mdp 04 cf-09 platos perforados

PDVSA N° TITULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

�1994

MDP–04–CF–09 PLATOS PERFORADOS

APROBADO

SEP.97

SEP.97 A.H.J0 45 L.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

SEP.97

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PLATOS PERFORADOS SEP.970

PDVSA MDP–04–CF–09

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

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

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

4 APLICACIONES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Hidráulica de flujo en platos perforados 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Condiciones limitantes de operación 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Variables de diseño de los platos perforados 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 PROCEDIMIENTO DE EVALUACION 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 PROGRAMAS COMPUTARIZADOS 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 NOMENCLATURA 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 APENDICE 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 1 Resumen de variables de Diseño 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 2 Factor de espuma y tiempo de residencia mínimo en el bajante 30. . . . . Tabla 3 Densidad de espuma 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1 Diagrama de flujo en platos perforados 32. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 2 Diagrama de comportamiento de platos perforados 32. . . . . . . . . . . . . . . Figura 3 Esquema de platos perforados 33. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4 Esquema de caída de presión en platos perforados 33. . . . . . . . . . . . . . . Figura 5 Tiempo de residencia de líquido 34. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 6 Gráficas del diseño del bajante. (a) Bajante lateral; Bajante central 35. . Figura 7 Correlación de Fair para arrastre fraccional 36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 8 Coeficiente de descarga para flujo de vapor 37. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 9 Factor de aereación 38. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 10 Factor de corrección del vertedero 39. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 11 Determinación de goteo 40. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 HOJA DE CÁLCULO DE EVALUACIÓN PARA PLATOS PERFORADOS . 41

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 OBJETIVOProporcionar suficiente información para el diseño de proceso de platosperforados en columnas de destilación

2 ALCANCESe cubrirán las técnicas requeridas para el diseño de proceso de los platosperforados en columnas de destilación. Esto incluye el dimensionamiento del platoy la verificación de las condiciones óptimas de operación del mismo. El diseñomecánico detallado es normalmente especificado por el fabricante.

El procedimiento de diseño y evaluación que se presentará a continuación ha sidoautomatizado e incorporado a los Programas de Cálculo del Manual de Diseño deProceso, ProCalc–MDP�.

3 REFERENCIAS� Distillation Design, Henry Z. Kister; McGraw Hill, NY, 1992.� Distillation Operation, Henry Z. Kister; McGraw Hill, NY, 1990� Manual de Diseño de Procesos, Prácticas de Diseño, septiembre de 1978.

4 APLICACIONESLos platos perforados pueden ser usados en casi todos los servicios dedestilación, incluyendo los sistemas donde hay transferencia de calor. Pueden serdiseñados para operar satisfactoriamente dentro de una amplia variedad decondiciones de operación. Poseen una capacidad igual o mayor que los platos tipocasquete de burbujeo bien diseñados, debido a que el arrastre no se hacesignificativo hasta que el flujo de vapor alcanza un 90% del punto de inundación.Además, las pruebas en planta muestran que la eficiencia puede ser tan alta comola de cualquier otro plato comercial.

Los platos perforados no son recomendados para servicios que requieran de unaalta flexibilidad (mayor de 3:1), en estos casos es preferible usar dispositivos desellado positivo (casquetes de burbujeo o válvula) aunque esto aumente loscostos.

Estos platos pueden ser usados en servicios donde hay ensuciamiento, pero enestos casos es necesario considerar grandes orificios de hasta 3/4 a 1 pulg.

5 CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑOPara llevar a cabo un diseño exitoso es imprescindible entender la hidrodinámicade vapor y de líquido en el plato, por lo cual primeramente se describirá lahidráulica en el plato y las condiciones limitantes de operabilidad. Posteriormente,se hará una discusión de las distintas variables que afectan de una u otra formael diseño de platos perforados.




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5.1 Hidráulica de flujo en platos perforados

A continuación se describirá la dinámica de flujo en un plato perforado, para asíentender mejor las variables que afectarán en el diseño de los mismos.

Para analizar la dinámica del flujo sobre un plato perforado, primeramente se debeconsiderar que el mismo se hace bajo condiciones estacionarias ideales. Bajocondiciones normales, el vapor fluye a través de las perforaciones y se expandedentro del líquido que atraviesa el plato formando una mezcla turbulenta que seconvierte en espuma. A medida que la espuma se mueve hacia el vertedero desalida, se produce una eficiente transferencia de masa líquido–vapor, debido a lagran área interfacial. Tanto la espuma como el líquido descienden entonces porel bajante y se termina de separar el vapor del líquido.

Cuando el líquido desciende a través del bajante al punto A de la Figura 1, enalgunos casos se puede tropezar con el vertedero de entrada para asegurar unbuen sellado del bajante. Entre los puntos A y B, se puede encontrar la zona decalma de entrada, cuya altura de líquido claro está dado por hci. Entre B y C ó entreA y C, si es el caso, comienza entonces la zona de burbujeo, que es donde seencuentra el área activa del plato (área de burbujeo).

Debido al paso de la fase gaseosa a través del líquido que fluye en formatransversal, se crea una turbulencia, que es la causa de la espuma. Esta espumasobre el área de burbujeo del plato genera una altura visual de la masa aereadahf. A medida que la altura de la espuma aumenta, disminuye la densidad de lamisma, por lo cual el líquido, de mayor densidad, se queda cerca del plato. Estamasa de espuma posee un cabezal hidrostático hl que puede ser medido comose muestra en la figura por un manómetro. Cuando esta masa se mueve hacia elvertedero por causa del pequeño gradiente de líquido formado, comienza adeshacerse al llegar a la zona de calma de salida (entre C y D), quedando el líquidoclaro con una altura equivalente a hco, altura que debe sobrepasar al vertederopara entonces descender por el bajante.

El líquido al descender por el bajante, está en presencia de condicionesturbulentas y forma una segunda zona de espuma, en donde el líquido con unamayor densidad llega el plato inferior y nuevamente el vapor asciende. El líquidoatraviesa el área activa o de burbujeo, formando la masa aereada.

En los platos perforados generalmente se considera despreciable el gradiente delíquido debido a dos factores: Primero, la cubierta del plato está libre deobstrucciones y por lo tanto ofrece muy poca resistencia al flujo de líquido;segundo, el líquido que sale del bajante y entra al plato tiene un cabezal develocidad que usualmente excede el gradiente hidráulico, el cual de lo contrario,se necesitaría para mover el líquido a través del plato. En los platos con cajas dereceso o vertederos de entrada normalmente esta velocidad se disipa. Sin




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embargo, estos mecanismos son usados para asegurar un buen sellado delbajante a flujos bajos de líquido, en cuyo caso el gradiente es insignificante.

5.2 Condiciones limitantes de operaciónComo vemos, el factor determinante del comportamiento de cualquier plato sonlos flujos de líquido y de vapor que pasan por el plato, delimitando éstos una regiónde operación satisfactoria. Para platos perforados esta región está representadapor el área ABCD de la Figura 2.

En el punto A de la figura, existe un flujo de vapor muy bajo con un flujo de líquidomoderado, que representa el punto de goteo. Si se disminuye aún más el flujo devapor, el goteo será tan severo que nada de líquido pasará por el vertedero, porlo que el bajante no será sellado y se creará una inestabilidad hidráulica. La líneaAB representa goteo cuando el flujo de vapor es insuficiente para soportar ellíquido sobre el plato, cayendo éste a través de las perforaciones. Algo de goteoreducirá la eficiencia ligeramente.

La línea AD, corresponde a un elevado flujo de vapor y bajos flujos de líquido, estorepresenta el límite tolerable de arrastre. En el punto D ocurre un arrastre degrandes gotas de líquido al plato superior debido al alto flujo de vapor. Estoprovoca que no exista el suficiente tiempo de contacto para que ocurra una buenatransferencia de masa líquido–vapor en el plato disminuyendo la eficiencia, peromanteniendo cierta estabilidad hidráulica. A mayor flujo de vapor, el arrastre delíquido provocará que dicho líquido se acumule en la columna provocandoinundación y no será posible continuar la operación. Esto se conoce comoinundación por arrastre. Los límites de la inundación se encuentran entre DC.

En el punto B, en donde prevalece un flujo de líquido elevado, el gradiente delíquido en el plato será tan alto que será intolerable, lo que representa lainundación del bajante. En condiciones de flujo de líquido similares y alto flujo devapor en el punto C ocurre una mala distribución de fase que causa disminuciónde la eficiencia.

5.3 Variables de diseño de los platos perforadosA continuación se describen las variables más importantes en el diseño de platosperforados. En la Tabla 1 se muestra un resumen de los intervalos recomendadosy permitidos de algunas de estas variables.




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Régimen de flujo

Dependiendo de la geometría del plato y de las condiciones de operación, elrégimen de flujo puede ser: régimen de espuma, en donde el líquido está en fasecontinua y el vapor está disperso como burbujas en el líquido en el régimenatomizado “spray”, las fases están a la inversa; el vapor es la fase continua,mientras que el líquido está disperso como gotas en el vapor. Otro régimen puedeser el de emulsión, en donde la dispersión se comporta como un fluido de dosfases, aunque se trata como una extensión del régimen de espuma. En este casoel líquido es la fase continua mientras que las burbujas de vapor cubiertas porlíquido es la fase dispersa.

Debido a las bajas o moderadas velocidades de vapor y las moderadas o altascargas de líquido, el régimen de espuma es común en las destilacionesatmosféricas; el régimen atomizado es común en destilaciones al vacío debido alas altas velocidades de vapor y a las bajas cargas de líquido, siendo la densidaddel vapor baja en comparación con la del líquido; y la destilación a alta presión estágeneralmente asociada con el régimen de emulsión en donde el flujo de líquido eselevado y la velocidad del vapor es baja debido a la alta densidad del vapor.

