Plato Tipo Surtidor

7/25/2019 Plato Tipo Surtidor

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PDVSA N TITULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

TORRES DE FRACCIONAMIENTO

PDVSA, 1983

MDP04CF11 PLATO TIPO SURTIDOR

APROBADA

NOV.97 NOV.97

NOV.97 L.C.0 41 L.R.

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

ESPECIALISTAS
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PLATO TIPO SURTIDOR NOV.970

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Indice

1 ALCANCE 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

3 ANTECEDENTES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

5 APLICACIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEO 4. . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 PROCEDIMIENTO DETALLADO DE DISEO 12. . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 NOMENCLATURA 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 ALCANCE

Esta subseccin cubre las tcnicas para realizar el diseo de procesos de losplatos tipo surtidor en aplicaciones de transferencia de masa. El diseo mecnicodetallado y el arreglo de las lengetas los maneja normalmente el fabricante delos platos y sobre esa premisa se ha elaborado esta seccin. Un formato declculos que muestra paso a paso el procedimiento de diseo se incluye en elApndice. Para el diseo de otros internos de la torre relacionados con el platotales como boquillas, cajas de retiro y conexiones del rehervidor refirase a laSubseccin MDP04CF08. Para el diseo de platos tipo surtidor en serviciosde transferencia de calor, refirase a la SubseccinMDP04CF13.

2 REFERENCIASMDP04CF06. Seleccin del Tipo de Plato.

MDP04CF08. Otros Internos de Torres de Fraccionamiento.

MDP04CF13. Transferencia de Calor por Contacto Directo.

Consideraciones Econmicas de Diseo

Kister Henry Z.Distillation Design,McGraw Hill,inc. ISBN 0070349096

3 ANTECEDENTES

Los platos tipo surtidor han sido usados en las industrias de los procesos qumicosy del petrleo desde los primeros aos de la dcada de los cincuenta. Debido asu alta capacidad de manejo de lquido y vapor unida a su bajo costo, hanreemplazado a los platos de casquetes de burbujeo en muchos servicios. Sinembargo, los platos tipo surtidor han sido sustituidos a su vez en muchas de susaplicaciones por los platos perforados ya que resultan ms econmicos y tienenuna amplia flexibilidad. Los platos tipo surtidor se utilizan an en servicios dondese requiere una alta capacidad de manejo de lquido.

4 DEFINICIONES

Ver SubseccinMDP04CF06yla Nomenclatura de esta Subseccin.

5 APLICACIONESPara la mayora de las nuevas instalaciones, los platos perforados son la mejorseleccin(ver Subseccin MDP04CF06). Sin embargo, los platos tipo surtidorpodran ser considerados para los siguientes servicios:
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Servicios sucios.

Servicios de transferencia de calor con elevadas cargas de lquido, querequeriran platos perforados de 3 4 pasos y por ende transiciones complejas,que pueden manejarse con platos tipo surtidor de paso sencillo o paso doble.Estos servicios incluyen reflujos circulantes en destiladoras atmosfricas,fraccionadores primarios en craqueo cataltico y con vapor, torres combinadasy fraccionadores de viscoreduccin.

En eliminacin de cuellos de botellas en torres de gran dimetro que manejencargas de lquido muy altas y puedan tolerar un sacrificio en la eficiencia.

En diseos de torres nuevas con platos para cargas de lquido muy altas y quetienen un dimetro mayor de 1500 mm (5 pie). La alta capacidad de los platostipo surtidor puede ms que compensar su baja eficiencia, y por lo tanto resultaren un diseo de torre ms econmico. Un ejemplo es la seccin del fondo deuna desbutanizadora.

Los platos tipo surtidor no deberan usarse en los siguientes servicios:

Donde el flujo de lquido estpor debajo de 10 dm3/s por metro de dimetro(3000 gph/pie de dimetro) por paso. Flujos de lquido por debajo de este valorpueden causar arrastre por soplado en el plato, con la consiguiente prdida deeficiencia.

En servicios donde se requiere un tiempo de residencia largo, tales comodespojadores con soda custica, contactores y regeneradores de aminas.

En torres con dimetros menores de 1500 mm (5 pie). La relacin de rea deburbujeo a rea superficial (seccin transversal total) comienza a hacerserelativamente pequea debido al rea requerida del bajante. Esta baja relacinpuede causar una alta velocidad del vapor localizada, que puede incrementarel arrastre y causar una inundacin prematura.

En platos de reflujos circulantes en destiladores al vaco. La alta cada depresin que producen y su pobre funcionamiento en las condiciones de bajoflujo de lquido que generalmente existente en esas torres, hace que los platostipo surtidor sean la peor seleccin. Para este servicio los anillos Pallnormalmente son una mejor seleccin (ver Subsecciones MDP04CF05MDP04CF07yMDP04CF13.)

6 CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEOEl diseo apropiado de un plato tipo surtidor da como resultado un arreglo de platoque en las condiciones de operacin a las que se ver sometido realizarsufuncin de separacin con eficiencia razonable, ser estable y no presentarcomportamientos 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 laaplicacin de criterios para definir una configuracin tentativa del plato, que se
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somete a pruebas sucesivas que permiten decidir si el arreglo propuesto fallar

frente a los criterios de comportamiento ya mencionados, que a su vez orientanla modificacin del diseo tentativo para lograr un arreglo final satisfactorio.

En la Subseccin MDP04CF06se tratan en detalle las limitaciones de losplatos mencionadas aqu.

