro, etc., fallan. Para una operación de retiro total, asegúreseque el bajante del colector esté sellado para evitar flujo inverso de vapor por el bajante.

2. Para discusión de requerimientos de retención, refiérase a la Sección 12.3. El área transversal total de las chimeneas debe ser � que el área abierta del plato superior.

También el área cilíndrica total entre el tope, la chimenea y el lado del fondo del anillo de derramedel deflector superior debe ser � al área transversal de la chimenea; sin embargo, la distanciadesde el tope de la chimenea hasta el anillo de derrame debe ser � 50 mm (2 pulg). Para platosde chimenea debajo de rejillas Glitsch o lechos empacados, ver Subsección 3–J (Rejillas Glitsch– Distribución de vapor) para criterios de área de chimenea.

4. Proveer área para que la velocidad del líquido en la fosa de salida sea �0.3 m/s (1.0 pie/s).5. 1.5 D o 150 mm (6 pulg), cualquiera sea mayor.6. Para torres de gran diámetro (digamos > 3600 mm (12 pie)), y/o en casos donde la fosa de salida

para una sola boquilla sería muy profunda como para interferir con el plato inferior, considere lainstalación de dos retiros.

7. Todas las dimensiones están en mm, para convertir en pulgadas divida entre 25.4.




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Fig. 10c. (CONT.) DETALLES DEL COLECTOR DE RETIRO.

NOTAS:

1. D debe ser dos veces el ID de la boquilla a no ser que se provea un “Pote para Brea”, para minimizarel tiempo de residencia en el fondo. En tales casos D = Diámetro del “Pote para Brea”.

2. Proveer suficientes orificios para dar un área total al menos cuatro veces el diámetro de la boquilla,pero perfore todo el filtro en cualquier caso. Deje 6 mm (1/4 pulg) de espaciamiento anular debajodel filtro para drenaje.

3. La altura del filtro de acuerdo con los requerimientos del área total de orificios, pero no menos de300 mm (12 pulg).

4. El borde exterior del deflector debe estar D/3 mm (pulg) o 50 mm (2 pulg) sobre el tope del filtro,cualquiera sea mayor.

5. Provea anillos de derrame solamente para platos de chimenea usados debajo de rejillas Glitsch olechos empacados (donde el líquido “llueva” sobre los deflectores de los platos de chimenea).




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Retiro Parcial de Líquido a la Entrada del Plato – La versión vieja de este tipo deretiro se muestra esquemáticamente en la Figura I. Un colector de salida se colocadebajo del bajante con la boquilla de salida por el fondo o lateral a la caja. Estetipo de salida es satisfactoria en servicios donde la separación del vapor en elbajante es rápida y completa, o en servicios donde el arrastre de vapor por el retirono es importante. (e.g., cuando la corriente va a un despojador lateral o a un poteseparador). Sin embargo, en la mayoría de los casos, la mezcla líquido–vaporentra al bajante como espuma y se revuelve. Esto permite que las burbujas pasena la boquilla de retiro, causando cavitación en las bombas y poco o ningún controlen el retiro del flujo de líquido.

El problema de la separación del vapor es particularmente importante en torres defracciones livianas a alta presión, porque las condiciones operacionales estánfrecuentemente cerca de la presión y temperatura seudo–críticas de loshidrocarburos. En tales casos, las densidades de las fases vapor y líquido seaproximan una a la otra y la flotabilidad reducida de las burbujas de vapor previeneuna buena separación de fase. Por lo tanto, el diseño de la caja de retiro es máscrítica en torres de fracciones livianas que en sistemas a baja presión, tales comodestiladoras y fraccionadores catalíticos.

Un arreglo preferido (pero más costoso), que elimina el arrastre de vapor por elretiro, se muestra esquemáticamente en la Figura II. Con la adición de un colectorde sello en el retiro. Este diseño debe ser usado en todos los servicios donde elarrastre de vapor hacia el retiro tipo I causaría problemas. Como el retiro tipo II amenudo ocupa más espacio, puede reducir el área de burbujeo y en consecuenciala capacidad del plato. Para minimizar este efecto se puede usar un bajanteinclinado.

Figura I Figura II (Preferida)




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La caja debe tener una profundidad de al menos 150 mm (6 pulg) o 1.5 veces eldiámetro de la boquilla de retiro, cualquiera sea mayor. La caja debe extendersea través de toda la longitud de cuerda del vertedero de sobreflujo y cubrir toda estaárea. Se deben proveer placa(s) deflectora(s) (rejilla interna). Para el diseño dedeflectores anti–vórtice, ver Sección 5 de este manual. La boquilla debe estar tancerca como sea posible del fondo de la caja para facilitar el drenaje.

La distancia entre la caja de retiro y el tope del vertedero de salida sobre el platoinferior no debe ser menor de 300 mm (12 pulg), para no restringir el acceso albajante. De ser necesario, el espaciamiento entre platos debe ser incrementado.

Para asegurar flujo de diseño a través de la boquilla de retiro parcial desde unbajante de entrada de un plato de dos pasos, la distancia a lo largo del bajantehasta la boquilla más cercana no debe exceder de 2400 mm (8 pies). Enconsecuencia, se requieren dos boquillas si el diámetro de la torre es mayor que4800 mm (6 pies). Ver también Figura 9 caso c.

D < 2400 mm (8 pie) 2400 mm < D < 4800 mm(8 pie < D < 16 pie)

> 4800 mm (16 pie)




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El tamaño de la(s) boquilla(s) de retiro se debe basar en un área de flujo que deuna velocidad de líquido alrededor de 1 m/s (3 pies/s) con la línea llena.