Diámetro de la torre

Dependiendo de las cargas de líquido y de vapor, el diámetro de la torre puedeestar comprendido entre 3 y más de 20 pies. De cualquier forma el diámetro debetener suficiente área transversal para evitar la inundación por arrastre y las demáscondiciones de inoperabilidad.

Espaciamiento entre Platos

Es importante un espacio adecuado entre platos para la operación normal delmismo, así como para superar las condiciones limitantes (espuma, inundación,arrastre y goteo entre otras). En columnas industriales, el espaciamiento normalentre platos está entre 8 y 36 pulg. La escogencia de esto depende de la relacióneconómica entre altura y diámetro de la columna. Además, su escogencia debepermitir el acceso para mantenimiento.

Para diámetros de la columna mayores a 4 pies, es común un espaciamiento entreplatos de 24 pulg; sin embargo se recomienda un intervalo entre 24 y 36 pulgcuando el mantenimiento es frecuente o el diámetro de la columna es mayor a 10y hasta 20 pies, esto permite que un hombre pase agachado entre los platos.

En el caso en que los soportes del plato sean muy profundos (diámetros muygrandes), es preferible un mayor espaciamiento para permitir el paso paramantenimiento y no interferir en el movimiento del vapor a través del plato.




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Un espaciamiento de 18 pulg hace difícil el acceso para mantenimiento, por lo cualno se recomienda. Sin embargo para columnas con diámetros de 2 1/2 a 4 piesse utiliza dicho espaciamiento, porque espaciamientos mayores provocanproblemas de altura y delgadez o esbeltez de la columna. Espaciamientos máspequeños se utilizan cuando el número de etapas de la torre es demasiado grandey es más ventajoso económicamente hablando construir una sola columna quedos o tres; se podrían considerar espaciamientos entre 12 y 18 pulg. En el casode que la torre contenga menos de 10 platos, se podría pensar aumentar elespaciamiento, porque no se verán afectados los costos en forma significativa.

Cuando la columna opera en régimen atomizado, el arrastre excesivo se evitautilizando un espaciamiento de más de 18 pulg, preferiblemente 24 pulg. Paracolumnas al vacío que generalmente operan en régimen atomizado, se debeutilizar un espaciamiento de más de 24 pulg. Para bajas cargas de líquido se aplicael mismo criterio (< 2 gpm por pulg de longitud del vertedero). Si en cambio sebusca que el régimen de flujo sea de espuma, se ajusta a 18 pulg o menos elespaciamiento. En sistemas espumantes, se escogen espaciamientos de por lomenos 18 pulg para evitar inundación prematura (7).

Espaciamientos bajos (18 a 24 pulg) generalmente resultan más económicos.

Número de pasos y longitud del patrón de flujo

En platos multipasos, la carga de líquido en el plato y en el bajante es disminuídaal dividir el líquido en el plato en dos o más pasos o patrones de flujo. Esto aumentala capacidad y disminuye la caída de presión a expensas de un recorrido de líquidopor el plato más corto, lo cual genera una disminución en la eficiencia. La longituddel patrón de flujo viene a ser la longitud recorrida por el líquido sobre el plato,desde su entrada al plato inferior hasta que llega al vertedero de salida (véase laFigura 3). También se puede dar una mala distribución de líquido y de vapor sobreplatos de dos o más pasos debido a la asimetría en la estructura del plato.

Para determinar el número de pasos se debe considerar lo siguiente:

� Costos: Los costos aumentan a medida que se incrementa el número de pasos.Por lo que sólo se justifican si su uso reduce el costo global de la torre.

� Capacidad: A elevadas cargas de líquido se justifican platos multipasos paraaumentar la capacidad. La práctica común es fijar el número de pasos demanera tal que la carga de líquido no exceda el intervalo comprendido entre 7y 13 gpm/pulg de longitud de vertedero exterior; aunque se recomienda elintervalo superior (10 a 13 gpm/pulg), por ser el óptimo en la mayoría de lasaplicaciones . Este intervalo se aplica cuando el espaciamiento entre platos esmayor a 18 pulg. Para un espaciamiento menor la carga de líquido debe sermenor.




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� Longitud del patrón de flujo: Esta longitud no debe ser muy pequeña (menor alintervalo entre 16 y 18 pulg) ya que no es conveniente para las entradas a lacolumna para mantenimiento; aún hasta longitudes menores a 22 pulg puedenreducir considerablemente la eficiencia. Para evitar longitudes del patrón deflujo muy pequeñas, se recomienda usar dos pasos si el diámetro de la columnaestá entre 4 a 6 pies, tres pasos si el diámetro está entre 7 y 9 pies y cuatro pasossólo se deben utilizar si el diámetro de la columna está entre 10 a 12 pies.

� Distribución de líquido y de vapor en el plato: Platos multipasos puedenprovocar una mala distribución de líquido y de vapor. Por esta razón, siemprey cuando sea posible, es preferible no utilizar platos con más de dos pasos.

� Plato de entrada de alimentación o reflujo: En estos casos, normalmente serequiere cambiar de un número de pasos determinado a otro. Además esrecomendado que el espaciamiento entre platos en esta transición debe ser porlo menos 1 1/2 a 2 pies mayor que el espaciamiento existente entre los demásplatos de la columna.

En esta sección sólo se considerará el diseño de platos perforados de uno o dospasos.

Diámetro de las Perforaciones

En platos comerciales normalmente se utilizan diámetros de orificios de 1/16 a 1pulg. Para seleccionar el diámetro de los orificios se deben considerar lossiguientes aspectos:

� La naturaleza del sistema: Con frecuencia se emplean orificios de 3/16 pulgcuando se tienen sistemas limpios. Perforaciones de 1/2 pulg sonrecomendadas en sistemas sucios, sistemas con flujo de sólidos sin pérdida deeficiencia y en sistemas corrosivos; los orificios de 1/8 pulg se utilizan ensistemas al vacío bajo régimen de espuma. Para sistemas muy corrosivos y conensuciamiento, es preferible la utilización de perforaciones grandes debido aque la disminución del área del orificio y de la pérdida de presión ocurren maslentamente. Un mayor espesor del plato es más resistente a la corrosión.

� Costos: La utilización de orificios muy pequeños aumenta el costo defabricación (deben ser taladrados en lugar de ser agujereados) puede enalgunos casos provoca la formación de espuma, no siempre aumentan laeficiencia de la transferencia de masa y no se deben utilizar en sistemas suciosdebido al taponamiento de los orificios.

� Hidráulica: Para pequeños orificios bajo régimen de flujo atomizado (bajapresión) y con baja carga de líquido, se reduce apreciablemente el arrastre,pero éste no es tan pronunciado como en el régimen de espuma a moderadao alta carga (>3 gpm por pulg vertedero). Reducen ligeramente la caída de




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presión y en algunos casos se disminuye el goteo, especialmente si la tensiónsuperficial es elevada. Los orificios pequeños, de hasta 3/32 pulg, a vecespromueven el régimen de espuma, favoreciendo el contacto líquido–vapor yaumentando ligeramente la eficiencia.

� Transferencia de masa: En el régimen de espuma, los orificios pequeñosfavorecen la transferencia de masa aumentando la eficiencia, aunque esteefecto es pequeño. En el régimen atomizado, hay evidencia de que en algunoscasos los orificios más grandes aumentan la eficiencia.

� Flexibilidad: El uso de orificios pequeños genera mejores condiciones deflexibilidad porque reduce el goteo y aumenta la capacidad.

Arreglo de orificios y espaciamiento entre las perforaciones

Las perforaciones se pueden colocar a distancias entre los centros de 2.5 Do a 5Do, siendo el valor recomendado por la literatura de 3.8 Do (5,7). El arreglotriangular es el preferido, debido a que la desviación del líquido a través de lasperforaciones se ve disminuida y soporta además, una mayor relación de distanciaentre orificios (centro a centro) y diámetro del orificio.

En general no es importante especificar el arreglo de orificios, ya que éstos sonsuministrados por el fabricante del plato.

Espesor del plato

El espesor está normalmente vinculado con la resistencia a la corrosión y a laerosión, y por lo tanto al material usado. El mínimo espesor usado es 14 gage(0.0747 pulg) para dispositivos fabricados con materiales resistentes a lacorrosión; y 10 gage (0.1345 pulg) para acero al carbón. A medida que se aumentael espesor del plato, disminuye la caída de presión en seco hed, la cual es la caídade presión debida al paso de vapor a través de los orificios en donde no haypresencia de líquido . Un plato más grueso debe tener orificios grandes debido alos inconvenientes que se puedan generar en la fabricación.

Área Fraccional

El área fraccional es la relación de área de orificios a área de burbujeo, expresadaen fracción. A escala comercial, normalmente se utilizan áreas fraccionales entre0.05 y 0.15, aunque lo óptimo está entre 0.08 y 0.12. En el caso de torres al vacíose recomiendan áreas fraccionales muy altas. A medida que se incrementa el áreafraccional, aumenta la tendencia al goteo, disminuyendo la flexibilidad de la torre,se reduce la caída de presión y la retención de líquido en el bajante y aumenta lacapacidad de la columna. La capacidad de la columna se ve favorecida con unincremento del área fraccional cuando los límites de capacidad están dados porel arrastre, la inundación del bajante y la caída de presión del plato.




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En el caso de régimen de flujo atomizado y a bajas cargas de líquido en el régimende espuma, un incremento del área fraccional reduce el arrastre en formasignificativa, si dicha área fraccional es menor a 0.08. En el régimen de espumacon moderada a alta carga de líquido (>3gpm/pulg), el área fraccional no alterasignificativamente la tendencia al arrastre.

