FRACCIONAMIENTO El fraccionamiento es una operación unitaria utilizada para separar mezclas en produ producto ctoss individ individual uales. es. El fracci fracciona onamien miento to implic implica a la separa separació ción n de componentes de volatilidad relativa (!. "a dificultad difi cultad de una separación est# directamente relacionada con la volatilidad relativa de los componentes $ la pureza re%uerida del producto corrientes. a&t ' #rea de u)o del tu*o+ ft, a ' #rea total de u)o de tu*o+ ft, -n factor de a*sorción ' utilizado en la ecuación /0,1 Ac ' #rea de la sección transversal+ ft, A ' super2cie de transferencia de calor+ ft, AAM ' #rea activa *ande)a ft, A3M ' #rea *a)ante *ande)a ft, ' 4rea de la sección ATM torre de cruz+ ft, * ' e5ponente de la ecuación /06 $ /07 8 ' tasa de producto de cola+ lunares 9 unidad de tiempo C ' coe2ciente en la ecuación /0+ ft 9 :r CAF ' factor de capacidad de vapor+ corre;ido+ m 9 s CAFO ' factor de capacidad de vapor+ sin corre;ir+ m 9 s CF< ' vapor de car;a+ ft=9sec 3 &' di#metro ft 3 ' tasa de producto destilado (over:ead!+ moles 9 unidad de tiempo 3T ' di#metro de la torre+ ft Ea ' e2ciencia de a*sorción+ la ecuación /0=> Es ' e2ciencia de separación+ la ecuación /0=, f ' factor de fricción (fricción Mood$ factor9??!+ ft,9in, F ' velocidad de avance+ moles 9 unidad de tiempo Fp ' Factor de em*ala)e FF ' factor de inundación utilizado en la ecuación /0@ F" ' lon;itud de la tra$ectoria de u)o+ pies ;c ' factor de conversión =,.@? (ft B l*m! 9 (l*f B sec,! t ' velocidad m#sica+ l* 9 (:r B m,! p ' torre vapor de car;a+ l* 9 (ft, B se;! M ' torre de car;a lD%uida+ ;al. 9 Min ' entalpDa+ 8tu 9 l* ET ' altura del em*ala)e e%uivalente a un plato teórico T- ' altura de una unidad de transferencia ' e%uili*rio 0valor+ $ 9 5 "o ' velocidad de reu)o de lD%uido+ moles 9 unidad de tiempo "p ' car;a de lD%uido+ l* 9 (ft, B se;! " ' Tasa Tasa de lD%uido+ moles 9 unidad de tiempo "t ' lon;itud del tu*o+ ft "m G ' rica en petróleo %ue entra en el separador+ moles 9 unidad de tiempo m ' nHmero de etapas de decapado M ' caudal m#sico+ l* 9 :r
n ' nHmero de etapas de a*sorción Nm ' nHmero mDnimo de etapas teóricas N ' nHmero de pases en una *ande)a Nt ' nHmero de tu*os 3elta ' caDda de presión+ psi % ' moles de lD%uido saturado en el avance por mol de alimentación ' transferencia de car;a de calor+ 8tu 9 :r c ' derec:o condensador+ 8tu 9 :r R ' relación de reu)o+ moles de reu)o divididos por los moles de producto neto so*recar;a Re ' NHmero de Re$nolds+ sin dimensiones s ' ;ravedad especD2ca < ' nHmero de etapas
rie;o ' volatilidad relativa i) ' factor de volatilidad se define en la ecuación /06 S ' correlacionar los par#metros de la ecuación /0@+ /01 ' tensión superficial+ dinas 9 cm U ' densidad+ V;9m= W ' eficiencia X ' viscosidad+ cp
r#cticamente todas las plantas de procesamiento de ;as %ue producen el ;as natural lD%uidos re%uieren por lo menos una columna de fraccionamiento para producir un lD%uido producto %ue cumpla con las especi2caciones de venta. El es%uema de un e)emplo fraccionador en la 2;ura. /0, muestra los diversos componentes del sistema. El calor se introduce en el intercam*iador de calor a producir vapores de des*roce. El vapor se eleva a travLs de la columna contacto con el lD%uido descendente. El vapor %ue sale de la parte superior de la columna entra en el condensador+ donde se elimina el calor por al;Hn tipo de medio de enfriamiento. El lD%uido se devuelve a la columna como reu)o a limitar la pLrdida de componentes pesados encima de la ca*eza. FRACCIONAMIENTO 3IARAMA E<-EM4TICO Internos+ tales como *ande)as o envasado promover el contacto entre los las corrientes de lD%uido $ vapor en la columna. Yntimo el contacto de las fases de vapor $ lD%uido es necesario para la e2ciente separación. Kapor %ue entra en una etapa de separación se enfrDa lo %ue resulta en al;unos la condensación de los componentes m#s pesados. "a fase lD%uida se calienta lo %ue resulta en al;unas la vaporización de los componentes m#s li;eros. or lo tanto+ los componentes m#s pesados se concentran en la fase lD%uida $ eventualmente convertido en el producto de