D � F34� � QL

F36�� F37 Q0.5

L Ec. (1)

donde:

En unidadesmétricas

En unidadesinglesas

D = Diámetro interno mm pulgQL = Rata de flujo de líquido dm3/s gpmF3 = Factor cuyo valor depende de

las unidades usadas1000 1.0 d

F36 = Factor cuyo valor depende delas unidades usadas

1000 0.1069


35.7 0.369

Sin embargo, la boquilla no debe ser menor que el tamaño de la línea.

Retiro Total a la Entrada del Plato – El retiro puede estar aguas abajo del bajanteo detrás de la placa del bajante (Figura 9 caso a y caso b, respectivamente). Si elretiro está detrás de la placa del bajante, la boquilla debe estar ubicada losuficientemente alta para mantener un sello en el bajante a la máxima caída depresión por plato previsto. Si la boquilla de retiro está aguas abajo del bajante(arreglo preferido), se requiere un colector de sello entre el bajante y el retiro, paraproveer sello al bajante.

Con cualquier arreglo, se necesita un vertedero de sobreflujo, para prevenir el flujode líquido al plato siguiente durante una operación normal. Algunas veces esnecesario operar el plato de retiro total como retiro parcial, temporalmente,permitiendo que algo de líquido sobrepase este vertedero. Para lograr estaoperación, el espaciamiento entre platos debe ser lo suficientemente grande parapermitir tal sobreflujo, a un caudal máximo, sin llenar completamente el bajante.Al igual que para retiros parciales, la selección del tipo de retiro depende de losrequerimientos de separación. (Ver retiros parciales).

El tamaño de la boquilla debe basarse en la Ecuación (1).




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Plato Chimenea para Retiros Parciales o Totales – Los pasantes de vapor debentener un área transversal total al menos igual al área abierta del plato superior.Deben ser alrededor de 150 mm (6 pulg) más altos que la altura del nivel de líquido.Para mejorar la distribución de vapor hacia y de un plato chimenea, se debencolocar deflectores planos, sobre los pasantes del mismo diámetro de estosúltimos. El área cilíndrica entre el deflector y el pasante debe ser igual o mayor queel área transversal del pasante. Ver Figura 10.

Para un colector de retiro parcial, el vertedero de sobreflujo debe tener ranuras de200 a 250 mm (8 a 10 pulg) de profundidad, para minimizar cambios en la cantidadde sobreflujo con cambios en el nivel de líquido. El flujo a través de las ranuraspuede calcularse con la siguiente ecuación:

QL � F38 b h3�2 Ec. (2)

donde:

En unidades En unidades

métricas inglesas

QL = Flujo de líquido dm3/s gal/min

b = Ancho de la ranura rectangular mm pulg

h = Altura de líquido en la ranura mm pulg


5.20 x 10–5 2.68

Para evitar arrastre debajo del plato de chimenea, la distancia hasta d el platosubsiguiente inferior debe ser del orden de la existente para los otros platos de lasección inferior. Para asegurar suficiente altura del bajante del plato superior alplato de chimenea, la distancia desde la parte superior del nivel de líquido en elplato de chimenea hasta el plato subsiguiente superior debe ser del orden de laexistente para los otros platos de la sección superior.

Las boquillas de retiro deben ser dimensionadas con la Ecuación (1).

Filtros para Coque – Estos son instalados sobre la boquilla del fondo en torresdonde se pueden acumular partículas sólidas, tal como destiladores de vacío yfraccionadoras de productos craqueados, para mantener los pedazos grandes decoque fuera de las líneas de succión de las bombas (Figura 11).




Fig 11. FILTRO PARA COQUE.

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NOTAS:

1. D debe ser dos veces el ID de la boquilla a no ser que se provea un “Pote para Brea”, para minimizarel tiempo de residencia en el fondo. En tales casos D = Diámetro del “Pote para Brea”.

2. Proveer suficientes orificios para dar un área total al menos cuatro veces el diámetro de la boquilla,pero perfore todo el filtro en cualquier caso. Deje 6 mm (1/4 pulg) de espaciamiento anular debajodel filtro para drenaje.

3. La altura del filtro de acuerdo con los requerimientos del area total de orificios, pero no menos de300 mm (12 pulg).

4. El borde exterior del deflector debe estar D/3 mm (pulg) o 50 mm (2 pulg) sobre el tope del filtro,cualquiera sea mayor.

5. Provea anillos de derrame solamente para platos de chimenea usados debajo de rejillas Glitsch olechos empacados (donde el líquido “llueva” sobre los deflectores de los platos de chimenea).




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Retiros a rehervidores

Las Figuras 12 y 13 muestran diagramas esquemáticos de varios arreglos deretiros hacia rehervidores. Bajo cada diagrama hay una lista de algunas de susventajas y desventajas para ayudar al diseñador, a la selección del tipo de retiromás adecuada para una situación dada. Una discusión de tipos de rehervidoresy consideraciones hidráulicas, se presenta en la Sección 9.

Fig 12. RETIROS DE REHERVIDORES(1) (PLATOS DE UN SOLO PASO).

REHERVIDORES DE FLUJO FORZADO

Fig. 12d Fig. 12e Fig. 12f

Fig.12a Fig. 12b Fig. 12c

REHERVIDORES DE RECIRCULACION




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Caso A Caso B Caso C

Usado para rehervidoresde termosifón. Proveeretención moderada deltamaño del colector deretiro. Provee sello para elbajante. El cabezal sobreel retiro es constante. Eldeflector aisla el líquido enel bajante, evita el choquesobre puntos de unión, y seaproxima a una etapateórica.