Cuando la columna opera la mayor parte del tiempo bajo condiciones de flujosmínimos (“turndown”), el exceso de orificios se corrige bloqueándolos por mediode placas. Esto reduce el área fraccional y disminuye el goteo. La instalación deestas placas de bloqueado se debe hacer perpendicular al flujo de líquido desdeun extremo al otro de la columna.

Altura del vertedero

Los vertederos de salida son necesarios para mantener un nivel de líquidoadecuado sobre el plato. Esto se aplica en el caso en que el régimen de operaciónes de espuma. En dicho régimen la eficiencia aumenta a medida que lo hace laaltura del vertedero, aún cuando este aumento de eficiencia es pequeño paraalturas entre 1 1/2 y 3 pulg. Pero el inconveniente es que a mayor altura, mayores la caída de presión en el plato, la retención de líquido en el bajante, la velocidadde arrastre y la tendencia al goteo. En la mayoría de éstos casos, se utiliza unaaltura del vertedero entre 2 y 4 pulg, aunque se recomiendan valores entre 2 y 3pulg.

En el caso del régimen atomizado, la retención de líquido sobre el plato esindependiente de la altura del vertedero, siendo en algunos casos hastadespreciable. Pero se debe realizar el diseño considerando que con cargasmínimas la operación normal puede cambiar de régimen atomizado a espuma, yademás, porque el arrastre en el régimen atomizado aumenta a medida quedisminuye la altura del vertedero. La mínima altura recomendada es 1/2 pulg, perose prefiere un intervalo entre 3/4 y 2 pulg. Para columnas de vacío es común utilizar1 pulg.

En los casos especiales de absorbedores y despojadores son comunes alturas devertederos de 3 a 4 pulg, aunque se han utilizado hasta 6 pulg. Además, cuandoel espaciamiento entre platos es menor a 12 pulg, una altura entre 2 y 3 pulg reduceel espaciamiento efectivo del plato y por lo tanto, la capacidad. En estos casos espreferible usar alturas del vertedero de 1/2 a 1 pulg.

En términos generales se pueden usar valores de altura de vertedero entre 0 y 4pulg.

Tipo de bajante

Existen varios tipos de bajantes. En la mayoría de los diseños de platos se utilizanbajantes tipo cordal o segmental. Estos a su vez pueden ser rectos o inclinados.




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Cuando el uso de este tipo de bajante resulte en tener un área excesiva de bajante,se pueden usar bajantes de arco modificado. La ventaja del bajante de arcomodificado, aunque es más costoso, es que provee un área máxima de contactoen el plato, de esta forma se puede reducir el diámetro de la torre en diseñosnuevos o eliminar restricciones en torres existentes.

La elevación de un bajante de arco modificado es la distancia mínima entre lapared de la torre y el bajante. Esta distancia debe ser por lo menos de 6 pulg,independientemente del diámetro de la torre. Este requerimiento limita el uso debajantes de arco modificado en torres con diámetros mayores a 6 pies, para lascuales sólo se añade un 1% más de área de contacto en el plato.

En esta sección sólo se hará el diseño de platos perforados con bajante segmentalrecto o inclinado (véase la Figura 3).

Áreas del bajante

El área requerida de entrada al bajante es determinada por las limitaciones desegregación de la espuma. Si el área prevista es insuficiente, la espuma puederegresar al plato y causar una inundación prematura. Además, a medida que latemperatura de operación del sistema se aproxima a la temperatura crítica, lasdensidades de la fase de vapor y líquido se aproximan una a la otra, haciendo másdifícil la segregación del vapor y la predicción del área requerida para dichaseparación, lo cual es muy probable que ocurra en destilaciones a alta presión.

Usualmente, en la práctica el área de entrada del bajante no debe ser mayor al10% del diámetro del plato. Para bajantes inclinados la relación entre área deentrada y área de salida del bajante es de 1.5 a 2.0.

Espacio libre por debajo del bajante

El espacio libre por debajo del bajante es la distancia vertical entre el borde delbajante y la cubierta del plato. Los valores de espacio libre por debajo del bajantedeben estar por encima de 1 pulg (25 mm), lo cual está basado en una pérdidanormal de cabezal (caída de presión) de 0.5 a 1.5 pulg (13 a 38 mm) de líquidocaliente. Normalmente se recomienda usar 1.5 pulg (38 mm).

Sellado del bajante

Para prevenir el desvío del vapor a través del bajante, éste debe ser sellado a flujosde diseño de líquido en el plato inferior. Esto se verifica por un balance de presiónen el bajante y el plato. De no tenerse un buen sellado en el bajante se debeconsiderar el uso de un vertedero de entrada (a la entrada del líquido al platoinferior) o una caja de receso, en ese orden de preferencia.

Reduciendo el espacio libre debajo del bajante en menos a 1 pulg (25 mm), sepodría ayudar al sellado del bajante, siempre y cuando el llenado del bajante no




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sea excesivo a flujos de diseño. El bajante también debería mantener el sello aflujos mínimos, sin embargo el no mantener el sello, rara vez resulta perjudicial ypuede ser aceptado.

Porcentaje de inundación

Los valores recomendados para el porcentaje de inundación están entre 80% y85%; aunque, dependiendo de la experiencia del diseñador en el diseño de torresde platos, puede que éste considere tomar valores comprendidos entre 35 y 95%.De cualquier forma, éste valor debería estar especificado en el diseño de la torre.

Tipo de sistema

En ciertos sistemas, las ecuaciones tradicionales de inundación predicenporcentajes de inundación más elevados que los que realmente se experimentan.Para evitar esta inconsistencia, normalmente se aplica un factor de corrección decarga empírico (SF < 1.0), comúnmente llamado factor de espuma (véase la Tabla2). En realidad, este factor de espuma está relacionado vagamente con latendencia de espuma del sistema; a mayor tendencia de espuma, menor SF. Elfactor de espuma no sólo se aplica a los sistemas espumantes, sino a otrossistemas que predicen valores de inundación mucho más elevados que los reales;y en algunos casos, el factor de espuma se utiliza también para sobrediseñar losequipos.

6 PROCEDIMIENTO DE DISEÑOEl procedimiento detallado para el diseño de platos perforados se da en la sección11, “Hoja de cálculo de diseño para platos perforados”. Básicamente, elprocedimiento involucra el suponer un diseño preliminar partiendo de losprincipios que se darán a continuación. Luego verificar contra las limitacionespotenciales de operación, siendo modificadas las variables del diseño hastaobtener el diseño óptimo. La discusión de cómo modificar el diseño preliminar(diámetro, espaciamiento, áreas del bajante, etc.), requerirá del juicio y aplicaciónde las consideraciones básicas de diseño anteriormente discutidas.

Los cálculos se deben realizar en los puntos de la columna en los que se esperaque las cargas de líquido y de vapor tengan variaciones considerables, es decir,en donde sean más bajas o más altas, lo que representa que el diseño se realizarábajo condiciones más severas. Esto puede darse en el plato de tope y de fondo,por encima y por debajo de cualquier plato en el que entra la alimentación, se retiraalgún producto o corte, o donde existe adición o remoción de calor. De cualquierforma, puede ser cualquier punto de la torre en donde existan picos en las cargasde líquido y de vapor.

Los números de los pasos de cálculo y los números de las ecuaciones que acontinuación se describen corresponden a los mismos números de la hoja decálculos de platos perforados.




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PASO 1.– Datos de entrada

Para comenzar el procedimiento de diseño, se debe considerar que se poseen lossiguientes datos operacionales de entrada en unidades inglesas:

� Flujo másico del vapor en el plato (lb/h).� Flujo másico de líquido en el plato (lb/h).� Densidad del vapor en el plato (lb/pie3).� Densidad del líquido en el plato (lb/pie3).� Viscosidad del líquido en el plato (cP).� Tensión superficial del líquido en el plato (dinas/cm).� Definición del tipo de sistema, que está dado por la Tabla 2.Estos datos representan las cargas de líquido y de vapor y sus respectivaspropiedades físicas, así como también el tipo de sistema que se destilará. Ademásse deberán especificar ciertas variables basadas en la experiencia del diseñadoro las recomendaciones dadas en la Tabla 1. Estas variables son:

� Diámetro del orificio (pulg).� Espaciamiento entre platos (pulg).� Área fraccional (adimensional).� Altura de vertedero (pulg).� Espacio libre debajo del bajante (pulg).� Número de pasos (adimensional).� Porcentaje de inundación en el plato (%).Antes de comenzar el diseño de platos perforados, se deben considerar tambiénalgunos criterios de diseño como el tipo de bajante (segmental recto o segmentalinclinado), el tipo de arreglo de los orificios (cuadrangular o triangular equilátero)y el tipo de régimen de flujo en la operación de la torre (atomizado oemulsión–espuma).

Adicionalmente, se deben conocer los flujos mínimos y las propiedades(densidades y tensión superficial) a estas condiciones para poder evaluar laflexibilidad de la columna (cálculos de porcentaje de goteo, fracción de goteo ysellado del bajante), además de la presión del sistema y el porcentaje de cargamínima:

� Flujo másico mínimo de vapor en el plato (lb/h).� Flujo másico mínimo de líquido en el plato (lb/h).� Densidad del vapor en el plato a flujo mínimo (lb/pie3).� Densidad del líquido en el plato a flujo mínimo(lb/pie3).� Tensión superficial del líquido en el plato a flujo mínimo(dinas/cm).� Presión del sistema (psia).




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� Porcentaje de carga mínima (%).

