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TORRES DE FRACCIONAMIENTO

PDVSA, 1983

MDP04CF01 INTRODUCCION

APROBADA

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NOV.96 Y.M.0 5 F.R.

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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Indice1 GENERALIDADES 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1 Principios Bsicos 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Mtodo General de Clculo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Diseo Riguroso de Torres 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Platos Perforados 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Platos tipo Casquete de Burbujeo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Platos tipo Surtidor (Jet Trays) 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Plato tipo Vlvula 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8 Transferencia de Calor por Contacto Directo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.9 Torres Empacadas 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 REFERENCIAS 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 GENERALIDADESEl fraccionamiento es el mtodo de separacin ms usado de las operacionesunitarias a nivel industrial. El proceso consiste en una transferencia de masa por elintercambio de calor desde el fondo de la torre, con un mayor enriquecimiento delos elementos ms voltiles que conforman el vapor en el tope.Las operaciones de destilacin empleadas en la industria qumica en general,tienen por objeto aislar compuestos individuales bastante puros, partiendo demezclas de lquidos voltiles, formada fundamentalmente por componentes biendefinidos. En estos casos la destilacin simple intermitente es suficiente para unaseparacin eficaz, tal como la deshidratacin de disolventes orgnicos. A menosque las volatilidades de dos ms componentes de una mezcla lquida sean casiidnticas, o que dos ms componentes se asocien para formar una mezcla depunto de ebullicin constante.Cuando se trata de mezclas de punto de ebullicin elevado, tales como crudo ofracciones petroleras pesadas en los cuales existen intervalos de ebullicinamplios, el grado de separacin entre las fracciones depende del factoreconmico, requiere de equipos de mayor flexibilidad operacional. En estosprocesos de separacin complejos, la destilacin simple intermitente ha sidosustituida por las torres de fraccionamiento que emplean reflujo, tales como lasusadas en la industria petrolera nacional. Asimismo, los mtodos de clculo para eltratamiento de los problemas vara fundamentalmente de acuerdo a la naturalezade la materia prima, productos y calidad final, y las condiciones de operacin de launidad. Aunque los procedimientos a usar en estos casos son los mismos que paralas destilaciones sencillas, la complejidad de los problemas exige el uso frecuentede generalizaciones empricas y consideraciones especiales que dependen decada aplicacin dadas por la experiencia.

2 OBJETIVOEl objetivo de este documento es presentar una introduccin a los captulos queconforman la seccin de Fraccionamiento con la finalidad de visualizar losaspectos que deben ser cubiertos por el ingeniero de proceso en el diseo detorres nuevas, y/o evaluacin, modificaciones u optimizacin de torres existentes.

3 ALCANCECubre los captulos involucrados en el diseo de torres de fraccionamiento, loscuales son los siguientes:

3.1 Principios BsicosDescribe las definiciones generales y consideraciones bsicas que debentomarse en cuenta durante el diseo y evaluacin de torres de fraccionamiento. Se

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incluyen los tipos de torres y sus aplicaciones a nivel industrial basado en laexperiencia.

3.2 Mtodo General de ClculoIncluye los procedimientos y ecuaciones bsicas que se deben emplear pararealizar un clculo preliminar de la torre. Se proporciona una introduccin a lasimulacin con PRO II (Comercializado por Simsci) como herramienta ms usadaen la IPPCN para generar un estimado inicial Short cut. Aunque existen variedadde simuladores como Hysim y ASPEN, no se presentan ejemplos tpicos con losmismos por el momento. Tambin cubre los criterios para seleccionar el mtodotermodinmico de separacin, la caracterizacin de la alimentacin, seleccin delcomponente clave y condiciones ptimas de operacin de la Torre.Se presentan las diferencias del fraccionamiento de alimentaciones livianas ypesadas, as como un ejemplo de clculo utilizando PRO II.