Usado para hornos,rehervidores de termosifóno de flujo forzado(pump–through). Provee lamayor retención dealimentación para elrehervidor, pero el menorDTML de los tiposmostrados. Provee sellodel bajante. El cabezalsobre el retiro varía. De lostipos mostrados es el quemenos se aproxima a unaetapa teórica. Es deconstitución simple.

Usado para hornos, rehevidores de termosifón oflujo forzado. Provee unagran retención. Proveesello del bajante, si se usauna retención opcional. Elcabezal sobre el retiro esconstante. Se aproxima auna etapa teórica. Si semaneja material de ampliorango de ebullición latransferencia de calor através de la placa delbajante puede causarexcesiva vaporización enel bajante.


Caso D Caso E Caso F

Usado únicamente pararehervidores de termo–sifón. La retención en elcolector es moderada.Provee sello del bajante. Elcabezal sobre el retirovaría.

Usado para hornos orehervidores de flujoforzado. Provee una granretención. Provee sello delbajante, si se usa unaprolongación opcional.Requiere más instrumen–tación que el tipo de retiro“C”.

Usado para rehervidoresde marmita (Kettle)solamente. Provee sellodel bajante. El cabezalsobre el retiro varía. Es deconstrucción simple.

NOTAS:

1. Criterios de dimensionamiento y dimensiones detallados se dan en el texto y en la Figura 9.2. Distribuidor de tubería perforada. Considere el uso de deflectores o plato de desgaste para servicio

erosivo y corrosivo.

3. El cierre del retiro inundaría el plato, si el P del rehervidor aumentara como resultado deensuciamiento.

4. Boquilla de derrame.5. Ver también Figura 1 del documento MDP–05–EF–02.




Fig 13. RETIROS DE REHERVIDORES(1) (PLATOS DE DOBLE PASO)


Fig. 13c Fig. 13d


Fig. 13a Fig. 13b

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Caso A Caso B

Usado para rehervidores de termosifón. Proveeretención moderada, dependiendo del tamañodel colector de salida. Provee sello para elbajante. El cabezal sobre el retiro es constante. Eldeflector aisla el líquido en el bajante, evita elchoque sobre puntos de unión y se aproxima auna etapa teórica.

Usado para hornos o rehervidores determosifón o de flujo forzado. Provee lamayor retención de alimentación parael rehervidor pero el menor DTML queel tipo “A”. Provee sello para el bajante.El cabezal sobre el retiro varía. Seaproxima menos a una etapa teóricacomparado con el tipo “A”. Es deconstitución simple.


Caso C Caso D

Usado únicamente para rehervidores determosifón. La retención en el colector esmoderada. Provee sello del bajante. El cabezalsobre el retiro varía.

Usado para rehervidores de marmitasolamente. Provee más retención queel tipo “C”. Provee sello del bajante. Elcabezal sobre el retiro varía. Es deconstitución simple.

NOTAS:

1. Criterios de dimensionamiento y dimensiones detalladas son dados en el texto y en la Figura 9.Los retiros internos son generalmente más simples y baratos que los retiros externos y por lo tantoson preferidos. Los retiros externos mostrados son análogos o similares a los de la Figura 12.

2. Distribuidor(s) de tubería perforada.3. El cierre del retiro inundaría el plato, si el P del rehervidor aumentara como resultado de

ensuciamiento.4. Boquilla de derrame.5. Todas las dimensiones están en mm, para convertirlas en pulgadas divida entre 25.4.




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A continuación se da un procedimiento para diseñar el colector de retiro yfacilidades asociadas para un rehervidor de termosifón recirculante, usando unaboquilla de retiro lateral. Este tipo de retiro es preferido para torres a nivel delsuelo, por ejemplo, en las que el producto de fondo sale del sistema por presión,en lugar de bombeado, o para torres en que si se usara una salida de fondo,variaciones en el nivel de fondo pudieran crear variaciones externas en la cantidadde recirculación por el rehervidor. Aunque este procedimiento aplicaprincipalmente a termosifones recirculantes de salida lateral, muchos de losaspectos de diseño son generales y pudieran ser considerados para rehervidoresde un solo paso, así como también otros tipos de rehervidores.

El tipo recomendado de colector de retiro se muestra más adelante. Cuando estetipo de retiro se diseña según el procedimiento que se indica a continuación seminimizan el arrastre de vapor hacia el rehervidor y la inestabilidad debido al flujode líquido errático hacia el rehervidor. Esto prevendrá oleaje en el rehervidor, locual puede resultar en inundación prematura de la torre e incapacidad para lograrel suministro de calor de diseño. Este método da baja turbulencia, baja velocidadde líquido y un adecuado tiempo para la separación vapor–líquido en el colectorde retiro.




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NOTAS:

1. Mínimo pero no menor de 100 mm (4 pulg).2. Al menos C + 50 mm (2 pulg) de tal forma que el líquido choque con el deflector inclinado.3. El deflector se extiende a través de todo lo ancho del colector.4. La distancia desde el tope del vertedero de sobreflujo hasta el plato superior debe ser al menos

1–1/2 veces la distancia entre platos.5. El colector de salida debe ser hecho tan ancho como sea posible, limitado por la dimensión r, la cual

se basa en una velocidad de líquido bajante 0.06 m/s (0.2 pies/s)6. Todas las separaciones deben ser incrementadas en servicios de ensuciamiento severo.7. La dimensión A, la profundidad del colector de salida sobre la boquilla de salida, la fija el

requerimiento de retención de alimentación del rehervidor.8. Para convertir de mm a pulg divida entre 25.4.