Espaciamiento Entre Platos

La combinacin ptima del espaciamiento entre platos y del dimetro de la torrees aquella que minimiza la inversin total de la torre sujeta a la condicin de queel espaciamiento entre platos sea suficiente para permitir el acceso paramantenimiento. La informacin de inversiones del Manual de Estimacin deCostos 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 13como una funcin del dimetro de la torre, tipo de servicio y requerimientos demantenimiento. Ver tambin las discusiones sobre el llenado del bajante enHidrulica del Platoy la Tabla 1 del Apndice.

Dimetro de la Torre

Junto con los criterios discutidos posteriormente en los puntos Dimensionamientodel Bajante, Espacio libre en el Bajantey Llenado del Bajante, el dimetro dela torre debe proveer suficiente rea de seccin transversal para evitar arrastre de

acuerdo a la siguiente ecuacin.

VaF7 Kd Kp Kp H

VL V

Ec. 1

donde:

En unidadesmtricas

En unidadesinglesas

Va = Velocidad superficial permisible del vapor(Disee para un mximo de 100% de Va)

m/s pie/s

Kd = Factor de correccin de la capacidad de vaporpara el rea del bajante.Ver Ecuacin (1a).

adim adim

Kp = Factor de correccin de la capacidad de vapora la presin de operacin (Fig. 2.)

adim adim

Kp = Factor de velocidad permitida del vaporbasado en las propiedades del sistema(Fig.1.)

adim adim
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H = Espaciamiento entre platos mm pie

rV = Densidad del vapor a condiciones de trabajo kg/m3

lb/pie3

rL = Densidad del lquido a condiciones de trabajo kg/m3 lb/pie3

F7 = Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas

0.0175 1

KdAs Adi Aw

0.92 AsEc. (1a)

donde:

As = Area superficial de la torre m2 pie2

Adi = Area de entrada al bajante. En bajantes

inclinados o escalonados, se debe utilizar elpromedio de las reas de entrada y salida delbajante.

m2 pie2

Aw = Area estimada de desperdicio m2 pie2

Una modificacin en la ecuacin (1) de Vapara permitir calcular Asdirectamentese presenta en el formato de clculo como ecuacin (2b2). Ya que As y Kddependen una de otra, la solucin de la ecuacin que las liga requiere un clculoiterativo.

Como en todo proceso de solucin iterativa de ecuaciones el esfuerzo de clculopuede reducirse significativamente si se seleccionan buenos valores iniciales paralas variables de clculo, se sugieren dos procedimientos para estimar el reasuperficial de la torre, y por consiguiente su dimetro. Primer procedimiento deestimacin: para el primer ensayo, Asdebera ser calculada basados en un valorasumido para Kd = 0.95. Del valor resultante de As, se puede calcular un valorfinal, suficientemente preciso, de Kd. Ntese que en el formato de clculo no sedebe tomar crdito de capacidad para espaciamiento entre platos ms grandesque 900 mm (36 pulgadas). Segundo procedimiento: Decida a que porcentaje dela velocidad de vapor a mxima capacidad de la torre (VL(Lim))se va a trabajar enel equipo (siempre por debajo de 100%). Calcule con ayuda de la ecuacin 2c delformato de clculo el rea libre del plato y para obtener un valor conservador deldimetro calcule el rea superficial del plato suponiendo que el rea libre estimada

es el 88% del rea superficial.El factor de capacidad de vapor Kppara las propiedades del sistema se presentaen la Fig. 1. Esta correlacin se basa en datos operacionales de torres quemanejan hidrocarburos. Debido a que la correlacin es emprica, debera usarsecualquier dato de capacidad disponible para el tipo de torre que se estdiseando.Esto es especialmente vlido para absorbedoras, servicios que no manejanhidrocarburos y sistemas donde la viscosidad del lquido excede los 0.6 mPa.s(cp). Los valores de Kppara viscosidades de hasta 6 cp pueden leerse en la Fig.1,pero deben utilizarse con precaucin.
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El factor de correccin de capacidad de vapor Kppara la presin de operacin ha

sido derivado de varias pruebas en sistemas aireagua. Estos valores songraficados en la Figura 2.

Capacidad Mxima

La ecuacin (2c) del formato de clculos da la carga de vapor limitante para lacapacidad mxima. En caso de excederse esta carga, ocurrirel fenmeno desoplado y el lquido se dispersaren pequeas gotas producindose su arrastre.Debido a esta atomizacin del lquido, aumentar el espaciamiento entre los platosno reducirla cantidad de lquido arrastrado al plato superior. La relacin de lacarga de vapor de diseo VLa la carga de vapor de mxima capacidad VL(Lim)debemantenerse por debajo de 100%. Si es necesario, el dimetro de la torre debe

incrementarse, aun cuando la ecuacin (1) sobre arrastre haya sido satisfecha.Sin embargo, el dimetro calculado mediante esta ecuacin normalmente proveesuficiente rea libre para satisfacer las limitaciones de capacidad mxima.

Nmero de Pasos de Lquido

Debido a su capacidad inherente para manejar altas cargas de lquido, es pococomn que se requieran platos tipo surtidor de pasos mltiples. Esta capacidadresulta de la componente horizontal de velocidad que adquiere el vapor, comoconsecuencia de su paso a travs de las aberturas de las lengetas. La accin delchorro o jetde vapor ayuda a propulsar el lquido a travs del plato, en direccinhacia el bajante. Por lo tanto, cuando en una torre, se requieren platos tipo surtidorde dos pasos usualmente se debe a que hay otros tipos de platos de paso mltipleen las secciones adyacentes de la torre y no a que los platos tipo surtidor de pasosimple pudieran sobrecargarse. Cuando se usan platos tipo surtidor de dos pasosno se deben tener beneficios por una capacidad de manejo de vapor extra.

