Diseo general de columnas.

Columna de fraccionamiento Una columna de fraccionamiento, es un equipo (recipiente) con dispositivos internos que permite realizar el proceso de fraccionamiento. Existen dos tipos de dispositivos internos utilizados en las columnas de fraccionamiento, las bandejas o platos y los empaques. Para el diseo de una columna de fraccionamiento, los clculos se realizan utilizando el concepto terico de etapas de equilibrio. Una columna de fraccionamiento puede ser considerada como una serie de separadores gas-lquido en equilibrio con dos alimentaciones y dos corrientes de producto, Cada bandeja o sector del empaque es una etapa de separacin donde el vapor entra en el separador (etapa) a una temperatura ms alta proveniente de una etapa inferior, la corriente lquida ingresa a la etapa desde una superior a una temperatura ms baja. La trasferencia de calor y masa se producen en el separador (etapa) de manera que, los flujos de salida se encuentran en su punto de burbuja (lquido) y en su punto de roco (vapor) a la misma temperatura y presin. Esto se traduce en la progresiva condensacin de los componentes ms pesados; y en la vaporizacin de los componentes ms livianos. Las composiciones de estas fases estn relacionadas por la relacin de equilibrio (vase ecuacin 2).Esta

Relacin, junto con el balance de masa y energa son consideradas la base para todo el diseo de la columna de fraccionamiento. Yi=Ki*Xi Ec. 2

Para cumplir con el funcionamiento explicado, la columna de fraccionamiento opera de manera conjunta con una serie de equipos que son esenciales para su

Funcionamiento, estos equipos son:

(Rehervidor: es un intercambiador de calor para proveer el calor necesario para

la volatilizacin de los componentes que requieren en su mayora ser separa

dos en la columna de fraccionamiento por el tope de la misma.

(Condensador: es un intercambiador de calor que remueve calor necesario para la condensacin de los componentes que requieren en su mayora ser separados en el fondo de la columna de fraccionamiento. Algunas columnas de

fraccionamiento no utilizan este equipo, estas son denominas Columnas de

Despojo

El nmero de etapas o de platos necesario para una determinada separacin se puede calcular tericamente, ya que no es ms que la combinacin de una serie de destilaciones simples. En la prctica el nmero de platos reales necesarios es siempre superior al de platos tericos calculados.

De la misma manera en funcin del resultado buscado se disean el dimetro de la columna, el tipo de relleno o de platos, vasos etc.

La eficiencia de la separacin depende de mltiples factores como la diferencia de puntos de ebullicin de los componentes de la mezcla, la presin a la que se trabaje y otros parmetros fisicoqumicos de los componentes.

Una Columna de fraccionamiento, tambin llamada columna de platos o columna de platillos, es un aparato que permite realizar una

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_fraccionada" \n _blankdestilacin fraccionada

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_fraccionada" \n _blank.Una

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_fraccionada" \n _blankdestilacin

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_fraccionada" \n _blankfraccionada

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_fraccionada" \n _blankes una tcnica que permite realizar una serie completa de

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_simple" \n _blankdestilaciones

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_simple" \n _blanksimples

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_simple" \n _blanken una sola operacin sencilla y continua. La

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_fraccionada" \n _blankdestilacin fraccionada

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Destilacin_fraccionada" \n _blankes una operacin bsica en la

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Industria_qumica" \n _blankindustria qumica

HYPERLINK "http://es.wikipedia.org/wiki/Industria_qumica" \n _blanky afines, y se utiliza fundamentalmente en la Separacin de mezclas de componentes lquidos

Columnas empacadas: Son torres de fraccionamiento o de absorcin lleno con empaques diseados para proveer una superficie relativamente grande por unidad de volumen, que proporciona el contacto requerido entre el vapor y el lquido que desciende dentro de la CONSIDERACIONES BSICAS DEL DISEO

