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DISEÑO DE COLUMNAS DE PISOS

Calculados previamente Vn, Ln, Vm, Lm, M, N

Faltan por calcular D, H

Eficacias de pisos: ( M+N)real

Capacidad de los pisos: D, espaciado entre pisos, H

CAPACIDAD DE LOS PISOS

ea

v

g

h

h

h

++

cesh ph

nP

g

PPh

L

nng ρ

−= −1

cesh

esh

1−nP

gLρ


gh +nP

Corriente gaseosa

ea

v

h

h +

cesh ph

esh

1−nP

lcg hhh +=


Corriente gaseosa: hc

2

0

=

ρ

ρ

A

QKh G

L

Vc

0,9

Espesor piso Diámetro perforación 1,2

0,8

1,0

Coe

ficie

nte

de d

esca

rga,

C

v

2

051,0

vCK =

Pisos perforados

0,05 0,10 0,15 0,200,6

0,7

0,8

<=0,1

0,2

0,6

0,8

Coe

ficie

nte

de d

esca

rga,

Área de perforaciones Área activa



2

=

ρ

ρ

c

G

L

Vc A

QKh

Tipo de válvula Kc Ka

Estándar

2

097,0

sc

c

A

A 5,05,0

42,040,0

eea

2 A 24,020,0

Pisos de válvulas

Orificio Venturi 097,0

sc

c

A

A 5,05,0

24,020,0

eea

e: espesor del piso, mm Ac: Área total de las perforaciones del piso, m2 Asc: Área total vertical de paso del vapor a través de las válvulas menos el área obstruida

por los pies de las válvulas, m2



Pisos de campanas de burbujeo

rcsc hhh +=0,20rcsc hhh +=

2

V Gcs

L ch

Qh K

A

ρ

ρ

=

hcs campanas de burbujeo secas

( )

−+=34797,0

exp45895,10976,0 chan AAK

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,50,10

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,20

K (

s2 .m-1)

Área anular / Área chimenea



Pisos de campanas de burbujeo

rcsc hhh += 60

80

100

Fr = 1,0 0,5

Fr = 0,0

).10

0 (%

)

rcsc hhh +=

hr ranuras de campana

2

−=

ρρ

ρ

r

G

VL

Vrr A

QCh

0 20 40 60 80 1000

20

40(hr/H

r).10

0

(QG/Q

G,max).100 (%)

Ranura Fr Cr

Triangular 0,00 1,204

Trapezoidal 0,50 1,404

Rectangular 1,00 1,504


Corriente gaseosa: hl l esph hβ=

( ) ( )

0,28

max max

1 0,03 0,9s s

s s

F F

F Fβ

= − < <

Pisos de campanas de burbujeo y pisos perforados: E c. Stichlmair

( ) ( )max maxs sF F

Vss UF ρ= ( ) ( )[ ] 25,02max 5,2 gF VLs ρρσ −φ=

25,04,0

Fr6,12 −φ

−=

ρρ

ρη

VL

V

l

s

hg

U 2

Fr = 1 βη

β

−=

Pisos perforados: Ec. Colwell



Pisos perforados: Ec. Bennett

+=

αα

32

Lesel W

QChh

+=α e

esel WChh

−−=

ρρ

ρα

91,05,0

55,12expVL

Vse U

)8,137(exp438,050,0 eshC −+=



Pisos de válvulas: Ec. Dhulesia

31

5,067,042,0

=ρ LLQ

hhVálvulas V1 de Glitsch

67,042,0

=

ρ

ρ

V

L

s

Lesl UW

Qhh Sistema aire – agua

0,025 m < hes< 0,075 m


Corriente líquida

Vertedero: hv

2

151,0

= LQh 151,0

=v

Lv A

h


Corriente líquida

Esclusa de acceso: hea

2

165,0

= LQh 165,0

=ea

Lea A

h


Corriente líquida

Pisos perforados: hp

2esp

Lp U

R

Z

g

fh = espesp

h Dh

DhR

++

==2mojadoperímetro

pasodesección

hRgespesp

h Dh +2mojadoperímetro

lesp

hh

β=L L

espl esp esp esp

Q QU

h D h Dβ= =

L

Lesphesp

UR

µ

ρ=Re 06,14 Re107 −×= espeshf


Corriente líquida

Pisos campanas de burbujeo: hp

'pp hKh =

1E-3 0,010,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,004

0,005

0,006

hes+h

ces+(h

p/2) (m) 0,1520,1270,1020,0760,051

h p (m

)

QL / W (m2/s)

0,1270,1020,0760,051hes+h

ces+(h

p/2) (m)