fondo. "a fase de vapor es continuamente enri%uecido en los componentes de la luz %ue constituir#n la so*recar;a producto. El vapor %ue sale de la parte superior de la columna puede ser total o se condensa parcialmente. En un condensador total+ todas vapor %ue entra el condensador se condensa a lD%uido $ el reu)o volvió a la columna tiene la misma composición %ue el destilado o producto de ca*eza. En un condensador parcial+ sólo una parte de la vapor %ue entra en el condensador se condensa a lD%uido. En la ma$orDa condensadores parciales sólo su2ciente lD%uido se condensa a servir como reu)o para la torre. En al;unos casos+ sin em*ar;o+ m#s se condensa lD%uido %ue se re%uiere para el reu)o $ :a$ en realidad ser# de dos productos de ca*eza+ uno un lD%uido %ue tiene la misma composición %ue la de reu)o $ el otro un producto de vapor %ue est# en e%uili*rio con el lD%uido de reu)o. E-I"I8RIO CONCETO 3E "A ETAA Todos los c#lculos se realizaron utilizando teórico (e%uili*rio! etapas. -na columna de fraccionamiento se puede considerar como una serie de as:es de e%uili*rio con dos fuentes $ dos productos corrientes (Fi;. /0=!. El vapor entra en el as: de la etapa a continuación a una temperatura m#s alta $ la corriente de lD%uido entra de la etapa anterior a una temperatura inferior. El calor $ la masa transferir ocurrir en esta etapa de tal manera %ue las corrientes %ue salen son un lD%uido de punto de *ur*u)a $ el vapor del punto de rocDo a la misma temperatura $ la presión. "as composiciones de estas fases son relacionados por la relación de e%uili*rio de $i ' i5i (Ker
com*usti*le. El producto de fondo de esta columna puede ser comercializado como un producto desetanizadora. "a se;unda columna+ un despropanizador+ produce una so*recar;a de propano especi2cación de producto. "a parte inferior producto+ una mezcla de *utano $ ;asolina+ a menudo se vende a una tu*erDa en su estado natural. "a tercera columna+ un des*utanizador+ separa los productos de *utano $ ;asolina. Esta separación est# controlada para limitar la presión de vapor de la ;asolina. "a producto *utano so*recar;a se puede vender como una mezcla o un adicional la columna se puede utilizar para separar el iso0*utano $ normal0 *utano. Tren de Fraccionamiento Otra clase de fraccionadores utiliza nin;Hn condensador de reu)o e5terno para producir lD%uido para el contacto con el vapor fraccionador. -no de tales torres es un desmetanizador como se encuentra en crio;Lnico plantas (Fi;. /06!. "a alimentación de la parte superior es ,\ mol de lD%uido a *a)a proporciona la temperatura de reu)o. Este lD%uido )unto con los otros alimentos proporciona la car;a de lD%uido de esta torre. El re:ervidor es el punto de control para la pureza del producto 2nal. "a composición de so*recar;a es una función del proceso a;uas arri*a unidades. E]EM"O 3E<METANIQA3OR
Tam*iLn e5isten aplicaciones para un fraccionador con un lD%uido de la parte superior alimentarse. Estos se utilizan comHnmente para esta*ilizadores crudo o deet:anizers. Al i;ual %ue con el desmetanizador+ esta columna produce una especi2cación de producto de fondo $ una corriente de ca*eza cu$a composición est# determinada por las unidades de proceso a;uas arri*a. Es un enfo%ue económico para la producción de un solo producto+ pero es limitado en la e2ciencia de separación. Me)or recuperación o a;uda la separación se puede lo;rar mediante la adición de un condensador de reu)o $ sección de recti2cación. E<ECIFICACIONE< 3E" RO3-CTO -n *alance de materia alrededor de la columna es el primer paso en c#lculos de fraccionamiento. Con el 2n de llevar a ca*o este e%uili*rio+ asunción de las composiciones de la corriente de productos se de*e :acer. a$ tres formas de especi2car un producto deseado a partir de una fraccionador[ B -n porcenta)e de recuperación de un componente en la so*recar;a o corriente de fondo. B -na composición de un componente en cual%uiera de los productos. B -na propiedad fDsica especD2ca+ como la presión de vapor+ para cual%uiera de los productos.