Dimensionamiento del Bajante

El rea requerida en la entrada del bajante se ajusta por las limitaciones desegregacin o separacin de la espuma para dar un lquido claro a la salida delbajante sin acumularla en el plato. Si el rea es insuficiente, la espuma puedeacumularse en el plato y causar inundacin prematura. Esta separacin es ms

fcil mientras ms difieran las densidades de las fases lquida y vapor, por lo que,a medida que la temperatura del sistema se aproxime a la temperatura crtica, ylas densidades de las fases de vapor y lquido se aproximen una a la otra, lasegregacin del vapor ascomo la prediccin del rea requerida para segregacin,sern cada vez ms difciles de realizar. Esto es ms probable que suceda ensistemas de destilacin a altas presiones, por lo que se recomienda en esos casosser conservadores en la definicin de las reas de bajante.

La experiencia con una amplia variedad de sistemas muestra que para los platostipo surtidor, la velocidad de entrada al bajante debe estar limitada a un mximo


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de 0.09 m/s (0.3 pie/s), basada en las condiciones de lquido libre de vapor. Para

sistemas espumantes a presin alta (2000 kPa man. (300 psig) o mayores), estevalor debera ser reducido a 0.06 m/s (0.2 pie/s). Para un bajante recto, estosvalores se aplican automticamente a la salida. Para un bajante inclinado oescalonado la velocidad de salida puede ser tanto como 0.18 m/s (0.6 pie/s).

Para prevenir el salto de lquido a la entrada del bajante por un movimiento rpidode la espuma, solamente deberan usarse los bajantes tipo segmento circular.Para una buena distribucin de lquido, la longitud de salida del bajante debe seral menos 65% del dimetro de la torre. Esto significa que el rea de salida delbajante (por lo tanto el rea de entrada) debe ser al menos 6.8% del reasuperficial de la torre As. Si el rea de entrada al bajante que se requiere parasatisfacer los criterios de velocidad, excede 12% de As, entonces la salida de un

bajante recto quedara sobredimensionada y se debera considerar un bajanteinclinado o escalonado.

A cargas de lquido altas, las reas de bajante requeridas pueden convertirse enun gran porcentaje del rea de la torre. En ese caso pudiera resultar que no sedisponga de suficiente rea activa para una buena distribucin de las lengetas.Si la sumatoria de las reas requeridas de entrada y de salida del bajante es mayorque el 45% de As, el dimetro de la torre debera incrementarse.

Ver MDP03S03,Tabla 5 para las relaciones geomtricas.

Espacio Libre del Bajante

El espacio libre del bajante es la distancia vertical entre el fondo del borde delbajante y la cubierta del plato. Este espacio libre no debe ser menor de 25 mm (1pulg) y estbasado en una prdida normal de cabezal (prdida de presin) de 13a 38 mm (0.5 a 1.5 pulg) de lquido caliente, de acuerdo a la frmula del vertederosumergido, Ecuacin (4d) del formato de clculo. En aquellos casos donde semanejen flujos altos de lquido que requieran bien el uso de un mayor espacio libredel bajante (mayor de 75 mm (3 pulg)) o de una caja de entrada de receso msprofunda, un borde de bajante perfilado puede ser usado en su lugar (verMDP04CF08).Para estos tipos de bordes de bajantes perfilados, el coeficienteen la Ecuacin (4d) es reducida de 160 a 53 cuando se usa el sistema mtrico yde 0.06 a 0.02 si se usa el sistema ingls.

No debera usarse un borde de bajante perfilado cuando se ha especificado unacaja de entrada de receso. Esto es debido a que la obstruccin presentada por ellado vertical de la caja de entrada de receso o por el vertedero de entrada, podracausar turbulencia y anular el propsito del borde del bajante perfilado que esfacilitar el flujo de salida.

Sellado del Bajante

Para prevenir el desvo de vapor a travs del bajante, ste debe ser sellado porel lquido del plato inferior. Por lo tanto, es necesario verificar la sumatoria de todas
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las alturas de lquido libre de gas hia la entrada del plato y de las prdidas de

cabezal huden el bajante a flujo mnimo de lquido. Dicha sumatoria debe ser porlo menos igual al espacio libre en el bajante, y preferiblemente excederlo en 6 mm(0.25 pulg) de lquido caliente. Si no se obtiene un sellado considrese aadir unvertedero de entrada o el uso de una caja de entrada de receso, en ese orden depreferencia. El reducir el espacio libre en el bajante (por debajo de 25 mm (1 pulg)mnimo) podra ayudar al sellado del bajante, siempre que el llenado del bajanteno sea excesivo a los flujos de diseo.

Una caja de entrada de receso debera ser evitada a flujos de lquido mayores de28 dm3/s por metro de dimetro (8000 gph por pie de dimetro) por paso. A flujosaltos de lquido la inversin en la direccin de flujo en el borde del bajante perfiladocausa un aumento grande de lquido aguas abajo del bajante. Este alto cabezalde entrada provoca a su vez un vaciado a travs de las hileras de las lengetas.Bajo estas condiciones una mejor solucin sera usar el borde de bajante perfiladodiscutido a continuacin.

El uso de un borde de bajante perfilado podra ser considerado si se maneja unamplio rango de flujos de lquido. El uso de un bajante perfilado da una menorprdida de cabezal para un espacio libre, que la prdida dada por un bajanteestndar, tipo afilado. Sin embargo, como se mencion anteriormente, ste nodebera ser usado si una caja de receso o un vertedero de entrada ha sidoespecificada.

Configuracin del Plato y Area de las lengetasDos caractersticas importantes en la configuracin del plato son el rea deburbujeo Ab(Fig. 5.) y el rea libre Af(Fig. 6.), stas dependen de las reas demanejo de lquido (bajantes) y del rea de desperdicio Aw, definida como un reano perforada a ms de 75 mm (3 pulg) de la perforacin ms cercana.Normalmente los platos tipo surtidor no tienen rea de desperdicio, a menos quese requiera un rea muy pequea de lengetas y por lo tanto un gran rea sinperforar).