3.3 Diseo Riguroso de TorresDescribe los procedimientos para el clculo y simulacin de torres defraccionamiento usando el mtodo riguroso. Se introduce al usuario a lasimulacin rigurosa de torres de fraccionamiento usando PRO II comoherramienta ampliamente usada en la IPPCN. Se muestra como realizar unaevaluacin y optimizacin de una torre existente. Aunque en el mercado seencuentran otros paquetes de simulacin para la de torres de fraccionamientocomo HYSIM, no se muestra en esta seccin como realizar simulaciones con losmismos.

El clculo riguroso de torres involucra accesorios internos y dispositivos talescomo platos, deflectores, campanas o rellenos, eficiencia de los platos ydimensionamiento de la Torre. Se presenta una gua til para la seleccin deldispositivo ptimo para un servicio dado. El diseo de los diferentes tipos de platossern tratados con detalle en captulos siguientes.El balance de masa y energa, y el dimensionamiento de la columna son incluidoscomo parte del estudio.

3.4 Platos PerforadosPresenta los criterios y tcnicas requeridas para realizar el diseo de platosperforados. Se incluyen aplicaciones para servicios tipo, capacidad,espaciamiento entre platos, la distribucin de los platos, el tamao y arreglo de losorificios, dimensionamiento del bajante, eficiencia del plato y lo referente a lahidrulica del plato, transferencia de calor y limitaciones. Se muestra elprocedimiento para el diseo de los mismos.

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3.5 Platos tipo Casquete de BurbujeoPresenta los criterios y tcnicas requeridas para realizar el diseo de platos tipocasquete de burbujeo. Se incluyen aplicaciones para servicios tipo, capacidad, elespaciamiento entre platos, la distribucin de los platos, arrastre y vaciado,arreglo, transferencia de calor, eficiencia del plato y lo referente a la hidrulica delplato. Se muestra el procedimiento para el diseo de los mismos.

3.6 Platos tipo Surtidor (Jet Trays)Presenta los criterios y tcnicas requeridas para realizar el diseo de platos tiposurtidor. Se incluyen aplicaciones para servicios tipo, capacidad, espaciamientoentre platos, dimensionamiento del bajante, configuracin del plato y lengetas,arrastre, goteo, vaciado, la eficiencia del plato, transferencia de calor, limitacionesy lo referente a la hidrulica del plato. Se muestra el procedimiento para el diseode los mismos y consideraciones para el arranque.

3.7 Plato tipo VlvulaPresenta los criterios y tcnicas requeridas para realizar el diseo de platos tipovlvula. Se incluyen aplicaciones para servicios tipo, capacidad, espaciamientoentre platos, dimensionamiento del bajante,rea abierta y configuracin de lasvlvulas, transferencia de calor, cuellos de botella, limitaciones, eficiencia del platoy lo referente a la hidrulica del plato. Se muestra el procedimiento para el diseode los mismos.

3.8 Transferencia de Calor por Contacto DirectoSe presentan los mtodos para el dimensionamiento de las secciones detransferencia de calor por contacto directo. Se describe el diseo de equipos paraservicio con recirculacin. Determinacin de la temperatura de retiro, optimizacinde las secciones de transferencia de calor, limitaciones de las correlaciones. Unclculo tpico se muestra.

3.9 Torres EmpacadasPresenta los criterios para la seleccin del tipo, tamao del empaque, yaplicaciones. El clculo del dimetro de la torre y altura del empaque, cada depresin, transferencia de calor y ubicacin de las bocas de visita. Se presenta elprocedimiento de clculo, as como un ejemplo tpico.

4 REFERENCIASManual de Diseo de Proceso (versin 1986) Vol III, Seccin 3 Fraccionamiento

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Manual de Ingeniera de Diseo PDVSAMIDDB201R Bandejas de Fraccionamiento con Bajantes

Otras Referencias Manual del Ingeniero Qumico, John H. Perry. Mc. Graw Hill, Book Company,

N.Y. (1967) Distillation. Principles and Design Procedures, R.J. Hengstebeck. Robert E.

Krieger Publishing Company, Huntington, N.Y. 1976 Petroleum Refinery Distillation, 2th edition, R.N. Watkins. Gulf Publishing

Company, Houston London 1980 Destillation Design, Henry Z. Kister. Mc. Graw Hill, N.Y. 1992