Procedimiento de diseño

1. Seleccione la cantidad de alimentación del rehervidor, basada en elrequerimiento de vaporización, de tal forma que la porción vaporizada en elrehervidor sea de un 20 a 50% en peso de la alimentación (para detallesadicionales ver Sección 9–E ). Este porcentaje se basa en la caída de presióny en la transferencia de calor óptimas en el rehervidor. El porcentaje devaporización también afecta la aproximación del rehervidor a un platoteórico, puesto que está relacionado al número de veces que el mismomaterial pasa a través del circuito del rehervidor antes de pasar a formarparte del producto de fondo. Más significante, sin embargo, es el grado alcual el líquido del bajantes es selectivamente retirado a través de la boquillade retiro. (En preferencia al líquido retornado del rehervidor).

Tal retiro selectivo del líquido del bajante se maximiza con el arreglo dedeflectores mostrado en el diagrama anterior. Si el fraccionamiento es crítico,la aproximación a un plato teórico en el rehervidor puede ser calculado de lafórmula dada en la Sección 9.

2. Para establecer la localización del vertedero de sobreflujo, calcule ladimensión “r” en el diagrama anterior con los pasos (a) y (b) siguientes:

a. Del flujo volumétrico (a condiciones de operación) del producto defondo, calcule el área segmental entre el casco y el vertedero desobreflujo para una velocidad de líquido de 0.06 m/s (0.2 pies/s). Estoda la mínima área de sobreflujo permitida, para minimizar el área delcolector de salida. De esta manera el colector atrapará la mayor partedel líquido que cae del plato superior durante el arranque, cuando elflujo de vapor normalmente es bajo. En cambio, si la polimerización esun problema, el área segmental puede incrementarse (incrementandola dimensión “r”), para reducir la retención (tiempo de residencia) yensuciamiento en el colector de retiro.




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b. Con el área calculada en el paso (a) y los valores dados en la Tabla 1,Subsección k, calcule la dimensión r.

3. Calcule la Dimensión A, la cual determina la retención del colector de retiro,como sigue:

a. Calcule, para condiciones de diseño, el volumen de líquido en elrehervidor y tubería de retorno. Primero, el promedio de la fracciónvolumétrica de líquido en el rehervidor es:

L �VL

Y �V �

VV�V

ln �1 � Y ��VVL� –Y�

��

Ec. (3)

donde:En unidades En unidades

métricas inglesasL = Promedio de la fracción

volumétrica de líquido

VL = Volumen específico del líquido m3/Kg pie3/lb

VV = Volumen específico del vapor m3/Kg pie3/lbDV = VV – VL m3/Kg pie3/lbY = Fracción en peso vaporizada

Luego, la fracción volumétrica de líquido en la tubería de retorno es:

L �VL (1–Y)

VL � Y �V Ec. (4)

Multiplique estas fracciones volumétricas de líquido por el volumen total delrehervidor y tubería de retorno, respectivamente, para obtener los volúmenestotales de líquido.

b. Calcule lo que sería el volumen de líquido en el rehervidor y tubería deretorno, asumiendo un 20% de reducción en la cantidad devaporización y un incremento simultáneo de 10% en la cantidad decirculación total.

c. Encuentre la retención de líquido requerida sobre la boquilla de salidapor la diferencia entre (a) y (b). Esta cantidad debe ser suficiente parasuplir líquido al circuito del rehervidor durante cambios en el suministrode calor al rehervidor. Sin embargo, como se mencionó en el paso 2(a),puede ser necesario reducir esta retención en servicios deensuciamiento severo, para minimizar el tiempo de residencia en elcolector de salida.




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d. Usando la Tabla 1 de la Subsección K y la retención calculada en (c),calcule la dimensión A, teniendo en mente que el líquido por debajo deltope de la boquilla de salida no se incluye. Similarmente, el líquido enel bajante a aguas arriba del sello del colector no deben contarse comocontribuidores de retención.

4. Calcule el diámetro D de la boquilla de retiro a partir de la Ec. (1) de la página(7). Si el tamaño de la boquilla excede el tamaño deseado para la tubería queva al rehervidor, la línea debería reducirse en el tramo vertical fuera de latorre, en un punto bien abajo de la boquilla de retiro.

5. Otras consideraciones son:

a. El deflector debe proveer una superficie suave para el choquevapor–líquido. Este debe ser fabricado e instalado de manera que lacostura esté del lado de atrás del deflector. Puesto que el lado delbajante queda hacia el centro de la torre generalmente tieneproyecciones horizontales que podrían desviar el líquido, éste no debeser usado en lugar del deflector.

b. Para ahorro de tubería, las boquillas de retiro y retorno del rehervidordeben estar ubicadas del mismo lado de la torre. El retorno delrehervidor debe ser un distribuidor normal de tubería perforada,excepto un tercio de su longitud aguas arriba que debe dejarse sinperforar, para minimizar turbulencia en la superficie del líquido de retirocerca de la boquilla de retiro.

c. Cuando se especifica la altura del rehervidor con respecto a la torre,siga las guías dadas en la Sección 9–E. No se debe agregar altura extraa la torre y el rehervidor como un factor de seguridad (a no ser que seinstale una válvula de baja caída de presión en la línea de retiro), ya queésta podría causar que el flujo de circulación exceda los valores dediseño con posible arrastre de vapor e inestabilidad. Si se anticipa unamplio rango de condiciones de operación, o si se especifica una alturaconservadora para la torre con el fin de poder incrementarsustancialmente el caudal de alimentación al rehervidor sobre el valorde diseño considerar la instalación de una válvula de baja caída depresión (tal como una válvula de compuerta o mariposa) en la línea dealimentación al rehervidor para estrangular la cantidad de circulación.La válvula debe ser colocada en una sección de tubería ubicada pordebajo del fondo del rehervidor. Si se instala esta válvula, también debeproveerse un cristal de nivel en la caja de retiro.