"as especi2caciones de recuperación $ la composición se pueden utilizar directamente en el *alance de materiales.
./1! 7,.1 ' 6/.6 Moles de fondos ' 7,+106/+6 ' =.= ARA ETANO[ Moles de so*recar;a ' ,+? (>>\ de so*recar;a! 3ado %ue el iso*utano (la tecla pesada! es \ de la so*recar;a corriente+ la suma de propano $ etano de*e ser //\ (todos los n0C? $ C6 G se encuentran en las partes inferiores!. or lo tanto[ Total de Moles Over:ead ' Moles de[ El *alance ;eneral es[ En la operación real+ el m#s li;ero %ue los componentes clave de luz $ m#s pesados %ue los componentes clave pesado no estL perfectamente separado. ara propósitos de estimación $ c#lculos mano+ perfecta separación no clave es un supuesto simpli2cador Htil. "O< AR4METRO< C"AKE 3os consideraciones importantes %ue afectan el tamaZo $ el costo de una columna de fraccionamiento son ;rado de separación $ el componente
volatilidad. El ;rado de separación o pureza del producto tiene un impacto directo en el tamaZo de la columna $ las utilidades re%ueridas. ureza superior re%uerir# m#s *ande)as+ m#s de reu)o+ de ma$or di#metro+ $ 9 o una cantidad de producto reducida. -na cuantitativa medida de la di2cultad de la separación es el factor de separación+ > a ,>>>. .>>>. El nHmero de *ande)as ser# m#s o menos proporcional al lo;aritmo del factor de separación para un sistema dado. "a volatilidad de los componentes normalmente se e5presa como volatilidad relativa+ . Esta cantidad se calcula como la relación del e%uili*rio de 0 valores de dos componentes a una temperatura dada $ la presión. ara los c#lculos de fraccionamiento de la los componentes clave es importante. or lo tanto[ Esta es una medida de la facilidad de separación. El es ma$or+ la m#s f#cil es la separación. CON J F enfo%ue a la temperatura am*iente estival. Este se traduce en una temperatura de proceso de 6 a ,6 C en la ma$or parte u*icaciones. Con a;ua+ temperaturas de enfriamiento de proceso de /6 a >6 J F son posi*les. or de*a)o de apro5imadamente /6 J C+ refri;eración mec#nica se de*en utilizar para alcanzar la temperatura de condensación deseada. Este es el mLtodo de enfriamiento m#s caro+ tanto desde punto de vista del capital $ costos de operación. En ;eneral+ es desea*le para funcionar a una presión tan *a)o como sea posi*le para ma5imizar la volatilidad relativa entre los componentes clave de la separación.
ETAA< MYNIMO< "as etapas mDnimas pueden ser calculadas para la ma$orDa de componentes mHltiples sistemas de la ecuación FensVe.