PASO 2. – Flujos volumétricos de vapor y de líquido

Con los flujos másicos de vapor y de líquido en conjunto con sus respectivasdensidades, se determinan primeramente los flujos de vapor y de líquido a lasunidades a utilizarse en el cálculo (pie3/s para el vapor y gpm para el líquido). Estecálculo es el mismo para cuando la columna opera a condiciones de flujo mínimo.

2.a.– Flujo volumétrico de vapor

Vv � �Mv��v� * 3600 Ec. (2.a)

2.b.– Flujo volumétrico de líquido

VL � �ML��L� * 0.1246 Ec. (2.b)

PASO 3.– Determinación preliminar del área superficial y del diámetro delplato

Debido a la relación directa entre área superficial y diámetro del plato con lainundación del mismo, la determinación del área superficial del plato se realizarábasada en la correlación de Kister–Haas para inundación por arrastre. El áreasuperficial As se define como el área total del plato, esto incluye el área neta Any el área del bajante Ad.

3.a. – Estimación inicial del área neta del plato

La correlación de Souders–Brown en conjunto con la de Kister–Haas son lascorrelaciones más apropiadas para determinar la velocidad de inundación Vn,inun(basada en el área neta) y la constante CSB respectivamente.

CSB � 0.144 * �(Do) * ��L�0.125

* ��v��L�0.1

* �H�hct�0.5

Ec. (3.a.1)

Vn,inum � CSB * ��L � �v��v�0.5

Ec. (3.a.2)

Para la determinación de CSB se debe asumir la altura de líquido claro en latransición entre el régimen de espuma y el régimen atomizado hct. Se puedeasignar un valor de 2.5 pulg a esta altura si la altura del vertedero hw es mayor a2 pulg, si hw es menor se puede considerar un valor de hct menor. En el paso (5.a)se calculará hct mediante correlaciones.

Además se debe considerar las siguientes restricciones de la correlación deKister–Haas, ecuación (3.a.1):




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� La correlación únicamente ha sido estudiada para inundación por arrastreatomizada.

� Para presiones mayores a 150 psia, el límite de capacidad lo determina lainundación en el bajante, por lo que no se predice esto utilizando la correlaciónde Kister–Haas, aunque se puede utilizar teniendo precaución al hacerlo. Elintervalo de aplicación de la presión debe estar comprendido entre 1.5–500psia.

� Si la tensión superficial es mayor que 25 dinas /cm, se debe mantener el valorde 25 dinas /cm, ya que el arrastre se hace insensible para valores mayores detensión superficial. El intervalo de aplicación es de 5–80 dinas/cm.

� La velocidad del gas debe estar entre 1.5–13 pie/s.

� La carga de líquido debe estar entre 0.5–10 gpm/pulg de vertedero exterior. Aelevadas cargas de líquido (7–10 gpm/pulg), el límite de la capacidad estáregido por la inundación del bajante, lo cual no está estudiado en estacorrelación, aunque se puede aplicar teniendo cierta precaución. Para cargasde líquido menores a 0.5 gpm/pulg no se puede utilizar la correlación deKister–Haas.

� La densidad del gas debe estar comprendida entre 0.03–10 lb/pie3. Se debetener cuidado con las presiones menores a 150 psia, como se mencionóanteriormente.

� La densidad del líquido debe estar comprendida entre 20–75 lb/pie3.

� La viscosidad del líquido debe estar entre 0.05–2.0 cP.

� El espaciamiento entre platos debe estar comprendido entre 14–36 pulg. Aespaciamientos menores, esta correlación no predice la inundación porarrastre, ya que ésta puede estar relacionada con al levantamiento de laespuma y no a la altura del líquido atomizado “spray”.

� El diámetro del orificio debe estar entre 1/8–1 pulg.

� El área fraccional debe estar entre el intervalo de 0.06–0.20.

� La altura del vertedero debe estar comprendida entre 0–3 pulg.

� La correlación no se debe aplicar cuando ocurren simultáneamente lassiguientes condiciones: (a) la relación de la longitud del patrón de flujo (lfp) aespaciamiento entre platos sea elevado (> 3); (b) la carga de líquido sea alta(> 6 gpm/pulg); y, (c) el área fraccional sea elevada (> 11%). La inundación porarrastre bajo estas condiciones está relacionada al acanalamiento del vapor(canales o vías preferenciales del vapor o flujo cruzado del vapor) y no a la alturadel líquido atomizado.




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Teniendo una aproximación de la velocidad superficial del vapor, es posibledeterminar el área neta del plato mediante:

An � VV � �SF * %INUN * Vn� Ec. (3.a.3)

Esta área incluye el factor de corrección para sistemas con tendencia al espumadoy un margen de seguridad de inundación (porcentaje de inundación esperado).

3.b.– Estimación inicial del área del bajante

La determinación del área del bajante se hace calculando la velocidad máxima delíquido entrando al bajante (Ec. 3.b.1). Para determinar el tr de dicha ecuación, seutilizará la correlación de Koch de la figura 5.

Vd,max � 448.83 * SF * H � (12 * tr) Ec. (3.b.1)

Ad � VL � Vd,max Ec. (3.b.2)

3.c. – Estimación inicial del área superficial y del diámetro del plato

Una vez obtenidas el área neta y el área del bajante, se determina el áreasuperficial del plato.

As � An � Ad Ec. (3.c.1)

El diámetro del plato es entonces calculado en forma preliminar mediante lasiguiente relación matemática:

D � �4 * As � ��0.5

Ec. (3.c.2)

PASO 4. – Diseño preliminar del plato

4.a. – Arreglo de orificios

Dependiendo del arreglo seleccionado, la distancia centro a centro entre orificiosserá calculada mediante las relaciones que se muestran adelante.

Si el arreglo es triangular equilátero, entonces:

p � 0.905 * D0 � �Af�0.5

Ec. (4.a.1)

Si el arreglo es cuadrangular, entonces:

p � 0.785 * D0 � �Af�0.5

Ec. (4.a.2)




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4.b.– Diseño preliminar del bajante

En este paso, el área del bajante es la misma que el área de entrada del líquidoal bajante. Para platos con bajante segmental recto, el área de entrada y de salidadel bajante son iguales, pero en el caso en que el bajante sea segmental inclinado,el área de entrada será 1.7 veces el valor del área de salida del bajante, lo cualse escogió dentro de un intervalo de 1.5 a 2.0. De esta forma, las áreas del bajanteserán:

Adi � Ad Ec. (4.b.1)

Ado � Adi � 1.7 Ec. (4.b.2)

4.c.– Determinación del área de burbujeo y el área neta

El área de burbujeo es el área disponible para el flujo del vapor en el piso del plato.Se define como la diferencia entre el área total de la sección transversal del platomenos el total del área del bajante, área de sellado del bajante o cualquier otraárea no perforada. En nuestro método serán despreciadas el área de sellado delbajante y cualquier otra área no perforada del plato.

Si el bajate es segmental recto, entonces:

Ab � As � 2 * Adi Ec. (4.c.1)

Si el bajate es segmental inclinado, entonces:

Ab � As � Adi � Ado Ec. (4.c.2)

El área neta se define como la mínima área disponible para el flujo del vapor enel plato. Matemáticamente, es la diferencia entre el área total de la seccióntransversal del plato menos el área del tope del bajante (área de entrada del líquidoal bajante).

An � As � Adi Ec. (4.c.3)

4.d. – Determinación de la longitud y del ancho del vertedero

La Figura 6 permite determinar la longitud (Lw) y el ancho (W) del vertedero tantopara un bajante lateral (véase la Figura 6.a) como para un bajante central (véasela Figura 6.b). Si el bajante es recto la longitud y el ancho son iguales a la entradao a la salida del bajante, pero si el bajante es inclinado, las áreas son distintas, ytendrán longitudes distintas. Para poder utilizar dicha gráfica es necesario conocerla relación porcentual de área de entrada o de salida del bajante (para cada caso,respectivamente) a área superficial.




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4.e. – Determinación de la longitud del patrón de flujo

Teniendo el diámetro del plato (preliminar) y el ancho del vertedero, se puededeterminar la longitud que recorrerá el líquido sobre el plato.

Si el número de pasos es igual a uno, entonces la longitud del patrón de flujo será:

lfp � (D * 12) � Wi_LAT � Wo_LAT Ec. (4.e.1)

Si el número de pasos es igual a dos, para el bajante central se deben considerardos longitudes: Cuando el flujo de líquido recorre desde el bajante central al lateral(lfp_CL), y cuando es el caso inverso, el flujo de líquido recorre desde el bajantelateral al central (lfp_LC), como se representa a continuación:

lfp_LC � ��D * 12 � 2�� Wi_CEN � 2� � (Wo_LAT) Ec. (4.e.2)

lfp_CL � ��D * 12 � 2�� Wi_CEN � 2� � �Wi_LAT� Ec. (4.e.3)

En ambos casos (uno o dos pasos), si el bajante es recto se debe considerar queel ancho del bajante a la entrada y a la salida son iguales.

PASO 5. – Verificación de inundación

Una vez calculadas las dimensiones preliminares del plato, es necesario verificartanto la inundación en el plato como en el bajante, con la finalidad de realizarajustes en dichas dimensiones.

5.a. – Estimación del porcentaje de inundación en el plato

Con el tamaño preliminar del plato, se calcula el porcentaje de inundación del platorecurriendo nuevamente a la correlación de Kister–Haas, pero esta vez sedetermina hct mediante la correlación de Jeronimo–Sawistowski para régimenatomizado.