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8 ELEMENTOS ESPECIALES EN TORRES DE PLATOS

Rejilla metálica tipo malla para evitar arrastre

En algunas torres, el arrastre de líquido puede causar una grave contaminacióny degradación del producto. Para evitar este problema, se instala una rejillametálica tipo malla para proveer superficie sobre la cual pueda coalescer el líquidoarrastrado. Estas rejillas deben ser diseñadas cuidadosamente. Si la velocidadsobre la rejilla es muy baja, no ocurrirá máxima coalescencia. Si la velocidad esmuy alta, el líquido coalescido será arrastrado desde la rejilla.

La formación de coque en la rejilla puede ser también un problema, dependiendode la temperatura, tipo de rejilla, retención y calidad de la alimentación. Cada torredebe ser considerada individualmente, y debe tomarse en cuenta la experienciapasada o similar.

– Eficiencia

Para un comportamiento óptimo, el factor Vs [ρV / (ρ L – ρV) ] 0.5 del vapor queentra a la rejilla debe estar dentro del rango de diseño dado en la Figura 14 casoa. Si cae por debajo de este rango, debe reducirse el área transversal de la rejillaagregando un deflector en forma de anillo alrededor de la rejilla.

– Caída de Presión

La Figura 14 caso b, da los factores a ser usados en las ecuaciones siguientespara calcular la caída de presión a través de una malla 931 tipo York*. La caídade presión del vapor que pasa a través de la rejilla seca y la resistencia adicionalal flujo del vapor debido al líquido retenido en la rejilla se evalúanseparadamente y luego se suman para dar la caída de presión total.

�Pv � F39 f �v t V2S Ec. (5)

donde

En unidades En unidadesmétricas inglesas

DPv = Caída de presión del vapor con larejilla seca

mm de agua pulg de agua

f =t = Espesor de la rejilla (normalmente

150 mm (6 pulg))mm pulg

rv = Densidad del vapor a condicionesde operación

kg/m3 lb/pie3

Vs = Velocidad superficial del vapor m/s pie/sF39 = Factor cuyo valor depende de las

unidades usadas0.0159 0.0236




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donde

�P �F40

��Pv �� PL�

�L Ec. (6)

En unidades En unidadesmétricas inglesas

DP = Caída de presión total a travésde la rejilla

mm de líq. caliente pulg de líq. caliente

DPL = mm de agua pulg de aguarL = Densidad del líquido a

condiciones de operaciónkg/m3 lb/pie3


1000 62.4

* La Figura 14 caso b, y las Ecuaciones 5 y 6 se basan en información del boletín631 de la OTTO H. York Co, Inc., también publicado en preimpresión 38“Developments in Wire Mesh Eliminators” de la 50va reunión nacional de la AICHE(Mayo 1963).




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Fig 14. REJILLA METÁLICA.

PORCENTAJE DE REMOCION DE ARRASTRE

Fig. 14a. EFICIENCIA DE LA REJILLA METÁLICA.




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Fig. 14b. CAÍDA DE PRESIÓN EN LA REJILLA METÁLICA*.




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Si se ha agregado un deflector perfilado en forma de anillo, vs. debe ser evaluadacon el área transversal de la rejilla, no con la de la torre.

NOMENCLATURA

b = Ancho de la ranura rectangular, mm (pulg) (Ec. 2)

c = Distancia del bajante, mm (pulg)

D = Diámetro de flujo o interno, mm (pulg) (Ec. 1)

Fi = Factor que depende de las unidades usadas (ver tabla al final)

f = Factor de fricción (Ec. 5)

H = Altura del filtro, mm (pulg) (Figura 4a)

h = Altura de líquido en la ranura, mm (pulg) (Ec. 2)

hd = Llenado del bajante, mm (pulg) de líquido caliente (Figuras 9., 10.)

hed = Caída de presión de plato seco efectiva, mm (pulg) de líquidocaliente

hsd = Cabezal sobre el sello, mm (pulg) de líquido caliente (Figura 9., nota5)

ht = Caída de presión total en el plato, mm (pulg) de líquido caliente(Figura 9.)

L = Fracción volumétrica de líquido promedio (Ec. 3)

Lsd = Longitud del sello, mm (pulg) (Figura 9., nota 5)

∆P = Caída de presión, kPa o mm (pulg) de líquido caliente (de acuerdoal contexto)

∆PL = Caída de presión debido al drenado de líquido en la rejilla, mm(pulg) de agua (Figura 8b)

∆Pv = Caída de presión del vapor a través de la rejilla, mm (pulg) de agua(Ec. 5)

QL = Flujo de líquido, dm3/s (gpm) actuales (Ec. 1 y 2)

t = Espesor de la rejilla metálica tipo malla, mm (pulg) (Ec. 5)

Vs = Velocidad superficial, m/s (pie/s) (Ec. 5)

VL = Volumen específico de líquido, m3/kg (pie3/lb) (Ec. 3 y 4)

VV = Volumen específico del vapor, m3/kg (pie3/lb) (Ec. 3)

∆V = VV – VL

Y = Fracción en peso vaporizada (Ec. 3 y 4)

µv = Viscosidad actual del vapor, Pa.s (Cp) (Figura 8b)




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ρL = Densidad del líquido a condiciones de operación, kg/m3 (lb/pie3)