Se ha demostrado que el rea de burbujeo Aby la velocidad del vapor V a travsde las lengetas influye en la eficiencia del plato. Velocidades altas a travs de las

lengetas y una baja relacin del rea de las lengetas a rea de burbujeo permitemejorar la eficiencia del plato. Este ptimo puede ser alcanzado mejor si el platoes diseado para una cada de presin en el plato seco hedentre 75 y 150 mm (3y 6 pulg) de lquido caliente, si la hidrulica lo permite. Sin embargo, el rea de laslengetas no debera ser menor de 5% del rea de burbujeo Ab.

Los vertederos de salida normalmente no son especificados para platos tiposurtidor. Observaciones visuales en un simulador de aire/agua indican que unvertedero de salida casi no afecta la hidrulica del plato tipo surtidor. El lquido selevanta de la bandeja del plato y salta sobre el vertedero de salida debido al vapor


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que entra horizontalmente. Entonces el vertedero de salida hace muy poco para

mantener el lquido sobre el plato para efectos de retencin o de sellado delbajante. Sin embargo, se ha incluido un trmino en la Ecuacin (4a) del formatode clculo, para obtener un valor conservador en los clculos de llenado delbajante, para el caso en que se use un vertedero de salida.

Configuracin de las lengetas (Ver Figura 8.)

La configuracin o arreglo detallado de las lengetas normalmente lo define elfabricante,.quien tambin determinarel nmero y localizacin de los elementosde soporte estructural ( cerchas mayores y menores) durante el diseo mecnicodetallado del plato. Sin embargo, el fabricante debe ser informado acerca deltamao y nmero de las lengetas requeridas y debe suministrrsele un esquema

indicando que porcin del plato estarperforada. Tambin el diseador debehacer una verificacin aproximada para asegurarse de que el nmero delengetas especificado cabe en el rea del plato destinada para la perforacin.

Las lengetas debern configurarse sobre un arreglo triangular en hilerasnormales al flujo de lquido. Por lo menos se deben usar cuatro hileras delengetas. Normalmente se usan lengetas de 50 mm (2 pulg) , aunque pudieranser consideradas lengetas de 25 mm (1 pulg) (5.8 cm2(00062 pie2) por lengeta)si resultan menos de seis hileras de 50 mm (2 pulg).

La lnea de centros de la primera hilera de lengetas debe estar lo ms cercaposible de la entrada de lquido, pero no a menos de 50 mm (2 pulg) de la orilla

de (a) del bajante del plato superior, (b) la caja de entrada de receso, (c) un bordede bajante perfilado. La lnea de centros de las hileras de lengetaspreferiblemente deberan estar igualmente espaciadas y separadas al menos 64mm (2 1/2 pulg). El espaciamiento puede ser variado para llenar el rea disponiblepara las lengetas tanto como sea posible. Los centros de las lengetas encualquier hilera (por ejemplo, para un flujo normal de lquido) deberan estarseparados de 64 a 100 mm (2 1/2 a 4 pulg). Para minimizar el rompimiento durantela fabricacin del plato, las lengetas y las hileras de lengetas no deben serperforadas a menos de 70 mm (2 3/4 pulg) entre centros para acero al carbono,o a menos de 64 mm (2 1/2 pulg) entre centros para aleaciones de acero.

Se deja un rea libre de lengetas alrededor de la orilla del plato para podersoportar y sujetar el anillo. El ancho de este espaciamiento normalmente es de 50a 75 mm (2 a 3 pulg). Placas deflectoras de 100 mm (4 pulg) de alto y 100 mm (4pulg) de ancho sern provistas, tal como se muestra en la Figura 8., paraprevenir que el lquido se desve por las lengetas alrededor de la periferia delplato.

Algunas veces es necesario obturar lengetas para mantener una alta eficienciaen las secciones de la torre donde la carga de vapor cambia sustancialmente.Preferiblemente se deben obturar las hileras de lengetas aguas abajo de las


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cerchas menores de soporte aunque estas hileras tienden a vaciar el l quido

primero. No obturar ms de dos hileras adyacentes en esta seccin. Si se requiereuna obturacin adicional se debe usar una nueva distribucin del plato. Laobturacin de hileras diagonales e individuales de lengetas puede ser usadatambin cuando la distancia horizontal entre la entrada y salida del bajante es de1500 mm (5 pie) o mayor, el rea de lengetas debera distribuirse para proveer10% ms de la densidad de lengetas en la mitad de la entrada del plato.

Arrastre, Goteo y Vaciado

No debe ocurrir arrastre o soplado si el flujo de lquido se mantiene por encima delos 10 dm3/s por metro (3000 gph/pie) de dimetro por paso, y la cada de presinen el plato seco se mantiene por debajo de 150 mm (6 pulg) de lquido caliente.

Para minimizar el goteo y el vaciado, la cada de presin en el plato seco a flujosmnimos de vapor debe ser igual o mayor de 25 mm (1 pulg) de l quido caliente.

Hidrulica del Plato

Generalmente, la cada de presin ptima estaren el rango de 75 a 150 mm (3a 6 pulg) de lquido caliente. El efecto sobre la hidrulica del plato y llenado delbajante, de un aumento de la cada de presin en el plato seco (disminuyendo elrea de las lengetas) puede ser calculada a partir del paso 3b del formato declculo.

El llenado del bajante como un porcentaje del espaciamiento entre platos, no

debera exceder los valores dados en la Figura 4. como una funcin de la presin.De otra manera, el espaciamiento entre platos y/o el dimetro de la torre deberaser incrementado.