CORRE"ACI_N ER8AR0MA33O 3E ETAA< K< REF"-]O 7
CO"-MNA< 3E "ATO INTERNO< Karios tipos de *ande)as se utilizan en columnas de fraccionamiento. Fi;ura /01 se presenta un es*ozo isomLtrica de las dos *ande)as superiores en una columna de fraccionamiento con cas%uetes de *ur*u)eo. "os cas%uetes de *ur*u)eo+ )unto con las presas $ *a)antes+ mantener un nivel de lD%uido en las *ande)as. El lD%uido u$e a travLs de la *ande)a+ en el tu*o de *a)ada+ $ a travLs de la si;uiente *ande)a en la dirección opuesta. "a el vapor u$e :acia arri*a a travLs de los tapones $ a travLs de las ranuras de mezcla con el lD%uido. Fi;ura /0/ muestra el u)o de vapor a travLs de las *ande)as de *ur*u)eo+ platos de cedazo+ platos de v#lvula $. 3e*ido a la canalización vertical en el cas%uete de *ur*u)eo+ es la Hnica *ande)a %ue puede ser diseZado para evitar %ue el lD%uido ^llorando^ a travLs del paso de vapor. Tamiz de control o *ande)as de v#lvula llorando por la velocidad de vapor. "a *ande)a de tapa de la *ur*u)a tiene m#s alta relación de reducción+ con diseZos de >1[>0>[> siendo la relación comHn. 8ande)as de *ur*u)eo se utilizan casi siempre en ;licol columnas de des:idratación. TO 3O< 8AN3E]A< 3E -NA CO"-MNA 3E TAA< 3E 8-R8-]A< latos de v#lvula $ el tamiz son mu$ populares de*ido al costo $ menor aumento de la capacidad a travLs de *ande)as de *ur*u)eo de un di#metro de la torre dado. Fi;ura /0> muestra dos diseZos de v#lvulas. El di*u)o superior muestra una v#lvula de otación li*re para a*rir $ cerrar con diferentes las tasas de u)o de vapor. El di*u)o inferior muestra una v#lvula ^en)aulado^ %ue previene la pLrdida de la v#lvula de*ido a la erosión de la *ande)a. Kario otros diseZos son comunes+ tales como el uso de mHltiples discos $ v#lvulas rectan;ulares. K#lvulas de una variedad de pesos tam*iLn :an sido utilizadas para aumentar la e5i*ilidad. "a *ande)a de tamiz o perforada es la construcción m#s simple de los tres tipos ;enerales $ por lo tanto es la opción menos costosa.
"a *ande)a de tamiz es simplemente una placa con a;u)eros para el paso de vapor. Aun%ue la *ande)a de tamiz ;eneralmente tiene una ma$or capacidad+ su principal desventa)a es %ue las *ande)as de tamiz ser#n suscepti*les a ^llorar0in;^ o ^*asura^ del lD%uido a travLs de los ori2cios de vapor a *a)a tasas $ su capacidad de co*ertura es limitada. Columnas traicionadas ;eneralmente proporcionan un funcionamiento satisfactorio so*re una amplia ;ama de vapor $ de car;as lD%uidas. Fi;ura /0 muestra caracterDsticas de funcionamiento de un sistema representativo. "os tipos de vapores $ lD%uidos pueden variar de forma independiente en un amplia ;ama $ la columna funcionar#n satisfactoriamente. A *a)a tasas vapor din#mica *ande)a insatisfactorias pueden caracterizarse por pulsaciones de vapor+ el vertido de lD%uido+ o la distri*ución desi;ual. A tasas altas de vapor+ la torre con el tiempo se inundar# en forma lD%uida es una copia de se;uridad de los *a)antes. A *a)as tasas de lD%uidos+ mal contacto vapor0lD%uido puede resultar. Tasas de lD%uidos de alta puede causar inundaciones $ el dumpin; como la capacidad de lD%uido de los tu*os de *a)ada se supera. Con el 2n de mane)ar las tasas de lD%uidos m#s altos+ m#s #rea de *a)ante se re%uiere. Esto se lo;ra a menudo mediante el uso de mHltiples *ande)as de pase. 8ande)as MHltiples aumentan la capacidad de mane)o de lD%uidos para un determinado di#metro de*ido a las reducciones en la lon;itud de la tra$ectoria de u)o $ el vertedero cresta. . Fi;ura /0, muestra varias con2;uraciones m#s all# de un solo *ande)a de pasar por donde la fase lD%uida se divide en tres $ cincuenta $ oc:o u)o caminos para aumentar la capacidad de mane)o de lD%uidos. ARE+ para los estudios preliminares. -no tal procedimiento se inicia con el nomo;rama en la 2;ura. /0?+> Este es una