ρV = Densidad del vapor a condiciones de operación, kg/m3 (lb/pie3)

Factor Fi

En unidades En unidades

métricas inglesas

F3 (Ec. 1) 1000 1.0

F36 (Ec. 1) 1000 0.1069

F37 (Ec. 1) 35.7 0.369

F38 (Ec. 2) 5.20 x 10–5 2.68

F39 (Ec. 5) 0.0159 0.0236

F40 (Ec. 6) 1000 62.4




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Deflectores de salpicado o de campana

Para servicios de baja carga de líquido, en el orden de 0.1 galones por minuto porpulgada del vertedero (1.49 dm3/min.cm), se recomienda colocar deflectores desalpicado o de campana tal como se muestra en la Figura 15. Con estosdeflectores se aumenta la retención de líquido en el plato y la altura de la espuma(froth) previniendo el secado del plato. En columnas de pequeño diámetro, menorde 6 pies (152.5 mm), evita que las gotas que se forman en la entrada de líquidoal plato vuelen directamente hacia el bajante. Para estas aplicaciones el plato debesellarse a prueba de fugas.

Fig 15. DEFLECTOR DE SALPICADO, CAMPANA DE VAPOR.

b)

a) b)

a)




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Deflectores anti salto

En los platos de pasos múltiples donde exista riesgo de que pase líquido de unpaso a otro por la velocidad horizontal del líquido que sale hacia el bajante, secolocan deflectores anti salto, ver Figura 16 que evitan que esto ocurra, de nohacerse esto, se puede acumular localmente una cantidad de líquido en el paseque recibe el flujo adicional que puede causar inundación prematura.

Fig 16. DEFLECTOR ANTI SALTOS.




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Bandejas de sello con bajorrelieve

En aplicaciones en las que se requiere evitar problemas de sello en los bajantesse pueden utilizar bandejas de sello con bajorrelieve, en todos los casos, overtederos de entrada, solamente para aplicaciones de muy baja carga de líquido.Ver Figura 17.

Fig 17. ARREGLOS PARA SELLAR EL BAJANTE. a) VERTEDERO DEENTRADA ; b) PANEL DE SELLO.

(a) (b)




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Transiciones para cambio en el número de pasos de platos

Con frecuencia se requiere cambiar el número de pasos en los platos de una torreal introducir corrientes líquidas en las mismas. En estos casos se debe realizarla transición sin dañar la calidad de la distribución, ni causar restricciones al flujoni interferir con el sello del bajante. Se sugiere el diseño mostrado en la Figura 18caso a. Adicionalmente, se recomienda en este caso que el espaciado en el platode transición exceda al espaciado normal entre platos en un mínimo de 1.5 pies,preferiblemente 2 pies (0.4572 ó 0.6096 m).

La Figura 18 caso b, muestra transiciones recomendadas entre platos de pasosencillo y de doble paso, junto con el criterio de diseño necesario.

Fig 18. .

Fig. 18a. ARREGLO DEL PLATO DE TRANSICIÓN




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Fig. 18b. TRANSICIONES ENTRE PLATOS DE UN SOLO PASO Y DOBLE(10)

UN SOLO PASOA DOBLE TIPO 1(1)

DOBLE A UN SOLO PASO(BAJANTE EXTERNO)

DOBLE A UN SOLO PASO(BAJANTE EXTERNO)




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NOTAS:

1. Use el tipo 1 o el tipo mostrado en la Figura 1A si el líquido externo es 60% vol del líquido total; deno ser así, use el tipo 2.

2. (2) Dimensione los orificios o las ranuras en el distribuidor de entrada para un P alrededor de 1.7kPa (1/4 psi); inclinados hacia abajo 45°.

3. (3) El espacio libre debajo del bajante simulado debe ser 25 mm (1 pulg) o aquel basado en unapérdida de cabezal de 50 mm (2 pulg) de líquido caliente, cualquiera sea mayor.

4. (4) El área del colector de retiro de líquido debe basarse en una velocidad de líquido descendentede 0.12 m/s (0.4 pie/s).

5. (5) Especifique plato soldado para sellar el fondo del bajante del plato superior.6. (6) La profundidad del colector de retiro de líquido = 150 mm (6 pulg) o 1–1/2 vez de diámetro de

la boquilla, cualquiera sea mayor. Provea deflector anti–vórtice.7. (7) Como este plato de paso sencillo tiene un área de burbujeo menor a la usual, chequee para ver

si se requiere espaciamiento adicional entre platos para evitar arrastre. Si se requiere un sello, verFigura 10.

8. (8) Proveer un espaciamiento de 50 mm (2 pulg) ente el tope del bajante simulado y el plato superior,para prevenir el atrapamiento de aire durante el arranque.

9. (9) La placa deflectora dirige el líquido hacia el centro del bajante interno, de tal manera que puedafluir a través del bajante simulado.

10. (10) Todas las dimensiones están en mm, para convertirlas a pulgadas divida entre 25.4.




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Platos a prueba de explosión

En algunas torres de destilación, tales como las fraccionadoras de las plantas decoque, existe el riesgo de desprender y dañar los platos por la vaporizaciónrepentina de agua que entre accidentalmente a la torre.

El desprendimiento de los platos ocurre cuando el plato se abomba por la presióny se sueltan los elementos de fijación (clips) que lo unen al anillo de soporte. VerFigura 19.

Para evitar este problema se deben fijar a la pared del recipiente los elementosrigidizadores, cerchas integrales, que forman parte del plato. Para ello se colocanen la pared de la torre unos soportes a los cuales se fija mediante clips de corte(SHEAR CLIPS) una barra que enlace las cerchas integrales del plato, tal comose muestra en la Figura 19.