Si se usan platos de dos pasos, se deben proveer placas deflectoras para evitarmezclado en todos los bajantes interiores evitando que el lquido salte a travs delbajante, con la consecuente inundacin prematura (ver Figura 7. yMDP04CF08).

Eficiencia Global

Para una buena eficiencia, la funcin de energa de mezclado lquidovapor

FeVo V

AoAb

debera ser igual o cercana a 70, en cuyo caso la eficiencia

resultarser unos 20 puntos porcentuales inferior a la de un plato perforado o decasquete de burbujeo en el mismo servicio. En la Figura 3. del apndice, semuestra la eficiencia de los platos tipo surtidor como una funcin de Fey de lafluidez (inverso de la viscosidad) del lquido en el plato. Sin embargo, siempre que
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sea posible, la experiencia debera ser usada como una gua para determinar la

eficiencia de los platos tipo surtidor.Transferencia de Calor

La Subseccin MDP04CF13 define el procedimiento para determinar elnmero de platos de tipo surtidor requerido para un servicio dado de transferenciade calor.

Consideraciones para el Arranque

A velocidades muy bajas de vapor (durante el arranque), los platos tipo surtidorpueden vaciarse causando que el nivel del lquido no se mantenga en el plato. Sinembargo cuando las torres de platos tipo surtidor usan un rehervidor de

termosifn, se debe tomar una precaucin especial para asegurar que elrehervidor tenga una alimentacin lquida durante el arranque. Esto se puedelograr:

Proporcionando un plato de chimenea como plato de retiro (verMDP04CF08).

Instalando una lnea de derivacin (salto) desde la lnea de retiro en el fondo dela torre hasta la entrada al rehervidor. Esta lnea debe tener una vlvula de talforma que permanezca cerrada cuando el rehervidor estgenerando suficientevapor para mantener el lquido en el plato de retiro.

Para el diseo de platos de retiro e internos de torres, ver MDP04CF08.

7 PROCEDIMIENTO DETALLADO DE DISEOEl procedimiento paso a paso para el diseo de un plato de tipo surtidor se muestraen el apndice Formato de Clculo. Bsicamente, el procedimiento se basa enproponer un diseo tentativo con la ayuda de los principios arriba mencionados,evaluarlo contra las diferentes limitaciones operacionales potenciales y luegomodificarlo como se requiera para llegar a un diseo ptimo del plato. La decisinde cmo modificar el diseo tentativo requerir juicio y aplicacin de lasconsideraciones bsicas de diseo discutidas anteriormente. Los nmerosreferidos a continuacin son descritos en el formato de clculo para los diferentes

pasos y ecuacionesCargas de Vapor y Lquido (Paso 1).Esta informacin es normalmente calculada como parte del balance de materia yenerga de la torre. Si las cargas de vapor y l quido mnimas no han sidoespecificadas se asume 70% de las cargas de diseo.

Espaciamiento, Tamao y Configuracin Preliminar de los Platos (Paso 2)

Areas del BajanteLa velocidad del lquido libre de vapor entrando al bajantedebera estar limitada a un mximo de 0.09 m/s (0.3 pie/s). Para sistemasespumantes o de alta presin (mayor de 2000 kPa man. (300 psig)) usar 0.06 m/s
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(0.2 pie/s). Esta determinacin de las reas del bajante serusada para iniciar las

iteraciones. Sin embargo, otras consideraciones sobre el dimetro de la torrepueden requerir que las reas del bajante sean incrementadas.

Espaciamiento entre PlatosUn bajo espaciamiento entre platos (entre 450 y 600mm (18 y 24 pulgadas)) a menudo es ms econmico. Para el primer ensayo sepuede utilizar un espaciamiento de 450 mm (18 pulgadas) o un valor tomado dela tabla que se muestra abajo (el que sea ms grande). Los valores dados acontinuacin son los mnimos, determinados por consideraciones demantenimiento y espesor de la viga de soporte. En casos especiales, se puedenutilizar espaciamientos menores (pero no por debajo de 300 mm (12 pulgadas));sin embargo, ello dificulta el mantenimiento y requiere el uso de un pasahombre

de ms en el plato por paso.ESPACIAMIENTO MINIMO ENTRE PLATOS, mm 1, 3

Dimetro de la Torre Servicio Limpio Servicio Sucio

mm pie

w1500,v2300 51/2 a 71/2 450 525>2300, 3100 8 a 10 450 600>3100, 5000 101/2 a 161/2 525 675>60002 17 y ms 600 750

1. El mnimo espaciamiento entre platos con pasahombre (manhead) presente es 600 mm (24pulgadas).

2. Para torres de dimetro mayor de 600 mm (24 pulgadas) se deben utilizar armaduras del tipo rejillapara facilitar el mantenimiento y una buena distribucin de vapor (Ver Subseccin MDP04CF08donde se muestra un dibujo de una armadura enrejada)

3. Para convertir de mm a pulgadas divida entre 25.4

Tamao Preliminar del Plato.El dimetro preliminar se calcula a partir del reasuperficial As, la cual se determina con la Ecuacin (2b2) (Tambin se puedeutilizar el segundo procedimiento sugerido en la pgina 8 de esta Subseccin). Eneste punto, Adiy Ado(paso 2a) deberan ser chequeados para asegurarse que Ado0.068 A

s. Si A

di es mayor que 0.12 A

s considerar un bajante en pendiente o

escalonado. Si la suma de Adiy Adosobrepasa 45% de As, el dimetro de la torredebera ser incrementado. Si es necesario, aumente el dimetro de la torre ycorrija Kd, Asy Dt, entonces el Dtdebera ser igual o mayor de 1500 mm (5 pie)para torres nuevas.