El diseo apropiado de un plato de burbujeo da como resultado un arreglo de plato que en las condiciones de operacin a las que se ver sometido realizar su funcin de separacin con eficiencia razonable, ser estable y no presentar comportamientos inadecuados tales como inundacin por chorro, soplado, vaciado o mala distribucin de vapor, todo ello sin incurrir en costos excesivos. El procedimiento de diseo que se presenta en esta Subseccin se basa en la aplicacin de criterios para definir una configuracin tentativa del plato, que se somete a pruebas sucesivas que permiten decidir si el arreglo propuesto fallar frente a los criterios de comportamiento ya mencionados, que a su vez orientan la modificacin del diseo tentativo para lograr un arreglo final satisfactorio. Se tratan en detalle las limitaciones de los platos mencionadas aqu. Espaciamiento Entre Platos La combinacin ptima del espaciamiento entre platos y del dimetro de la torre es aquella que minimiza la inversin total de la torre sujeta a la condicin de que el espaciamiento entre platos sea suficiente para permitir el acceso para mantenimiento. La informacin de inversiones del Manual de Estimacin de Costos puede ser utilizada como una gua para determinar la inversin como una funcin del dimetro de la torre y del espaciamiento entre platos. Los espaciamientos mnimos entre platos se muestran en la tabla de la pgina 11 como una funcin del dimetro de la torre, tipo de servicio y requerimientos de mantenimiento. Ver tambin las discusiones sobre el llenado del bajante en Hidrulica del Plato. Uso de columnas empacadas

COLUMNAS EMPACADAS

Las columnas empacadas son usadas para destilacin, absorcin de gases, y extraccin liquido-liquido; solamente la destilacin y la absorcin se considerarn en este ensayo. La de sorcin (stripping) es el inverso de la absorcin y se aplican los mismos mtodos de diseo. El contacto liquido gas en una columna empacada es continua, no por etapas, como en una columna de platos. El flujo de lquido cae hacia abajo en la columna sobre el rea de empaque y el gas o vapor, asciende en contracorriente, en la columna. En algunas columnas de absorcin de gases se usa corrientes en flujo co-corriente. La performance de una columna empacada depende mucho del mantenimiento de una buena distribucin de lquido y gas a travs del lecho empacado, y esto es una consideracin importante en el diseo de columnas empacadas. Un diagrama esquemtico mostrando las principales partes de una columna empacada es dado en la Fig.1 Una columna de destilacin con empaque ser similar a la columna de platos mostrada en dicha figura mencionada anteriormente con los platos reemplazados por secciones de empaque.

Eleccin entre platos o empaques

La eleccin entre columnas de platos o empaques para una aplicacin particular puede ser hecha solamente en base a los costos para cada diseo. Sin embargo, esto no siempre ser posible, o necesario, y la eleccin puede usualmente hacerse, sobre la base de la experiencia mediante la consideracin de las principales ventajas o desventajas d cada tipo, las cuales son listadas a continuacin.1.

Las columnas de platos pueden ser diseadas para manipular un amplio rango de velocidades de flujo de gases y lquidos antes que las columnas empacadas.2. Las columnas empacadas no son convenientes para velocidades de lquido muy bajas.Fig. 1

Columna empacada para absorcin

Platos de burbujeo En estos equipos, el gas burbujea dentro de una capa de lquido, de modo que la superficie de contacto entre las fases es la superficie de todas las burbujas formadas.

Las torres de platos son columnas dentro de las cuales estn instalados platos igualmente espaciados. Los platos poseen perforaciones, a travs de las cuales pueden ascender los vapores procedentes de los platillos inferiores, lo que posibilita la interaccin gas-lquido. Segn sea el diseo del plato, en lo que respecta a la configuracin del orificio y a la existencia o no de tubos bajantes para el descenso de lquido, las torres de platos se

Clasifican en:

Platos con sombrerete o campana (cazoleta)

Platos cribados o perforados

Platos de vlvulas.