QLW � VL � Lwi_LAT Ec. (5.a.1)

n � 0.0231 * Do � Af Ec. (5.a.2)

�hct�H2O

_LAT � 0.29 * A�0.791f * Do � �1 � 0.0036 * QLW_LAT�0.59 * A�1.79

f� Ec. (5.a.3)

hct_LAT � �hct�H2O

_LAT * �62.2 � �L�0.5 * (1�n)

Ec. (5.a.4)

Para determinar el porcentaje de inundación en el plato se busca la relación entreCSB y Cs, siendo éste último calculado en base al área neta como se muestra acontinuación:




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CSB � 0.144 * �(Do)2 * ��L�0.125

* ��V � �L�0.1

* �H � hct_LAT�0.5

Ec. (5.a.5)

VS � VV � An Ec. (5.a.6)

CS � VS * ��V � ��L � �V��0.5

Ec. (5.a.7)

INUN_LAT � �CS � CSB� * 100 Ec. (5.a.8)

Este porcentaje de inundación es comparado con el porcentaje de inundacióndeseado por el diseñador. Si existe una diferencia considerable entre el calculadoy el deseado, se debe ajustar el diámetro. Por tanto, si el porcentaje calculado esmayor al deseado, se debe aumentar el diámetro; y si el caso es a la inversa, sedebe disminuir el diámetro. Se hace entonces necesario repetir los cálculos a partirdel paso (4.c) (determinación del área de burbujeo y del área neta) y verificarnuevamente el porcentaje de inundación.

Es importante aclarar que para un bajante central, existirá una carga de líquido porlongitud de vertedero distinta que para el bajante lateral, por lo cual el cálculo delporcentaje de inundación para el bajante central se hace exactamente igual, peroconsiderando la longitud del vertedero exterior del bajante central (lwi_CEN). Serealiza la misma comparación con el porcentaje escogido por el diseñador y elporcentaje de inundación del bajante central.

PASO 6. – Chequeo hidráulico

En este paso se determinará el arrastre de líquido de un plato al otro, el tiempo deresidencia del líquido en el bajante y la caída de presión total en el plato.

6.a. – Verificación de arrastre

Para verificar si existe arrastre de líquido en el plato es necesario conocer el tipode régimen de flujo que opera en la torre, para así poder utilizar la correlacióncorrespondiente de arrastre. En este sentido, si el régimen de flujo es atomizadose utilizará el hct calculado anteriormente por la correlación deJeronimo–Sawistowski y la correlación de Kister–Haas para arrastre.

hL_LAT � hct_LAT � (1 � 0.0665 * hw) Ec. (6.a.1)

Vb � Vv � Ab Ec. (6.a.2)

X_LAT � 1.684 * �Vb * hL � (Do * H)0.5�4* ��v�QLW_LAT * �L

� * ��L � �v� � ��0.25

Ec. (6.a.3)

ES_LAT � 4.742�10 � �� 1.64

* X�10 � �� Ec. (6.a.4)

� El régimen de flujo sólo es para atomizado “spray”.




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� La presión está comprendida entre 3–180 psia.� La carga de líquido está comprendida entre 0.5–4.5 gpm/pulg.� La densidad del gas debe estar en el intervalo de 0.03–2 lb/pie3.� La densidad del líquido debe estar en el intervalo de 30–90 lb/pie3.� El espaciamiento entre platos de 15–36 pulg.� El diámetro del orificio debe estar comprendido entre 1/8–3/4 pulg.� El área fraccional entre 0.07–0.16� La altura del vertedero debe estar entre el intervalo 1/2–3 pulg.� Los intervalos de aplicación de la velocidad del gas, la tensión superficial y la

viscosidad de líquido permanecen iguales a los de la correlación de inundaciónde Kister–Haas.

Al igual que en la inundación del bajante, los cálculos para el bajante central serealizan exactamente igual que para el bajante lateral, pero introduciendo lasvariables respectivas.

Si el arrastre es mayor a 0.1 lb de líquido arrastrado / lb de vapor, se debe aumentarel espaciamiento entre platos, repitiéndose los cálculos desde el comienzo de estemismo paso, hasta que se satisfaga la condición.

Si el régimen de flujo es de emulsión o de espuma entonces se debe recurrir a lacorrelación de Fair para arrastre fraccional utilizando la Figura 7, la cual dará elvalor de ψ correspondiente al porcentaje de inundación deseado. Para ello esnecesario calcular el parámetro de flujo como sigue:

FLV � �ML � MV� * ��v � �L

� Ec. (6.a.5)

Si el arrastre de líquido es mayor que 0.1 lb de líquido / lb de líquido en el plato sedebe aumentar el espaciamiento entre platos.

6.b. – Estimación del tiempo de residencia de líquido en el bajante

El tiempo de residencia en el bajante se determinará seguidamente, hallando elvolumen del bajante como una función del área promedio del bajante Ad,prom y delespaciamiento entre platos. Así se podrán ajustar las áreas de entrada y de salidadel bajante, para satisfacer el tiempo mínimo de residencia de líquido.

Ad,prom � �Adi � Ado� � 2 Ec. (6.b.1)

Vold � �Ad,prom * H� � 12 Ec. (6.b.2)

tr � �448.83 * Vold� � VL Ec. (6.b.3)

Ahora se compara el tiempo de residencia calculado anteriormente con el tiempode residencia mínimo de la Tabla 2. Si el tiempo calculado es menor al de la tabla




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se debe disminuir el área de entrada al bajante, y si el bajante es segmentalinclinado, también se verá disminuída el área de salida del bajante.

6.c .– Caída de presiónCuando el vapor atraviesa el plato y por lo tanto el nivel de líquido sobre el mismo,éste sufre una contracción que provoca una caída de presión ht, lo cualnormalmente se expresa como la suma de dos términos. El primero, es la pérdidade carga debida al paso de vapor a través de los orificios en donde no haypresencia de líquido, denominada caída de presión efectiva en el plato seco hed;y el segundo, es la caída de presión que se genera cuando el vapor atraviesa lamasa de líquido aereada hl. Para determinar la caída de presión total es necesariodeterminar el valor de la caída de presión en seco y la caída de presión en mojado(véase la Figura 4).

La caída de presión en mojado requiere determinar primero el coeficiente deorificio CV mediante la Figura 8. Además se calcula la velocidad de vapor a travésdel orificio hallando el área de orificios definida como la mínima área disponiblepara el paso de vapor a través del plato, que se expresa como el área total de lasperforaciones en el plato:

Ao � Af * Ab Ec. (6.c.1)

Vo � Vv � Ao Ec. (6.c.2)

hed � �0.186 � Cv2� * ��v � �L

� * Vo2 Ec. (6.c.3)

Luego, para determinar la caída de presión en mojado se utiliza la correlación deFair, siendo necesario hallar el factor de aereación β del plato mediante la Figura9 y el valor de (Vb * (ρV)0.5). La altura de líquido claro se determina mediante lasecuaciones que se presentan a continuación. El factor de corrección Fw se hallapor la Figura 10 y las relaciones (VL/Np)* (12*Np/Lwi_LAT)2.5 y Lwi_LAT/(12*D*Np).El término del gradiente de líquido hgh en el plato perforado será despreciado, porlo explicado en la sección hidráulica de líquido en platos perforados.

how_LAT � 0.48 * Fw_LAT * �QLW_LAT�0.66

Ec. (6.c.4)

hc_LAT � hw � how_LAT � hgh � 2 Ec. (6.c.5)

hl_LAT � � * hc_LAT Ec. (6.c.6)

ht_LAT � hed � hl_LAT Ec. (6.c.7)

Igual que en los casos anteriores, cuando se tienen dos pasos de líquido en el platose consideran las variables respectivas y las mismas ecuaciones para el bajante




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central. En este punto se requiere comparar con el intervalo recomendado decaída de presión (3–5 pulg de líquido). Si la caída de presión es menor a 3, serecomienda entonces aumentar el diámetro de orificios o la altura del vertedero,o disminuir el área fraccional. Si el caso es mayor a 5, se recomienda disminuir eldiámetro de orificios o la altura del vertedero, o aumentar el área fraccional.

6.d. – Estimación del porcentaje de espuma en el bajante

Es necesario calcular este porcentaje para ajustar el espacio libre debajo delbajante, la altura del vertedero o en último caso, el espaciamiento entre platos.Para ello la altura de la espuma en el bajante hpd, se calcula utilizando lassiguientes ecuaciones:

Aad_LAT � �lwo_LAT * hcl� � 144 Ec. (6.d.1)

Ec. (6.d.2)

Ec. (6.d.3)

had_LAT � 0.33 * �VL � �100 * aad_LAT��2

hd_LAT � hc_LAT � ht_LAT � had_LAT

Para calcular la altura de la espuma, se requiere escoger la densidad de la espumaφd mediante el criterio de Glitsch (véase la Tabla 3)

hpd_LAT � hd_LAT � �d Ec. (6.d.4)

Ec. (6.d.5)%espuma_LAT � �hpd_LAT � (H � hw)� * 100

Al igual que en los demás casos antes mencionados, si se escogió un número depasos de dos, se debe calcular el porcentaje de espuma también para el bajantecentral y con las variables respectivas para dicho bajante.

Se fija como máximo un 80% de llenado del bajante con espuma, si el valorcalculado es mayor, se debe aumentar el espacio libre debajo del bajante odisminuir la altura del vertedero; en último caso se podría considerar aumentar elespaciamiento entre platos.

6.e. – Estimación del porcentaje de inundación en el bajante

Para hallar el porcentaje de inundación en el bajante se relaciona la altura delíquido claro en el bajante con el espaciamiento entre platos de la siguiente forma:

INUNd � �hd � H� * 100 Ec. (6.e.1)

Si el porcentaje calculado es mayor a 50% se debe considerar aumentar elespaciamiento entre platos o en último caso el diámetro del plato, y se debe repetirel cálculo desde el paso (3.b) con la nueva área superficial dada por el diámetroajustado.