Los clips de corte deben fallar a un nivel de esfuerzo predeterminado que permitaproteger al recipiente de un aumento de presión muy fuerte. De no ser así, podríadeformarse la pared del propio recipiente. Los bajantes pueden actuar comoalivios internos de presión si se diseñan los clips de corte para soportar una caídade presión de unas 0.6 psi, cercana a 2 pies (0.6096 m) de columna dehidrocarburo líquido.




Fig 19. PLATO A PRUEBA DE EXPLOSIONES.

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De este modo el líquido en los bajantes se desaloja en caso de sobrepresión antesde que los clips de corte fallen.

Mejoramiento de la Capacidad de Reducción de Flujos (Turn Down Ratio)

Se puede mejorar la capacidad de reducción de flujos de una torre de destilacióncon platos de válvulas duales, livianas y pesadas que permiten apertura de laválvula liviana a bajas cargas de vapor y la de ambas a elevadas cargas de vapor.Ver Figura 20.

Fig 20. VÁLVULA CON COPAS DUALES MEJORA LA CAPACIDAD DE REDUCCION DEFLUJOS DE LOS PLATOS DE VÁLVULAS.




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Reducción de fugas en los platos

Los platos de las torres de destilación normalmente se ensamblan a partir deelementos que se apernan y en cuyas uniones se presentan con frecuencia fugasque pueden reducir drasticamente la eficiencia del fraccionamiento. Así mismo,los platos de válvulas pueden presentar cierto grado de fuga por las válvulas,especialmente a cargas bajas, con iguales consecuencias adversas sobre laeficiencia de fraccionamiento. Ver Figura 21.

Fig 21. LOS FLUJOS BAJOS REQUIEREN MAYORES REFLUJOS DEBIDO A LAPÉRDIDA DE EFICIENCIA DE LOS PLATOS.




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La reducción de eficiencia obliga a aumentar la relación de reflujo, lo que a su vezdesperdicia energía del rehervidor e incrementa la carga térmica del condensadorcon el consiguiente desperdicio de energía.

A nivel de diseño se pueden tomar varias acciones para prevenir lo anterior talescomo exigir la colocación de empacaduras en las uniones de los elementos delplato, especificar platos de válvulas especiales para altas relaciones de flujosmáximos a mínimos turndown, (solamente para servicios limpios, de lo contrariose pueden pegar las válvulas al plato) y finalmente, se pueden soldar loselementos que conforman el plato, sin embargo, esta opción drástica crea seriosinconvenientes a la hora de sacar el plato y no permite desprendimiento de platosen servicios con flash de agua.

Platos para la eliminación de agua

En aplicaciones de refinería en las que el agua forma parte de la alimentación dehidrocarburo, ésta debe retirarse de la torre de modo continuo, lo cualnormalmente ocurre con la corriente de tope. Sin embargo, en algunos casos elagua, que se comporta como un componente no ideal, puede condensar y quedaratrapada dentro de la torre pudiendo salir solamente después de formar una faselíquida separada, con lo cual se puede reducir la eficiencia de platos, aumentar lacaída de presión de platos, corroer el equipo, dañar los tubos del rehervidor y tenertemperaturas anormales en el mismo. Estos problemas son más frecuentes enservicios que manejan hidrocarburos livianos.

Se puede calcular si una torre puede desarrollar problemas de retención de aguamediante un balance de agua que se refleja en el siguiente procedimiento:

Determine la fracción de agua en la alimentación analizando muestrasrepresentativas de la misma. De no ser factible esto, estímese el contenido dehumedad de la alimentación mediante una gráfica de solubilidad del agua enhidrocarburos como función de la temperatura, tal como la Figura 22.




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Fig 22. SOLUBILIDAD DEL AGUA EN HIDROCARBUROS LIVIANOS SUPONIENDOEQUILIBRIO EN AGUA LIBRE.

Calcule el flujo de agua que entra con la alimentación multiplicando el flujo dealimentación por el contenido de agua determinado en el paso anterior. Este flujode agua tiene que poderse retirar por el tope de la columna.

Se debe proceder a determinar la capacidad de retiro de agua por el tope de lacolumna. Esta capacidad es la diferencia entre el agua que la torre puedeevaporar en el tope y el agua que regresa al tope con la corriente de reflujo. Paraello se requiere o estimar la temperatura del tope de la columna, la presión de latorre y la temperatura del líquido del tambor acumulador de reflujo.




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El máximo flujo de agua que se puede vaporizar en el tope,Wo, es igual a lafracción molar de agua en los vapores de tope multiplicada por el flujo molar totaldel tope. Este flujo es la suma de la corriente neta de destilado D, y el reflujo R.

La fracción molar del agua en los vapores de tope es igual al cociente de la presiónde vapor de agua a la temperatura del tope,VPw y la presión total en el tope de latorre, PT. Tienen que usarse presiones absolutas.

En fórmulas: Wo = (VPw/PT) (R+D) Ec. (7)

El agua que regresa al tope con la corriente de reflujo es el producto del reflujo Ry la fracción de agua en esa corriente, Xr. La fracción Xr se determina medianteuna gráfica de solubilidad del agua en hidrocarburos como función de latemperatura, tal como la Figura 22 usando como parámetro de entrada latemperatura del tambor acumulador de reflujo.

El flujo neto de salida de agua que puede vaporizar la torre es igual a Wo–RXr.Nótese que en general la fracción molar de agua en los vapores de tope esdiferente a la correspondiente fracción en la corriente de reflujo que debe retornarluego de separarse en el acumulador la fase acuosa de la fase hidrocarburo.