simple relación de la tasa de lD%uido (M! $ una cantidad Kcar;a de2ne como[
REN3IMIENTO 3E "A 8AN3E]A Toda la columna tra*a)o de diseZo se realiza mediante *ande)as teóricas. -na *ande)a actual no lo;rar# el e%uili*rio de*ido a las limitaciones de tiempo de contacto vapor0lD%uido. En una columna real+ m#s *ande)as son necesarias para o*tener la separación deseada. Esta determinación por lo ;eneral se lleva a ca*o mediante el uso de una e2ciencia ;lo*al *ande)a se de2ne como[ "a determinación de las e2ciencias de la *ande)a de par#metros teóricos es el tema de numerosos tLcnicos articles.,+ =+ ? A discusión detallada de este tema est# m#s all# del alcance de este li*ro. O&Connell6 correlacionó las e2ciencias *ande)a de fraccionadores $ a*sor*entes. ara fraccionadores+ esta correlación considera treinta $ oc:o sistemas de los cuales ,@ son fraccionadores :idrocar*uros. "a correlación+ se muestra en la 2;ura. /01+ se re2ere *ande)a ;lo*al e2ciencia a la volatilidad relativa calculada en la columna media condiciones $ la viscosidad de alimentación en condiciones de la columna media. 8AN3E]A< 3E A"TA CAACI3A3 "os aZos /> vieron la proliferación de las *ande)as de alta capacidad por proveedores de e%uipos de destilación $ los usuarios. Estas *ande)as emplean *a)ante no convencional $ con2;uraciones de la cu*ierta para efectuar de vapor $ 9 o aumenta la capacidad de mane)o de lD%uidos+ cuando se utiliza para renovar las columnas de destilación. "as *ande)as de alta capacidad tienen sido particularmente e2caz en demet:anizers+ deet:anizers+ depropanizers $ columnas de *utano. -na de esas *ande)as de alta capacidad+ el NPE 8AN3E]A + se muestra en. Fi;ura /0,>. Esto aumenta la capacidad de la *ande)a de vapor mediante el aumento de la reci*ir sartLn $ aumentar el #rea disponi*le para el u)o de vapor. Esto+ $ las *ande)as similares+ emplean a un acuerdo con el u)o cruzado lD%uido via)a :orizontalmente a travLs de la cu*ierta $ el vapor de *ur*u)eo arri*a a travLs del lD%uido+ la creación de una espuma donde la masa se produce la transferencia. "os e)emplos de otros de u)o cruzado de alta capacidad *ande)as inclu$en los si;uientes[ MAC0FRAC (oc:0litsc:! 8i0FRAC (oc:0litsc:! <-ERFRAC (oc:0litsc:! ro0Kalor (
Triton (
"a e2ciencia de estas *ande)as de contrau)o suelen ser inferiores a los de las *ande)as de u)o cruzado de*ido a el tiempo de contacto reducida entre las fases. "as capacidades pueden ser *astante alta+ $ espaciamientos *ande)a *astante pe%ueZa+ de*ido a la represa de salida mu$ lar;o %ue estos *ande)as son capaces de proporcionar. Otra con2;uración de la *ande)a+ llamado ^u)o co0corriente^+ es se espera lo;rar una ma$or aceptación en el futuro. Con sentido de la corriente u)o+ las fases de vapor $ el lD%uido se de)a uir )untos+ unidireccionalmente+ por un tiempo dentro de elementos de contacto. E)emplos de tales *ande)as son -"TRA0FRAC (oc:0litsc:! $ Con