Nmero de Pasos de LquidoLos platos tipo surtidor normalmente sern de pasosencillo, aunque los platos adyacentes en la torre sean de paso mltiple. Sinembargo, el formato de clculo ha sido determinado para manejar platos de pasomltiple, donde sea adecuado.
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Capacidad MximaLa carga de vapor correspondiente a la capacidad mxima

es calculada a partir de la Ecuacin (2c). La relacin de capacidad de diseo acapacidad mxima de flujo de vapor debe mantenerse por debajo de 100%.

Espaciamiento, Tamao y Configuracin Final de los Platos (Paso 3)

Areas de la TorreUsar el ltimo valor de Dtcalculado en el paso 2(b) 2(c) parael dimetro final de la torre.

Detallado de las LengetasPara el primer ensayo, la cada de presin en el platoseco hedse calcula a partir del valor de velocidad del vapor Vo, basado en el reamnima de las lengetas Aocalculada en el paso (3a). Si este valor de hedesaceptable (en el rango de 75 a 150 mm (3 a 6 pulg) de lquido caliente), proceder

directamente con el clculo de N, el nmero de lengetas. Sin embargo, si hedexcede el lmite recomendado de 150 mm (6 pulg), o si otras consideraciones (porejemplo, limitaciones de Apa travs del plato) requieren un valor ms pequeo dehed, sernecesario recalcular Vo(Ecuacin 2b2) y Aoantes de calcular N.

Bajantes y VertederosLa longitud de la placa del bajante en el fondo del bajantedebera verificarse para estar seguro de que sea por lo menos 65% del dimetrofinal de la torre. Considerar un bajante en pendiente o escalonado si Adi0.12 As.Adems, para platos de dos pasos, el ancho del bajante interior debe ser al menosde 200 mm (8 pulg).

Ver MDP03S03,Tabla 5 para las relaciones geomtricas.

Energa de Mezclado Si la energa de mezclado da una eficiencia bajaindeseable, se debera incrementar hed(dentro de las limitaciones anteriormentediscutidas) y recalcular las porciones adecuadas del paso 3(b). Sin embargopuede ser que una vez llegados a este punto no se pueda aumentar hed, y se debaaceptar una penalizacin moderada de la eficiencia (Ver Figura 3.).

Hidrulica del Plato (Paso 4)

La sumatoria de la altura de lquido claro hia la entrada del plato, ms la prdidade cabezal en el bajante hud, debe ser verificada a flujos mnimos de lquido, para

asegurarse que iguala o excede el espacio libre en el bajante, sellando de estamanera el bajante. Si no se obtiene el sellado, considerar el uso de un vertederode entrada, una caja de entrada de receso, un pequeo espacio libre en el bajante,o un borde de bajante perfilado. Ver MDP03S03,Tabla 5 para las relacionesgeomtricas.

Si el criterio de llenado del bajante como un porcentaje del espaciamiento entreplatos es excedido, probablemente sernecesario incrementar el espaciamientoentre platos, en vez de hacer otros ajustes para reducir la ca da de presin en elplato.
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Eficiencia Global (Paso 5)

La eficiencia global (Figura 3.) y el nmero de platos tericos requerido sedetermina por el mnimo nmero de platos reales. Sin embargo, se deberarecordar que esta correlacin debera ser usada solamente para sistemas dedestilacin de hidrocarburos. Para absorbedoras, sistemas acuosos y otrosservicios de no hidrocarburos, la eficiencia global debera estar basada en datosoperacionales

Para decidir el nmero de platos reales a especificar en el diseo sernecesariotomar en consideracin el factor de seguridad y flexibilidad.


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8 NOMENCLATURA

Ab = Area de burbujeo, m2(pie2) (verFigura 5.)

Adi = Area de entrada al bajante, m2(pie2) (Figura 5.)

Ado = Area de salida del bajante, m2(pie2) (Figura 5.)

Af = Area libre en la torre, m2(pie2) (igual a AsAdiAwpor encima del plato); para

platos de paso mltiple usar el valor ms pequeo de Af(ver Figuras 5.y 6.)Ao = Area de las lengetas, m2(pie2)As = Area superficial de la torre (total), m

2(pie2)

Aw = Area de desperdicio, m2(pie2)

c = Espacio libre entre al plato y el bajante de entrada al plato, mm

D = Dimetro, mm (pie)

Dt = Dimetro preliminar, mm (pie)Eo = Eficiencia global porcentaje, %

Funcin de energa de mezclado =Vo v

Ao/Ab=

VL L_ v

Ao(Ao/Ab)

Fi =

G = Flujo msico del vapor, kg/s (lb/s)H = Espaciamiento entre platos, mm (pie)

hc = Altura del lquido libre de vapor en el plato, mm (pulg) de lquido calientehd = Llenado del bajante, mm (pulg) de lquido calientehed = Cada de presin efectiva en plato seco, mm (pulg) de lquido caliente

hi = Cabezal de entrada al plato, mm (pulg) de lquido calienteht = Cada de presin total en el plato, mm (pulg) de lquido calientehud = Prdida de cabezal en el bajante, mm (pulg) de lquido calientehwi = Altura del vertedero de entrada, mm (pulg)

hwo = Altura del vertedero de salida, mm (pulg) (Figura 6.)

hwt = Cada de la presin en las lengetas hmedas, mm (pulg) de lquido calienteKd = Factor de correccin de capacidad del vapor para el rea del bajante,

adimensional

Kp = Factor de correccin de capacidad del vapor a la presin de operacin (verFigura 2.)