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PASO 7. – Verificación de flexibilidad

A condiciones de cargas mínimas, es imprescindible verificar si existe goteo en elplato.

7.a. – Verificación del porcentaje de goteo

Como ahora se tienen cargas mínimas y el porcentaje de carga mínima(“turndown”) los flujos volumétricos serán:

VL, goteo � VL,min * %min Ec. (7.a.1)

Ec. (7.a.2)VL, goteo � VV,min * %min

Con esto se regresa al paso 6.c. y se calcula nuevamente hed,goteo, how,goteo yhc,goteo, para los dos bajantes si es el caso. Todos los términos que involucrencargas y propiedades a flujos mínimos deberán ser nuevamente calculados.

h� � �0.04 * �min� � ��L, min * Do� Ec. (7.a.3)

Utilizando la Figura 11, se obtiene el término (hed + hσ)@goteo, el cual se relacionaráde la siguiente forma para obtener el porcentaje de goteo:

%goteo � ��hed, goteo � h��calculados

� �hed � H��@goteo�0.5

* 100 Ec. (7.a.4)

7.b. – Fracción de goteo y altura de líquido claro

La fracción de goteo se determinará con las correlaciones de Lockett–Banik yHsieh–McNulty, dependiendo de la presión del sistema. Para ambas correlacionesse calcula primeramente la velocidad del vapor basada en el área de burbujeo yflujo de vapor mínimo.

Vb, goteo � VV, goteo � Ab Ec. (7.b.1)

Si la presión del sistema es menor a 165 psia, se utilizará la correlación deLockett–Banik, para la cual se seguirá el siguiente procedimiento de cálculo:

Fro � 0.373 * ��Vb�2 � hc, goteo� * ��v,min � ��L, min � �v, min

�� Ec. (7.b.2)

Si el número de Froude calculado es menor que 0.2, entonces la velocidad degoteo será:

Vgoteo � Ao * ��29.45 � (Fro)0.5� � 44.18� Ec. (7.b.3)




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Si en cambio, el número de Froude calculado es mayor que 0.2, entonces:

Vgoteo � 1.841 * Ao * Fr�1.533o Ec. (7.b.4)

Si la presión es mayor a 165 psia, se utiliza la correlación Hsieh–McNulty:

Z � �hc, goteo�1.5

� �12 * (Do)0.5� Ec. (7.b.5)

Ec. (7.b.6)

Ec. (7.b.7)

J*v � Vo, goteo * ��v, min � �g * Z * ��L, min � �v, min

��0.5

Vgoteo � �0.407 � 0.515 * �J*v�

0.5�2

* (448.83 * Ao) * ��g * Z * ��L, min � �v, min�� L, min�

0.5

La fracción de goteo para cualquiera de los casos se obtiene a partir de:

Fgoteo � Vgoteo � VL, goteo Ec. (7.b.8)

Como anteriormente se ha mencionado se debe calcular la fracción de goteo tantopara bajante lateral como para bajante central.

Adicionalmente a este cálculo, se determinan los siguientes parámetros, con losque se determinará la altura de líquido claro a condiciones de flujo mínimo pormedio de otras correlaciones distintas a las de caída de presión.

� � 12.6 * Fro0.4 * �Ab � Ao�

0.25Ec. (7.b.9)

�f � 1 � (�� 1) Ec. (7.b.10)

hf � �f * hc, goteo Ec. (7.b.11)

Hfow � Hf � hw Ec. (7.b.12)

Si hfow / hw es menor que 8.135, entonces:

Cd � 0.61 � 0.08 * Hfow � hw Ec. (7.b.13)

Si hfow / hw es mayor que 8.135, entonces:

Cd � 1.06 * �1 � hw � hfow�1.5

Ec. (7.b.14)




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hc, goteo � �f * �hw � 0.527 * �QLW * �1 � fgoteo� � �Cd * �f��2�3� Ec. (7.b.15)

Ahora, si la fracción de goteo es mayor a 0.1, se hará un tanteo de ensayo y errorsobre hc, goteo para ajustar la fracción de goteo. Esto se realiza debido a que tantola densidad de la espuma como la altura de líquido dependen una de la otra.

7 PROCEDIMIENTO DE EVALUACIONEste procedimiento involucra únicamente el cálculo de las condiciones limitantesde operabilidad, es decir, inundación por arrastre, goteo, arrastre y caída depresión; partiendo de las dimensiones del plato a evaluar. Las ecuacionesutilizadas son las mismas descritas en el procedimiento de diseño. Incluye, al igualque en el procedimiento de diseño, los cálculos a condiciones de flujos mínimos,pero además permite evaluar el sellado del bajante.

El procedimiento detallado está en la sección 11, “Hoja de Cálculo de Evaluaciónpara Platos Perforados”.

8 PROGRAMAS COMPUTARIZADOSEl programa de cálculo de platos perforados permite diseñar y evaluar platosperforados siguiendo el método presentado en esta subsección y en la “Hoja deCálculos de Platos Perforados”. El programa se encuentra disponible enProCalc–MDP�, Programas de Cálculo del Manual de Diseño de Proceso.

El programa está diseñado para platos perforados de uno o dos pasos, con opciónde diseño de platos nuevos o evaluación de platos existentes. En el mismo sólose consideran platos con bajante segmental recto o inclinado, y sin vertedero deentrada.

Además, existe otro programa denominado “Método Alternativo de PlatosPerforados” que realiza el diseño de platos perforados basado en el método decálculo del Manual de Diseño de Procesos de septiembre de 1978.




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9 NOMENCLATURA

Ab Área de burbujeo (pie2)

Ad Área del bajante (pie2)

Ad,prom Área promedio del bajante (pie2)

Adi Área de entrada al bajante (pie2)

Ado Área de salida del bajante (pie2)

Af Área fraccional (pie2)

An Área neta (pie2)

Ao Área de orificios (pie2)

As Área superficial del plato (pie2)

Cd Coeficiente para la ecuación (7.b.15) (adimensional)

Cs Parámetro que describe la carga de vapor (pie/s)

CSB Constante de la correlación de Souders–Brown, factor evaluado en elpunto de inundación (pie/s)

CV Coeficiente de orificio o de descarga (adimensional)

D Diámetro del plato (pies)

Do Diámetro de las perforaciones (pulg)

Es Arrastre de líquido (lb de líquido arrastrado/lb de vapor).

fgoteo Fracción de goteo (adimensional)

FLV Parámetro de flujo (adimensional)

Fro Número de Froude basado en la velocidad del orificio (adimensional)

Fw Factor de corrección de vertederos (adimensional)

Fw,goteo Factor de corrección de vertederos a condiciones de goteo (adimensional)

g Constante de aceleración de gravedad 32.2 pie/s2

hσ Caída de presión debido a la formación de burbujas (pulg)

had Caída de presión debajo de la aproximación del bajante a la entrada alplato inferior (pulg)

hc Altura de líquido claro en el plato (pulg)

hc,goteo Altura de líquido claro en el plato a condiciones de goteo (pulg)

hci Altura de líquido claro a la entrada (pulg)

hcl Espacio libre por debajo del bajante (pulg)

hco Altura de líquido claro a la salida (pulg)

hct Altura de líquido claro en la transición entre el régimen de espuma y elatomizado (pulg)

(hct)H2O Altura de líquido claro en la transición entre el régimen de espuma y elatomizado para el sistema aire–agua (pulg)




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hd Altura de líquido en el bajante (pulg)

hed Caída de presión en seco (pulg)

hed,goteo Caída de presión en seco a condiciones de goteo (pulg)

hf Altura de la masa aereada en el plato (pulg)

hfow Altura de la espuma sobre el vertedero exterior (pulg)

hL Altura de líquido claro en la transición del régimen de espuma a régimenatomizado, corregida para el efecto de la altura del vertedero sobre elarrastre (pulg).

hl Cabezal de la masa de líquido sobre el plato, caída de presión en mojado(pulg)

hl Cabezal hidrostático de líquido (pulg)

hl,goteo Cabezal hidrostático de líquido a condiciones de goteo (pulg)

how Altura de líquido claro sobre el vertedero (pulg)

how,goteo Altura de líquido claro sobre el vertedero a condiciones de goteo (pulg)

hpd Altura de la espuma en el bajante (pulg)

ht Caída de presión total en el plato (pulg)

ht,goteo Caída de presión total en el plato a condiciones de goteo (pulg)

hw Altura del vertedero (pulg)

H Espaciamiento entre platos (pulg)

INUN Porcentaje calculado de inundación en el plato (%)

INUNd Porcentaje calculado de inundación en el bajante (%)

J*L Velocidad de goteo de líquido (adimensional)

J*V Velocidad de goteo de vapor (adimensional)

lfp Longitud del patrón de flujo (pulg)

Lw Longitud del vertedero (pulg)

Lwi Longitud del vertedero a la entrada (pulg)

Lwo Longitud del vertedero a la salida (pulg)

ML Flujo másico de líquido (lb/h)

ML, min Flujo másico mínimo de líquido (lb/h)

MV Flujo másico de vapor (lb/h)

MV, min Flujo másico mínimo de vapor (lb/h)

n Parámetro de la ecuación (5.a.3) (adimensional)

Np Número de pasos de líquido (adimensional)

p Distancia centro a centro entre orificios (pulg)

P Presión del sistema (psia)

QLW Carga de líquido (gpm/pulg de vertedero exterior)




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QLW,goteo Carga de líquido a condiciones de goteo (gpm/pulg de vertedero exterior)

SF Factor de espuma, factor de corrección de carga para sistemas contendencia de espuma (adimensional)

t Espesor del plato (pulg)

tr Tiempo de residencia de líquido en el bajante (s)

Vb Velocidad superficial del vapor basada en el área de burbujeo (pie/s).