;eometrDas ma$orDa de los cuales evolucionaron de la Anillo all $ el ;pm9pies,. Estructurado em*ala)e :a funcionado mu$ *ien en mu$ *a)a car;a de lD%uido aplicaciones tales como la des:idratación de ;licol (Ker !. "a tensión super2cial alta en los des:idratadores de ;licol tam*iLn a$uda al estructurado de em*ala)e para un *uen desempeZo. or encima de ,> ;pm9ft,+ al azar envases son m#s venta)osos. Rellenos estructurados tienen :a intentado en fraccionadores con poco L5ito. Numerosos casos de fallos de relleno estructurado se :an e5perimentado en alta la presión $ 9 o servicios de tarifa alta0lD%uido. Empa%uetaduras estructuradas ;eneralmente tienen una menor caDda de presión por etapa teórica a continuación empa%ues al azar. Esto puede ser importante en aplicaciones de *a)a presión pero no para fraccionadores "N de alta presión. CO"-MNA TA""A< "a correlación ;eneralizada caDda de presión EcVert (3C! 7 se utiliza a menudo para el dimensionamiento de columnas de relleno al azar. El ;r#2co en la 2;ura. /0,7+ %ue es una correlación modi2cada+ se puede utilizar para predecir la caDda de presión para una car;a dada $ di#metro de la columna. Alternativamente+ para una caDda de presión dada el di#metro puede ser determinado. "a ma$orDa de las columnas empa%uetadas est#n diseZadas para una caDda de presión de entre >.,> $ >.7> pul;adas de a;ua por pie de profundidad lleno con +> pul;adas de a;ua siendo el m#5imo. "os factores de em*ala)e para diversos envases se muestran en la 2;ura. /0,6. En tLrminos ;enerales+ envases de menos de pul;ada del tamaZo se destinados a torres un pie o m#s pe%ueZo en di#metro+ envases pul;ada o 9, pul;adas de tamaZo para las torres de m#s de un pie a tres pies en di#metros+ $ , o = envases pul;adas se utilizan para torres de tres o m#s pies de di#metro. Esto resulta de compensaciones de capacidad $ la e2ciencia. El diseZador de*e seleccionar el tamaZo adecuado de em*ala)e+ $ por lo tanto el factor de em*ala)e adecuado para los c#lculos. "os factores de em*ala)e de la 2;ura. /0,6 son valores medios %ue son su2cientes para el dimensionamiento preliminar+ pero los vendedores de
em*ala)e especD2cos de*e ser contactado para aplicaciones de diseZo. El 3C tiene limitaciones en la descripción de la realización de envases. "os esfuerzos para me)orar la correlación de em*ala)e especD2co ;eometrDas :an llevado a la ela*oración $ pu*licación de ta*las para cada em*ala)e %ue se esfuerzan para correlacionar el rendimiento em*ala)e información con la misma a*scisa $ ordenada como el ;r#2co 3C. ister= pu*licó una serie de /7 cartas de amplia variedad de envases. "a predicción de la ET de la teorDa o de las relaciones empDricas es un comple)o su*)ect.@ investi;ación reciente de Fraccionamiento Researc: Inc. :a puesto de relieve la sensi*ilidad de ET con un nHmero de varia*les. ET es una función de las tasas de u)o $ las propiedades del sistema+ asD como la ;eomLtrica $ mec#nica especD2ca factores. Con el 2n de determinar los re%uisitos de em*ala)e+ un fa*ricante de em*ala)e de*e ser consultado. . Fi;ura /0,@ proporciona al;unos e)emplos ETs de :idrocar*uros sistemas en el procesamiento de ;as industr$.1 ET de tam*iLn son una función del tamaZo del em*ala)e. En ;eneral+ los envases m#s pe%ueZos tienen valores m#s *a)os ET. . Fi;ura /0,1 muestra un e)emplo de la tendencia del em*ala)e ET para un tipo de em*ala)e. Internos columna de relleno -na consideración crDtica en columnas de relleno es el control de las fases de vapor $ lD%uido. . Fi;ura /0,/ muestra una sección transversal de una torre llena de varios internos. Cada sección de em*ala)e con el apo$o de una placa de soporte o red cu$a función es para llevar el peso de la cama con una caDda de presión mDnima. Re)illas de su)eción se utilizan en la parte superior para evitar levantamiento de la cama a la fase de vapor. 