Si el flujo neto calculado en el paso anterior es menor que el flujo de entrada deagua en la alimentación se prevé la formación de agua libre dentro de la torre. Enese caso se recomienda colocar un arreglo de retiro de agua tal como se muestraen la Figura 23.

La bandeja de retiro de agua alimenta a un pequeño tambor o bota donde se puedeseparar el agua de la fase orgánica que retorna a la torre a medida que el agua,más densa, la desplaza. Es común que el control de nivel de la interfase se operemanualmente y que se ajuste manualmente la válvula de la línea de recirculaciónhasta obtener la mayor cantidad de retiro de agua.

Las composiciones de líquido en la torre obtenidas experimentalmente o porsimulación son una buena indicación de cual o cuales platos son los másapropiados para colocar la bandeja de retiro de agua.




Fig 23. ELIMINACIÓN DE AGUA ATRAPADA EN UNA TORRE.

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Rompe vórtices

Se recomienda colocar rompe vórtices en el fondo de todos los recipientes,independientemente del nivel de líquido que se estime tener en el mismo. Undiseño sugerido se muestra en la Figura 24.

Fig 24. DISEÑO DE ROMPE VÓRTICE.

Agujeros de drenaje para control de agua

En servicios de hidrocarburos en los que se puede introducir aguaaccidentalmente o para efecto de pruebas previas al arranque de una unidad dedestilación se deben evitar los puntos donde el agua pueda quedar atrapada. Anivel de diseño se puede disminuir el riesgo de accidentes por agua acumuladacolocando agujeros de drenaje adecuados en los internos de la torre. El númerode drenajes debe ser suficiente para desalojar las cantidades anticipadas de agua,pero no debe ser excesivo, ya que en ese caso se puede reducir la eficiencia delfraccionamiento debido a las fugas internas por los drenajes.

Los platos con copas de burbujeo deben ser provistos de drenajes, los otros tiposde plato son autodrenantes y normalmente no lo requieren.

Las bandejas de sello, tal como la mostrada en la Figura 25 requieren orificios dedrenaje. La bandeja de retiro no requiere orificio de drenaje si la boquilla de salidase coloca a ras del piso de la bandeja.

Los orificios de drenaje deben ser lo suficientemente grandes para que no setaponen con suciedad, pero lo suficientemente pequeños para que se minimicenlas fugas internas durante la operación normal.




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Para servicios limpios se sugiere usar un agujero de 1/4 de pulgada (6.35 mm) dediámetro para un máximo 50 pies2 (4.64 m2) de área por drenar.

Para servicios más sucios se sugiere usar un agujero de 3/4 de pulgada (19.05mm) de diámetro para un máximo de 50 pies2 (4.64 m2) de área por drenar.

Fig 25. PARA EVITAR ACUMULACIONES PELIGROSAS DE AGUA SE DEBEPERFORAR UN AGUJERO EN EL PANEL DE SELLO.

Flexibilidad operacional

Para altas relaciones de flujos máximos a mínimos (operaciones a alto turn down)en columnas de destilación con distribuidores, se recomienda colocardistribuidores duales como los mostrados en la Figura 26. De este modo segarantiza una mejor distribución de reflujo en todas las condiciones dealimentación, pues a bajos flujos se opera con el distribuidor pequeño, a flujosmoderados con el grande, y a flujos grandes con ambos distribuidores.




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Fig 26. LOS DISTRIBUIDORES DUALES PERMITEN FLEXIBILIDAD OPERACIONAL.

Vertederos ajustables

Se pueden colocar vertederos deslizantes de altura ajustable que aumentan laeficiencia debido al mayor contacto vapor líquido que promueven, especialmentea bajas tasas de alimentación. Pueden limitar la capacidad de la torre y llevar ainundación prematura si se aumenta la alimentación, pero se pueden reajustar losvertederos en pocas horas y seguir la operación. La mayoría de los platos traevertederos ajustables.

Bajante perfilado

Usar un bajante perfilado, ver Figura 27, en aquellos casos donde el alto flujo delíquido requiere un gran espacio libre en el bajante (c > 75mm (3 pulg)) o una cajade entrada de receso si se ha usado un bajante convencional. No se debe usarun vertedero de entrada ni platos de casquetes de burbujeo en distribuidores dereflujo del tope (bajantes simulados) o en caja de entrada de receso. La presenciade estos dispositivos aguas abajo induce turbulencias y anula el propósito deuniformizar el flujo en un borde perfilado. Ver subsección B, D y E.




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Si se requiere un bajante perfilado en platos con bajantes inclinados se prefiereel escalonado sobre el diseño inclinado mostrado anteriormente. El uso de unbajante escalonado en tales casos asegura que la parte inferior de un bordeperfilado es paralelo a la cubierta del plato.

Fig 27. BAJANTES PERFILADOS

BAJANTE DERECHO BAJANTE ESCALONADO BAJANTE INCLINADO(PREFERIDO) NO SE PREFIERE

Usar un bajante perfilado en aquellos casos donde el alto flujo de líquido requiereun gran espacio libre en el Bajante (c>75mm (3Pulg)) o una caja de entrada dereceso si se ha usado un bajante convencional. No se debe usar un vertedero deentrada ni platos de casquetes de burbujeo en distribuidores de reflujo del tope(bajantes simulados) o en caja de entrada de receso. La presencia de estosdispositivos aguas abajo induce turbulencias y anula el propósito de uniformizarel flujo en un borde perfilado.




mdp 04 cf-08 otros internos de torre de fraccionamiento

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