Kp = Factor de correccin de capacidad del vapor basado en las propiedades del

sistema, adimensional (ver Figura 1.)L = Flujo msico de lquido, kg/s (lb/s)LL = Flujo de lquido, (pie3/s) a las condiciones de operacinlfp = Longitud de la trayectoria del flujo, distancia entre la entrada y salida del

bajante, mm

li = Longitud del vertedero de entrada, mm (pulg) (ver Figura 5.)

lo = Longitud del vertedero de salida , mm (pulg) (ver Figura 5.)

lud = Longitud de la parte inferior del bajante, mm (pulg) (ver Figura 5.)

m = (Ao/Ab)2, adimensional


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N = Nmero de lengetas (tabs)

Np = Nmero de pasos de lquidoP = Presin, kPa manomtrica, (psig)QL = Flujo de lquido dm3/s (pie3/s) a condiciones de operacinQL(min)

= Flujo mnimo de lquido dm3/s (pie3/s) a condiciones de operacin

QLD = Flujo de lquido, dm3/s por metro de dimetro (gph/pie) de dimetroVa = Velocidad permitida del vapor basada en el rea superficial de la torre, m/s

(pie/s)

VL(Lim)

= Carga mxima de vapor, dependiente de las propiedades del sistema, dm3/s(pie3/s)

VL(Min)

= Carga de vapor a flujo mnimo de vapor (para flexibilidad)dm3/s (pie3/s) a condiciones de operacinVo = Velocidad del vapor a travs de las lengetas, m/s (pie/s)Vs = Velocidad del vapor basado en el rea superficial de la torre, m/s (pie/s)mL = Viscosidad del lquido a condiciones de operacin, mPa. s (cp)rL = Densidad del lquido a condiciones de operacin, kg/m3(lb/pie3)rv = Densidad del vapor a condiciones de operacin, kg/m3(lb/pie3)gL = Tensin superficial del lquido a condiciones de operacin mN/m

FACTOR FI

En unidadesmtricas

En unidadesinglesas

F2= Fig. 7. 25.4 1.0

F7= Ec. 1 0.0175 1.0


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1.1.APENDICE

TABLA 1. PRINCIPIOS DE DISEO DE LOS PLATOS TIPO SURTIDOR

Caractersticas deDiseo

ValoresSugeridos

RangoPermitido

Comentarios

1.Espaciamiento entrePlatos, mm (pie)

450 a 600mm(1.5 a 2.0pie)

450 a 900 mm(1.5 a 3.0 pie)

Es generalmente econmico usar valoresmnimos, limitados por llenado del bajante oconsideraciones del mantenimiento. El uso deespaciamientos variables para compensarcambios de carga de una seccin a otra debenser considerados, para minimizar la altura de la

torre.2.Dimetro de la Torre, mm

(pie)1500 mm(5 y ms pie)

Los platos tipo surtidor no deben ser usado se entorres nuevas con dimetros menores de 1500mm (5 pie).

a. Flujo de Lquido L, dm3/s m(gal/h/pie)

10 min(3000 min)

Si L es menor de 10 dm3/s por metro (3000gph/pie) de dimetro por paso, los platos tiposurtidor no deberan ser usados, debido a latendencia de ocurrir arrastre.

b. Velocidad Superficial delVapor Vs, m/s (pie/s)

Ver comentarios Determinado por el arrastre. Ver Ecuacin (2b1) y(2b2). Diseado para 100% o menos de lavelocidad permisible del vapor.

c. Capacidad Mxima Ver comentarios La carga de vapor de diseo VLno debe excederla carga de vapor lmite VL(Lim). Ver ecuacin (2c)

3.Nmero de Pasos deLquido

12 La capacidad de manejo de lquido de los platostipo surtidor no es afectada significativamente porel nmero de pasos. Usar platos de paso sencillo,aunque los platos adyacentes en la torre sean depaso mltiple.

4.Tamao y Configuracin delas Lengetas

La configuracin, generalmente es realizada porel fabricante del plato

a. Tamao de las Lengetas,mm (pulg)

50 mm(2 pulg)

25 a 50 mm(1 a 2 pulg)

Normalmente, las lengetas usadas son de 50mm (2 pulg). Si se requieren menos de 6 hilerasde lengetas de 50 mm (2 pulg) se deben usarlengetas de 25 mm (1 pulg) para tener una mejordistribucin de rea de las lengeta.

b. Area de Lengetas Ao

como un porcentaje de Ab

1225 5 a 40 En general, la menor rea de lengetas, la mayor

eficiencia y la menor capacidad. Un plato con20% de rea de lengeta da buena eficiencia yflexibilidad sin un beneficio de capacidad para unamplio rango de diseo de flujos de lquido paraevitar arrastre a muy altos flujos de lquido paraprevenir un llenado excesivo del bajante. Areasde lengetas menores de 5% no sonrecomendadas debido a que puede ocurrirarrastre.

c. Arreglo de las Lengetas Triangular Triangular Las hileras deben ser normales al flujo de lquidoen un arreglo triangular para prevenir canalizacinde lquido.