Vb,goteo Velocidad superficial del vapor basada en el área de burbujeo acondiciones de goteo (pie/s).

Vd Velocidad de líquido entrando al bajante (gpm/pie2)

Vd,max Velocidad máxima de líquido entrando al bajante (gpm/pie2)

Vgoteo Velocidad de goteo (gpm)

VL Flujo volumétrico de líquido (lb/h)

VL, goteo Flujo volumétrico mínimo de líquido a condiciones de goteo (gpm)

VL, min Flujo volumétrico mínimo de líquido (gpm)

Vn,inun Velocidad superficial del vapor en el punto de inundación, basada en elárea neta (pie/s)

Vo Velocidad del vapor a través de los orificios (pie/s)

Vo,goteo Velocidad del vapor a través de los orificios a condiciones de goteo (pie/s)

Vold Volumen del bajante (pie3)

Vs Velocidad superficial del vapor, basada en el área neta (pie/s)

VV Flujo volumétrico de vapor (lb/h)

VV, goteo Flujo volumétrico mínimo de vapor a condiciones de goteo (pie3/s)

VV, min Flujo volumétrico mínimo de vapor (pie3/s)

W Ancho del vertedero (pulg)

Wi Ancho del vertedero a la entrada (pulg)

Wo Ancho del vertedero a la salida (pulg)

C Parámetro usado para calcular el arrastre en la ecuación (6.a.4)(adimensional).

Z Longitud característica (pie)

%espuma Porcentaje de espuma en el bajante (%)

%goteo Porcentaje de goteo (%)

%INUN Porcentaje de inundación en el plato (%)

%min Porcentaje de carga mínima (%)




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Letras Griegas

� Factor de aereación del plato (adimensional)

�min Factor de aereación del plato a condiciones de flujo mínimo(adimensional)

�d Densidad de la espuma en el bajante (adimensional)

�f Densidad de la espuma en el bajante calculada (adimensional)

� Factor para la ecuación (7.b.10) (adimensional)

� Viscosidad del líquido (cP)

� Constante 3.14159 (adimensional)

�L Densidad del líquido (lb/pie3)

�L, min Densidad del líquido a condiciones de flujo mínimo (lb/pie3)

�v Densidad del vapor (lb/pie3)

�V, min Densidad del vapor a condiciones de flujo mínimo (lb/pie3)

� Tensión superficial del líquido (dinas /cm)

�min Tensión superficial del líquido a condiciones de flujo mínimo(dinas /cm)

� Arrastre fraccional (lb–mol de líquido arrastrado/lb–mol de flujo delíquido en el plat

Subíndices

LAT Bajante Lateral

CEN Bajante Centar




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10 APENDICE




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TABLA 1. RESUMEN DE VARIABLES DE DISEÑO

CARACTERÍSTICAS DEDISEÑO

VALORES RECOMENDADOS INTERVALOPERMITIDO

1. Variables de diseñoa. Diámetro del orificio (Do) Normal 1/2 pulg

Servicios con ensuciamiento 3/4 a 1pulg

3/8 a 1 pulg

b. Área fraccional (Af = Ao/Ab) 8 a 12% 5 a 15%c. Espesor del plato (t) Sistema corrosivo 0.0747 pulg (14 gage)

Acero al carbón 0.1345 pulg (10 gage)

d. Espaciamiento entre platos (H) 12 a 30 pulg 8 a 36 pulge. Número de pasos (Np) 1 1 a 2

2. Variables del bajante y de losvertederos

a. Altura del vertedero (hw) 2 pulg 0 a 4 pulgb. Espacio libre del bajante (hcl) 1.5 pulg 1 pulg y más

TABLA 2. FACTOR DE ESPUMA Y TIEMPO DE RESIDENCIA MÍNIMO EN EL BAJANTE

Tendenciade Espuma

SISTEMA Factor deEspuma (SF)

Tiempo deResidencia (tr_min)

Bajo Hidrocarburos ligeros 1.00 3Alcoholes 1.00 3

Moderado Hidrocarburos de pesomolecular medio

0.95 4

Alto Hidrocarburos pesados 0.85 4Columnas de vacío 0.85 4

Regeneradores de aminas yglicoles

0.85 4

Despojadores de H2S 0.85 4Fraccionador de furfural 0.85 4

Muy alto Absorbedores de aminas yglicoles

0.73 5

Severo Unidades demetil–etil–cetona

0.60 7

Regeneradores de cáustico 0.60 7




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TABLA 3. DENSIDAD DE ESPUMA

Tendencia de Espuma Densidad del vapor Densidad de espuma φdBajo ρV < 1.0 lb/pie3 0.6

Moderado 1.0 lb/pie3 < ρV < 3.0 lb/pie3 0.5Alto ρV < 3.0 lb/pie3 0.4




Fig 1. DIAGRAMA DE FLUJO EN PLATOS PERFORADOS

Fig 2. DIAGRAMA DE COMPORTAMIENTO DE PLATOS PERFORADOS

D

C

BA

Arrastre excesivo Goteo

Goteo excesivo

Inundación

Mala distribución de fase

Gradiente hidráulico elevado

Flujo de vapor

Flujo de líquido

Area satisfactoria de operación

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Fig 3. ESQUEMA DE PLATOS PERFORADOS

Fig 4. ESQUEMA DE CAIDA DE PRESION EN PLATOS PREFORADOS

lpf

D

Adi

Ado

Ab

Wi

Wo

Platos de un solo paso ybajante inclinado

Platos de dos pasos ybajante recto

lpf

Ab

Ado

D

Adi

Adi

1.7

Adi

1.7

lpf

Ab

hd

hd

hed

hed

hc

hadhc

had

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Fig 5. TIEMPO DE RESIDENCIA DE LIQUIDO

tr para la correlación de Koch

010 8070403020

2

4

6

8

10

12

14

Tie

mpo

de

resi

denc

ia tr

(s)

Fuente: Distillation Design, Henry Z. Kister; McGraw Hill, N.Y., 1992

�L � �v �lb � pie3�

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Fig 6. GRAFICAS DEL DISEÑO DEL BAJANTE. (a) BAJANTE LATERAL;(b) BAJANTE CENTRAL

(a) %(Adi/(Np*As))

(b) %(Adi/As)

%(W

/D)

10

20

30

40

0

10 20 30 40 50

%(L

w/D

)

10 20 30 40 50

10

20

30

40

0

50

60

100

98

96

94

92

90

80

70

60

50

40

%(L

w/D

)

%(W

/D)


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Fig 7. CORRELACION DE FAIR PARA ARRASTRE FRACCIONAL

Porcentaje de inundación

Arr

astr

e fr

acci

onal

� (

mol

líqu

ido

arra

stra

do /

mol

líqu

ido

en e

l pla

to) 95

90

80

70

60

50

45

40

35

30

0.001

0.002

0.005

0.01

0.02

0.05

0.1

0.2

0.5

1.0

0.005 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0

FLV = (M L / M V)(ρV / ρL)0.5


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Fig 8. COEFICIENTE DE DESCARGA PARA FLUJO DE VAPOR


0.05 0.10 0.15 0.20

Coe

fici

ente

de

desc

arga

Cv

0.90

0.80

0.70

0.60

�Area de orificios � Area de burbujeo� � Af � Ao � Ab

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Fig 9. FACTOR DE AREACIONFa

ctor

de

aere

ació

n o

dens

idad

de

espu

ma

00.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Fgb

= Vb * ( ρ

V)0.5

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Factor de aereación β

Densidad de espuma φt


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Fig 10. FACTOR DE CORRECION DEL VERTEDERO


1.00

1.10

1.20

1.30

Carga de líquido (gpm) / (longitud del vertedero (pulg))2.5

0.5

Límite recomendado

Relación longitud del vertederoa

diámetro de la torre

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.2

Fact

or d

e co

rrec

ción

del

ver

tede

ro F

w

2001007040201074 2 10.70.4

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Fig 11. DETERMINACION DE GOTEO

0

1

2

1 2 3 4

(hw + how) (pulg)


Ao � Ab � 0.20

Ao � Ab � 0.14

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11 HOJA DE CÁLCULO DE EVALUACIÓN PARA PLATOSPERFORADOS

Proyecto: _________________________ Unidad: ______________________Torre: ___________________________ Plato: ________________________Fecha: ___________________________ Realizado por:_________________

PASO 1.– Datos de entrada

1.a.– Flujos y propiedades de líquido y de vapor

Líquido desde el plato (L) Vapor hacia el plato (V)Flujo másico (M) ________________ lb/h _______________ lb/hFlujo másico mínimo (Mmin) ________________ lb/h _______________ lb/hDensidad (ρ) ________________ lb/pie3 ______________ lb/pie3

Densidad a condiciones de flujo ______________ lb/pie3 ______________ lb/pie3

mínimo (ρmin)Viscosidad (µ) ________________ cPTensión superficial (σ) ________________ dinas/cmTensión superficial a condiciones _____________ dinas/cm

de flujo mínimo (σmin)Presión del sistema (P) ________________ psia

1.b.– Variables de diseño

Diámetro del plato ______________ pieDiámetro del orificio (Do) ______________ pulgEspaciamiento entre platos (H) ______________ pulgAltura del vertedero de entrada (hw) ______________ pulgEspacio libre debajo del bajante (hcl) ______________ pulgEspesor del plato (pulg) ______________ pulgArea de entrada del bajante (Adi) ______________ pie2