Espaciado desde el faldón de la campana al piso = 0,0254 m


1,4

1E-3 0,010,000

0,001

0,002

0,003

0,004

1E-3 0,010,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,152

0,1270,102es ces p

h p (m

)

QL / W (m2/s)

0,152

0,1270,1020,0760,051hes+h

ces+(h

p/2) (m)


QL / W (m2/s)

h p (m

)

0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,0140,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,342

1,220

0,976

0,610

1,464

F = 1,708 (kg0,5.s-1.m-0,5)

K

QL / W (m2

.s-1)


Corriente líquida

Esclusa de salida: hes+hces

1,20

1,25

W/D = 0,5

32

664,0

=W

QFh L

esces

1E-3 0,01 0,1

1,00

1,05

1,10

1,15

0,70,8

1,0

0,9

0,6

W/D = 0,5

F es

QL/W 2,5 (m0,5.s-1)


Corriente líquida

Esclusa circular de salida: hes+hces

esces Dh 2,0<3

2

249,0

= Lces

Qhesces Dh 2,0< 249,0

=es

ces Dh

esceses DhD 5,12,0 <<0,704

20,345 L

ceses

Qh

D

=


Corriente líquida

Esclusa de salida con hendiduras triangulares: hes+hces

4,0

167,1

=

hQh henLHendidura no completamente cubiertas 167,1

=W

hQh henL

ces

[ ]5,25,2 )(736,0 hencesceshen

L hhhh

WQ −−=

Hendidura no completamente cubiertas

Hendidura completamente cubiertas


Anegamiento

0,5

,anegL V

S SBV

U C−ρ ρ

ρ

=

0,91

Espaciado entre pisos (m)

VLL MP

ρ=

0,50,2

, 0,02L V

n aneg SBV

U C−ρ ρσ

ρ

=

0,01 0,1 10,01

0,1

0,230,15

0,30

0,46

0,61

0,91

CSB

(m

/s)

PF (-)

VLF

V L

PV M

=ρ


Anegamiento0,50,2

, 0,02L V

n aneg SBV

U C−ρ ρσ

ρ

=

[ ] [ ] [ ]3)

2 log()log()log(log FFFSB PDPCPBAC +++=

HT (m) A B C D

0,91 -1,36065 -0,84583 -0,46309 -0,08774

0,61 -1,44379 -0,77410 -0,40118 -0,07101

0,46 -1,52659 -0,70595 -0,36783 -0,06689

0,31 -1,61667 -0,69297 -0,37387 -0,07116

0,23 -1,65935 -0,64181 -0,36586 -0,07289

0,15 -1,69222 0,62837 -0,39041 -0,07845


Anegamiento0,50,2

, 0,02L V

n aneg SBV

U C−ρ ρσ

ρ

=

0,1

Espaciado para sedimentación (m)

0,46

0,36

0,41

0,510,560,610,76

0,1 10,01

0,05

0,10

0,15

0,31

0,25

0,20

CSB

(m

/s)

PF (-)


Anegamiento0,50,2

, 0,02L V

n aneg SBV

U C−ρ ρσ

ρ

=

[ ] [ ] [ ]3)

2 log()log()log(log FFFSB PDPCPBAC +++=

HT - (hes+hces) (m)

A B C D

0,76 -1,24037 -0,66509 -0,28368 -0,02058

0,61 -1,30187 -0,61411 -0,22161 -0,00172

0,56 -1,33734 -0,58223 -0,15594 0,02527

0,51 -1,36468 -0,53186 -0,09946 0,04441

0,46 -1,39606 -0,53475 -0,10926 0,04059

0,41 -1,47558 -0,52906 -0,09501 0,04550

0,36 -1,52912 -0,46331 -0,03651 0,05981

0,31 -1,59921 -0,46744 -0,04743 0,05620

0,25 -1,67180 -0,44380 -0,04178 0,05063

0,20 -1,72792 -0,41689 -0,02520 0,05396

0,15 -1,79806 -0,38497 -0,00150 0,05916

0,10 -1,86121 -0,42973 -0,06547 0,03763

0,05 -1,91247 0,35217 0,02034 0,06613


Anegamiento

Pisos de válvulas

0,15

0,20

1,20

Espaciado entre pisos, HT (m)

(m/s

)

W

QFFCC L

b −= sistaneg0

0,5

V Vb

b L V

QC

A

ρ

ρ ρ

= −

0,1 1 10 1000,00

0,05

0,10

0,30

0,46

0,61

0,91

C0

(m/s

)

ρV (kg/m3)

W


Anegamiento

Pisos de válvulas

W

QFFCC L

b −= sistaneg0

Fsist

No espumantesSistemas regulares 1,00

Ligeramente espumantesDespropanizadoresSistemas con fluor: freones, BF3Desabsorbedores de H2SDesabsorbedores de carbonato fundido