Las caractersticas comunes de los diferentes tipos de platos son el gran contacto entre las fases, la facilidad de limpieza y la posibilidad de evacuacin del calor, evolucionado en el proceso, con la introduccin de serpentines en el espacio interplatos Las bandejas de plato perforado (tipo tamiz).Son uno de los dispositivos ms ampliamente usados en la industria.

Ellas son fciles de disear con el nivel

Actual de desarrollo del orificio, y se operan con confiabilidad para la mayora de los campos la tasa de flujo de vapor.

No hay "lagrimeo" de lquido desde la bandeja superior an a esta tasa tan baja.

una torre con platos cribados (perforados), cuyo funcionamiento es similar al descrito para la torre de platos con cazoletas. En este caso, el plato es una placa con perforaciones de 2 a 5 mm de dimetro. El gas entra por la parte inferior de la torre, pasa a travs de los agujeros y se distribuye en el lquido en forma de burbujas y chorros finos. Cuando la torre opera normalmente, la presin del gas ser lo suficientemente elevada como para impedir el paso de lquido a travs de los orificios y mantener abiertos los mismos, de modo que se aproveche toda el rea de los orificios para el paso del gas hacia la capa lquida, originando burbujas y espuma.

El nivel de lquido en cada plato queda determinado por la altura del extremo superior del tubo de reboso(1), cuyos extremos inferiores estn sumergidos en el plato inmediato inferior(2). En los platos de paso nico, la longitud del vertedero es del 60 al 75% del dimetro de la torre.

Existe una modalidad de torres con platos perforados en la cual los platos no poseen bajantes, el lquido cae de un plato al inferior a travs de los agujeros. las torres con platos perforados son de construccin simple y poseen elevada eficiencia de transferencia de masa y su resistencia hidrulica es pequea. La principal limitacin de estos platos est en su gran sensibilidad para el empleo de lquidos sucios, capaces de crear sedimentaciones que obstruyan los agujeros.

Las torres de platos se recomiendan en procesos de absorcin muy exotrmicos y para la destilacin. En general, para lograr altos rendimientos, en una etapa de contacto gas-lquido, se recomienda emplear capas profundas de lquido y velocidades del gas relativamente altas. Estas recomendaciones estn limitadas por el aumento de la cada de presin que provoca un mayor espesor de lquido y la posibilidad de arrastre de lquido con una mayor velocidad del gas.

Diseo de columnas empacadas para destilacin

Factores que determinan la seleccinn entre una columna de platos y una columna empacadaSon bsicamente factores econmicos:1. Eficiencia de contacto2. Capacidad de carga3. Cada de presin* S el dimetro de la columna de destilacin es menor a 2 ft resulta ms econmico si es empacada

Casos donde se debe considerar el uso de columnas empacadas- Componentes termosensibles que implican trabajar a bajas presiones y con una baja retencin de lquido- Muy bajas velocidades del lquido y/o muy elevadas velocidades del vapor- La mezcla tiende a formar espuma- La mezcla contiene componentes muy corrosivos- Cuando el dimetro de la columna es menor a 2 ft

Bases para el dimensionamiento de una columna empacada para destilacinAltura del empaque1. Anlisis de etapa de equilibrio (Coulson et al., 1983; Wankat, 1988)2. Consideraciones de transferencia de masa (Treybal, 1981; Perry, 1998) Dimetro (Treybal, 1981)1. Consideraciones por inundacin, 2. Cada de presin aceptableCmo calcular el dimetro de la columna?Consideraciones- El dimetro se disea para operar entre un 65 a 90% de inundacin o para una determinada cada de presin por ft de empaque (ver Figura 6.34 de Treybal, 1981)- Como las propiedades y los flujos del lquido y el vapor cambian a lo largo de la columna, se debe calcular los dimetros en varios puntos y usar el valor mayor para el diseo- Usualmente las variaciones en el flujo de vapor determinan los clculos del dimetro- Para prevenir excesivo acanalamiento Dc / De > 15