Longitud del vertedero a la entrada (Lwi) ______________ pulgArea de salida del bajante (Ado) (bajante segmental inclinado)______________ pie2

Longitud del vertedero a la salida (Lwo) (bajante segmental inclinado)_______ pulgPorcentaje de inundación en el plato (%INUN) ______________ %Porcentaje de carga mínima (%mín) ______________ %Area fraccional (Af) ______________Número de pasos (Np) ______________




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1.c.– Criterios de diseño

Bajante ____ Segmental recto____ Segmental inclinado

Arreglo de orificio ____ Triangular equilátero____ Cuadrangular

Régimen de flujo ____ Atomizado____ Emulsión o espuma

PASO 2.– Flujos volumétricos de vapor y de líquido

VV = (MV / ρV) / 3600 Ec. (2.a.) ___________________ pie3/sVV,min= (MV,min / ρV,min) / 3600 ___________________ pie3/sVL = (ML / ρL) * 0.1246 Ec. (2.b.) ___________________ gpmVL,min = (ML,min / ρL,min) * 0.1246 ___________________ gpm

PASO 3.– Verificación de inundación

3.a.– Estimación del porcentaje de inundación en el plato

Lateral CentralQLW = VL / Lwi Ec. (5.a.1) ________ ______gpm/pulgn = 0.0231 * Do / Af Ec. (5.a.2) ___________________(hct) H2O = 0.29 * Af

–0.791 * Do0.833 / (1 + 0.0036 * QLW

–0.59 * Af–1.79)

Ec.(5.a.3) _________ _________ pulghct = (hct)H2O * (62.2 /ρL)0.5 * (1 – n) Ec.(5.a.4) _________ _________ pulgCSB = 0.144 * ((Do)2 *σ/ρL)0.125 * (ρV / ρL )0.1 * (H / hct)0.5

Ec.(5.a.5) _________ _________ pulgVs = VV / An Ec.(5.a.6) ___________________ pie/sCs = Vs * (ρV / (ρL – ρV))0.5 Ec.(5.a.7) ___________________ pie/sINUN = (Cs / CSB) * 100 Ec.(5.a.8) _________ _________ pulg

Recomendación: Si INUN es mayor que el porcentaje deseado por diseño (%inun), el diámetro delplato puede ser una limitación, de debe aumentar el diámetro.

PASO 4.– Chequeo hidráulico

4.a.– Verificación de arrastre

Lateral CentralRégimen de flujo: Atomizado

hL = hct / (1 + 0.0665 * hw) Ec. (6.a.1) _________ _________ pulgVb = VV / Ab Ec. (6.a.2) ___________________ pie/sΧ = 1.684 * (Vb* hL / (Do*H)0.5)4 * (ρV / QLW * ρL) * ((ρL – ρV) / σ)0.25

Ec. (6.a.3) _________ _________Es = 4.742 (10/ûσ)^1.64 * Χ(10/ûσ) Ec. (6.a.4) _________ _________ lb/l




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Régimen de flujo: Espuma o emulsiónFLV = (ML / MV) * (ρV / ψf Fig. 7 ___________________ lb/lb

Recomendación: Si el arrastre (Es ó ψ) es mayor a 0.1, el espaciamiento entre platos puede ser unalimitación de proceso, en tal caso se debe considerar aumentarlo.

4.b.– Estimación del tiempo de residencia de líquido en el bajante

Ad, prom = (Adi + Ado) / 2 Ec. (6.b.1) ___________________ pie3

Vold = (Ad, prom * H) / 12 Ec. (6.b.2) ___________________ pie2

tr = (448.83 * Vold) / VL Ec. (6.b.3) ___________________ s

Recomendación: Si el tiempo de residencia calculado es menor al tiempo de residencia mínimo dela Tabla 2 se debe considerar disminuir el área de entrada al bajante.

4.c.– Caída de presión

Lateral CentralAo = Af * Ab Ec. (6.c.1) ___________________ pie2

Vo = VV / Ao Ec. (6.c.2) ___________________ pie/st / Do ___________________CV Fig. 8 ___________________hed = (0.186 / CV

2) * (ρV / ρL) * Vo2 Ec. (6.c.3) ___________________ pulg

(VL/Np)*(12*Np/Lwi)2.5 _________ ________ gpm/pulg2.5

Lwi /(12*D*Np) _________ _________Fw Fig. 10 ___________________how = 0.48 * Fw * (QLW)0.66 Ec. (6.c.4) _________ _________ pulghc = hw + how Ec. (6.c.5) _________ _________ pulgVb = VV / Ab Ec. (6.a.2) ___________________ pie/sVb * (ρV)0.5 ________________pie/s*(lb/pie3)β Fig. 9 ___________________hl = β * hc Ec. (6.c.6) _________ _________ pulght = hed + hl Ec. (6.c.7) _________ _________ pulg

Recomendación: Si la caída de presión es menor a 3, se recomienda aumentar el diámetro deorificios o la altura del vertedero, o disminuir el área fraccional. Si es mayor a 5, se recomiendadisminuir el diámetro de orificios o la altura del vertedero, o aumentar el área fraccional.




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4.d.– Porcentaje de espuma en el bajante

Lateral CentralBajante inclinado

Aad = (Lwo * hcl) / 144 Ec. (6.d.1) _________ _________ pulg2

Bajante rectoAad = (Lwi * hcl) / 144 Ec. (6.d.1)_________ _________ pulg2

had = 0.03 * (VL / (100 * Aad))2 Ec. (6.d.2) _________ _________ pulghd = hc + ht + had Ec. (6.d.3) _________ _________ pulgφd Tabla 3___________________hpd = hd / φd Ec. (6.d.4) _________ _________ pulg%espuma = (hpd/ (H + hw)) * 100 Ec. (6.d.5) ) _________ _________ %

Recomendación: Si el valor calculado (%espuma) es mayor a 80% de llenado del bajante, se debeaumentar el espacio libre debajo del bajante o disminuir la altura del vertedero; en último caso sepodría considerar aumentar el espaciamiento entre platos.

4.e.– Porcentaje de inundación en el bajante

LateralCentralINUNd = (hd / H) * 100 Ec. (6.e.1) _________ _________ %

PASO 5.– Verificación de flexibilidad

5.a.– Verificación del porcentaje de goteo

Lateral CentralVL, goteo = VL, min * % min Ec. (7.a.1) ___________________ pie3/sVV, goteo = VV, min * % min Ec. (7.a.2) ___________________ gpmVo, goteo = VV, min / Ao Ec. (6.c.2) ______________ pie/shed, goteo = (0.186 / CV

2) * (ρV, min / ρL, min) * (Vo, goteo)2

Ec. (6.c.3) ___________________ pulg(VL,goteo/Np)*(12*Np/Lwi)2.5 _______________ gpm/pulg2.5

Lwi /(12*D*Np) _______________Fw,goteo Fig. 10 ___________________QLW, goteo = VL, goteo / Lwi Ec. (5.a.1) _________ _________ pulghow, goteo = 0.48 * Fw , goteo* (QLW, goteo)0.66

Ec. (6.c.4) _________ _________ pulghc, goteo = hw + how , goteo Ec. (6.c.5) _________ ________ pulgVb * (ρV, min)0.5 _____________________pie/s*(lb/pie3)βgoteo Fig. 9 ___________________hl, goteo = β * hc, goteo Ec. (6.c.6) _________ _________ pulght, goteo = hed, goteo + hl, goteo Ec. (6.c.7) _________ _________ pulghσ = (0.04*σmin) / (ρL,min* Do) Ec. (7.a.3) _______________ pulg(hed + hσ)@goteo Fig. 11 _______________ pulg




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%goteo = ((hed,goteo + hσ)calculados / (hed + hσ)@goteo)0.5 * 100Ec. (7.a.4) _________ _________ pulg

5.b.– Fracción de goteo y altura de líquido claro

Lateral CentralVb, goteo = VV, goteo / Ab Ec. (7.b.1) _________ _______ pie/s

P < 165 psiaFro = 0.373 * ((Vb, goteo)2 / hc,goteo) * (ρV,min / (ρL,min – ρ V,min)

Ec. (7.b.2) _________ _________ Fro < 0.2Vgoteo = Ao * ((29.45 / (Fro)0.5) – 44.18)

Ec. (7.b.3) _________ _________ gpmFro > 0.2Vgoteo = 1.841 * Ao * Fro

–1.533 Ec. (7.b.4) _________ _________ gpmP < 165 psia

Z = (hc, goteo)1.5 / (12 * (Do)0.5) Ec. (7.b.5) _________ _________ pieg 32.2 pie/s2

J* V = Vo,goteo * (ρV,min / (g * Z * (ρL,min – ρ V,min)))0.5

Ec. (7.b.6) _________ _________Vgoteo= (0.407 – 0.515 * (J*V)0.5)2 * (448.83 * Ao) * ((g * Z *(ρL,min – ρ V,min)) / ρL,min)0.5

Ec. (7.b.7) _________ _________ gpmfgoteo = Vgoteo/ VL,goteo Ec. (7.b.8) _________ _________

Recomendación: Si la fracción de goteo es mayor a 0.1, el goteo puede ser una limitación a cargasmínimas.

5.b.– Sellado del bajanteLateral Central

hd, goteo = hc, goteo + ht, goteo + had Ec. (6.d.3)_________ _________ pulghd,goteo – hcl _________ _________ pulg

Recomendación: Si la diferencia entre la pérdida de cabezal del bajante a flujo mínimo y el espaciolibre del bajante es menor a 2 pulg, el bajante no está bien sellado.




mdp 04 cf-09 platos perforados

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