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d. Espaciamiento, mm (pulg) 75 mm(3 pulg)

64 a 100 mm(2 1/2 a 4 pulg)

Proveer al menos 4 a 6 hileras de lengetas,espaciadas para ocupar el rea de burbujeodisponible tanto como sea posible. Para prevenirla canalizacin, las lengeta e hileras de lengetadeben ser espaciadas no tan cerca de 65 mm (21/2 pulg) de centro a centro en aleaciones o 70mm (2 3/4 pulg) en acero al carbn.

e. Configuracin Ver Comentarios Mantener la lnea central de la primera hilera delas lengetas cercanas, pero no tan cerca de 50mm (2 pulg) de la entrada al bajante. Dejar 50 a75 mm (2 a 3 pulg) de ancho del rea prxima a lapared libre para soportes y anclajes de los anillos.Colocar deflectores verticales de 100 mm por 100mm (4 por 4 pulg) en esta zona para prevenir eldesvo de lquido. Ver Figura 8.

f. Area de Burbujeo Ab, como

un porcentaje de As

55 a 90 El rea de burbujeo debera ser maximizada paratener un buen contacto. La relacin de Ab/Asmenor de 55% no debera ser usada. Ver Figura5.

g. Eficiencia Global VerComentarios

Ver Comentarios La eficiencia global en los platos tipo surtidor seraproximadamente 20% menor que en los platosperforados o casquetes de burbujeo, en funcionesde energa de mezclado (Fc) por encima de 85previendo de que no haya limitacin de arrastre,inundacin o vaciado. Para una eficiencia devalores menores de energa de mezclado verFigura 3.

h. Obturacin Generalmente la obturacin no es requerida a noser que la torre sea dimensionada para un

servicio futuro de flujos mucho mayores. Paramantener una buena eficiencia ade obturacindebe ser uniforme en el rea de burbujeo y noalrededor de la periferia. Preferiblemente, laobturacin de las hileras de lengetas debe seraguas abajo o del menor enrejado, debido a questas lengetas son las ms susceptibles alvaciado.

5.Bajante y Vertederos

a. Velocidad Permitida del Ba-jante, m/s (pie/s) de lquidoclaro

0.09 m/s(0.3 pie/s)

Ver Comentarios La velocidad de entrada al bajante no debeexcederse de 0.09 m/s (0.3 pie/s) para sistemasno espumosos y de 0.06 m/s (0.2 pie/s) parasistemas espumosos y de alta presin. Lavelocidad de salida del bajante no debe

excederse de 0.18 m/s (0.6 pie/s). A medida quela densidad del vapor se aproxima a la densidaddel lquido haciendo la separacin del vapor msdificultosa, se debe usar una mayor rea delbajante (menor velocidad de entrada al bajante).Esto es ms crtico en torres que operan por encima de aproximadamente 700 kPa man. (100psig). Si la suma de Adi+ Adoexcede el 45% deAs, se debe incrementar el dimetro de la torre.


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b. Tipo de Bajante Cordal Ver Comentarios La longitud de la cuerda del bajante debe ser almenos 65% del dimetro de la torre para unabuena distribucin. Se pueden usar bajantesinclinados a flujos altos de lquido, con unavelocidad mxima de entrada de 0.18 m/s (0.6pie/s). Considerar bajantes inclinados si Adi> 0.12As.

c. Anchura del Bajante Interior(entrada y salida) y PlacasDeflectoras Antimezcla

200 mm min.(8 pulg min.)

d. Espacio Libre en el Bajantec, mm (pulg)

38 mm(1.5 pulg)

25 mm(1 pulg y ms)

e. Vertedero de Salida Ver Comentarios Los platos tipo surtidor normalmente no usanvertederos de entrada. Ver discusin enConsideraciones Bsicas de Diseo.

f. Sellado de Bajante VerComentarios

Vertedero deentrada o cajade entrada dereces.

Si la sumatoria de la altura clara de lquido en elplato (hi) y la prdida de cabezal en el bajante(ambas a cargas mnimas en la torre) no excedenel espacio libre en el bajante, reducirlo al mnimode 25 mm (1 pulg) (permitiendo el llenado delbajante) y aadir un vertedero de entrada o unacaja de entrada de receso, en ese orden depreferencia. No usar caja de entrada de receso siL > 28 dm3/s por metro por paso (8000gal/h/pie/paso).

g. Llenado del Bajante, % delEspaciamiento entre Platos

VerComentarios

Ver Comentarios Ver la Figura 4. para un porcentaje mximo dellenado del bajante como una funcin de lapresin del sistema.


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Fig 1. FACTOR DE CAPACIDAD DEL SISTEMA, K, PLATOS / TIPO SURTIDOR EN

SERVICIO DE HIDROCARBURO


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Fig 2. FACTOR DE CORRECCION DE CAPACIDAD DEL VAPOR, KPPARA PLATOS

TIPO SURTIDOR EN SERVICIO DE HIDROCARBURO


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Fig 3. EFICIENCIA GLOBAL PARA PLATOS TIPO SURTIDOR EN SERVICIO DE

HIDROCARBURO


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Fig 4. LLENADO PERMITIDO DEL BAJANTE EN PLATOS TIPO SURTIDOR

(PARA TODOS LOS SISTEMAS)


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Fig 5. NOMENCLATURA DE PLATOS

* Para el significado de los smbolos, ver Nomenclatura. Los trminos son asteriscosse refieren al bajante interno; aquellos sin asteriscos se refieren al bajante externo.


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Fig 6. DEFINICIONES DE AREA LIBRE

PARA PLATOS DE DOS PASOS, USAR EL VALOR Af OBTENIDO DEL PLATO INTERIOR O EXTERIOR,CUALQUIERA SEA MENOR


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Fig 7. BALANCE DE PRESION PARA PLATOS TIPO SURTIDOR DE DOS PASOS

BALANCE DE PRESION EN LLENADO DEL BALANTE INTERNO:

BALANCE DE PRESION EN LLENADO DEL BALANTE EXTERNO:


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Fig 8. DETALLES DEL PLATO TIPO SURTIDOR


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HOJA DE CALCULO PARA PLATOS TIPO SURTIDOR (Parte 1 de 7)

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* Para platos de dos pasos

** Si se usa un vertedero de salida. Los vertederos de salida, normalmenteno son especificados para platos tipo surtidor


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Plato Tipo Surtidor

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