0,90,90,90,9

Moderadamente espumantesW Moderadamente espumantesDesetanizadoresAbsorbedores de hidrocarburosDesabsorbedores de aminasDesabosrbedores de glicolesSistemas con sulfolanoColumnas de crudo de petróleoAbsorbedores de carbonato fundidoRefino de furfural

0,850,850,850,850,850,850,850,80

Fuertemente espumantesAbsorbedores de aminasAbsorbedores de glicolesSistemas con metiletilcetona

0,750,650,60

Espuma estableAbsorbedores de síntesis de alcoholRegeneradores cáusticos

0,350,30


Distancia entre pisos

cesespeavgT hhhhhhh +++++=

4,0a6,0T

Th

H =


Diámetro de la columna

( ) m/s17,01max, ==

v

Lv A

QU

( ) ( ) m/s007,0 0,5max, VL

Lv

QU ρ−ρ==( ) ( ) m/s007,0

2max, VLv

Lv A

U ρ−ρ==

( ) ( )[ ] m/s008,0 0,5

3max, VLTv

Lv H

A

QU ρ−ρ==

[ ] sist3max,2max,1max,max, )(o)(,)(demenorel FUUUU vvvv =



Velocidad del líquido claro en vertedero, m/s

Capacidadespumante

Ejemplos HT = 0,46 m

HT = 0,61 m

HT = 0,91 m

Ligera Destilaciónde hidrocarburos 0,12-0,15 0,15-0,18 0,18-0,21Ligera Destilaciónde hidrocarburosligeros a baja presión (< 0,7MPa), estabilizadores

0,12-0,15 0,15-0,18 0,18-0,21

Media Destilación de crudo depetróleo, destilación dehidrocarburos a presionesmedias (0,7-2,1 MPa),absorción

0,09-0,12 0,12-0,15 0,15-0,18

Elevada Destilación de hidrocarburosligeros a presiones elevadas(> 2,1 MPa), aminas,glicerina

0,06-0,075 0,06-0,075 0,06-0,09



Capacidadespumante

Ejemplos Tiempo de residencia,s

Ligera Destilaciónde hidrocarburos 3Ligera Destilaciónde hidrocarburosde bajo peso molecular,alcoholes

3

Media Destilación de hidrocarburosde perso molecular medio

4

Elevada Absorción en aceitesminerales

5

Muy elevada Aminas y glicoles 7


Diseño de la columna

1. Se localizan los pisos teóricos que impliquen lo s máximos caudales molares de ambas fases en cada uno de los sectores de la columna: L, V.

2. Se supone un espaciado entre pisos, HT. Generalmente se elegirá un valor estándar de 0,61 m (24 pulgadas), o en casos excepc ionales 0,46 m (18 pulgadas).

3. Se estiman las densidades de líquido y gas en la s condiciones de presión y temperatura de los pisos seleccionados y los peso s moleculares medios, mediante la de los gases perfectos y los datos bibl iográficos que resulten necesarios.

4. Se estima la velocidad de anegamiento mediante l a correlación de Fair, ecuación [8.91] y la figura 8.24.

5. Se estima el diámetro de la columna a partir de la velocidad límite de anegamiento y se corrige en función de la capacidad espumante del sistema: para sistemas poco espumantes utilizar el 80% del valor calculado, mientras que para sistemas espumantes utilizar el 7 0% del valor calculado.



6. Se calcula el área neta de paso del gas An dividiendo el caudal volumétrico del vapor por la velocidad del vapor s uponiendo una aproximación del 80% a la velocidad de anegamiento para sistemas con poca capacidad espumante, o del 70% para sistemas e spumantes.poca capacidad espumante, o del 70% para sistemas e spumantes.

7. Se selecciona el tipo de piso, en función del ca udal volumétrico de líquido: con vertedero o sin vertedero; número y ti po de vertederos por piso, etc.

8. Se selecciona un valor del área del vertedero co mo porcentaje del área transversal total de la columna, en función del diá metro estimado de la columna y del tipo de flujo del líquido sobre el pi so.

9. Se calcula el área transversal de la columna div idiendo el área neta para el flujo del gas por el porcentaje que le corresponde de área total de la columna.



10. Se calcula el diámetro de la columna de sección circular a partir del área transversal de la columna acabada de calcular.

11. Se comprueba que el espaciado entre pisos supue sto está dentro de los límites recomendados, para el diámetro de la column a calculado.límites recomendados, para el diámetro de la column a calculado.

12. Se selecciona el tipo de piso, basándose en las recomendaciones.

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