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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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
gh +nP
Corriente gaseosa
ea
v
h
h +
cesh ph
esh
1−nP
lcg hhh +=
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Corriente gaseosa: hc
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Corriente gaseosa: hc
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Corriente gaseosa: hc
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Corriente gaseosa: hl l esph hβ=
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 −+=
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Corriente gaseosa: hl l esph hβ=
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Corriente líquida
Vertedero: hv
2
151,0
= LQh 151,0
=v
Lv A
h
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Corriente líquida
Esclusa de acceso: hea
2
165,0
= LQh 165,0
=ea
Lea A
h
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
Espaciado desde el faldón de la campana al piso = 0,0127 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)
Espaciado desde el faldón de la campana al piso = 0,0381 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)
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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)
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
=
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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 (-)
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Distancia entre pisos
cesespeavgT hhhhhhh +++++=
4,0a6,0T
Th
H =
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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 =
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Diámetro de la columna
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Diámetro de la columna
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
CAPACIDAD DE LOS PISOS
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.
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Diseño de la columna
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.
CAPACIDAD DE LOS PISOS
Diseño 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.