3e distri*ución de lD%uido es una consideración crDtica en columnas de relleno. 3istri*ución de lD%uido po*re causa la pLrdida dram#tica de la e2ciencia. Karios diseZos se :an utilizado para distri*uir lD%uido piensos $ para reco;er $ redistri*uir el lD%uido a varios puntos en la torre. En ;eneral+ el lD%uido de*e ser redistri*uido cada ,> pies de altura o el em*ala)e cada > di#metros de columna+ lo %ue sea menor. EM8A"A]E 3-ME3 KER<-< 8AN3E]A< Columnas de relleno se :an utilizado ampliamente en la industria %uDmica industria durante muc:os aZos. Empa%uetaduras se seleccionan en lu;ar de *ande)as por varias razones[ B Lrdida de car;a lleno de torres por lo ;eneral producen una menor caDda de presión por etapa teórica. Esto puede ser importante para las operaciones de *a)a presión. A las presiones elevadas encontrado en el procesamiento+ la columna de ;as natural caDda de presión por lo ;eneral no es un pro*lema importante. B Car;a0para sistemas de elevada relación lD%uido0vapor+ lD%uido de alta una columna de relleno tendr# m#s capacidad para un dada di#metro. Al;unas aplicaciones de fraccionamiento son caracterizado por relaciones lD%uido 9 vapor de *a)a $ em*ala)e tiene menos de una venta)a para estos diseZos. B la corrosión para sistemas corrosivos+ el em*ala)e se puede fa*ricar a
partir de materiales cer#micos o pl#sticos. "as *ande)as pueden tener %ue ser fa*ricado a partir de materiales de aleación caros. Columnas de relleno tam*iLn tienen varias desventa)as %ue de*en tenerse en cuenta en un diseZo de fraccionamiento[ B "as columnas de descu*ierta0pic ;eneralmente :an limitado descu*ierta capacidades. Mientras %ue las *ande)as se pueden operar tan *a)o un >0 6\ de la plena car;a+ envases se limitan a alrededor de un 6>\ de co*ertura. Esto puede ser importante en situaciones donde la producción de ;as se reduce pro;resivamente $ en las tasas de rendimiento acumularse con el tiempo. B 3istri*ución0In "i%uid columnas tra$ed+ la fase lD%uida es forzado a uir a travLs de una super2cie de la *ande)a. Con *ur*u)eo de ;as a travLs del lD%uido+ el contacto est# ase;urado. En las torres empacadas+ el lD%uido $ vapor son li*res para *uscar sus propios caminos de u)o+ $ la canalización puede ocurrir. Es crDtico %ue el lD%uido Fase ser distri*uidas adecuadamente en la parte superior de la columna $ ser redistri*uidos a intervalos de ,> pies o cada > columnas di#metros+ lo %ue sea menor. B Cone5ión0torres empacada ser#n m#s suscepti*les a tapar la suciedad $ otros materiales e5traZos. B Em*ala)e Altura0"a ET para una columna de relleno es una cosa incierta. A menudo+ de*en ser determinados mediante prue*as o aplicaciones de campo. ET de puede variar desde unos pocos pul;adas a varios pies. B Inspección0Es difDcil de inspeccionar internos sin %uitar todos los contenidos de una columna. CON "os tipos m#s comunes son[ B Circulación Forzada B -na vez %ue a travLs de la circulación natural B Termosifón Kertical B Termosifón orizontal B :az inundado (tipo calentador de a;ua! Estos tipos de calderines se muestran en la 2;ura. /0=> travLs. 2;ura /0 =6. Tam*iLn se utilizan modi2caciones de estos tipos+ por e)emplo+ :ervidores de circulación forzada no son necesariamente en vertical+ orientación. Adem#s+ en la residencia ^puZalada por^ calderines tipo tienen :a utilizado+ pero no son comunes. Cada tipo de intercam*iador de calor tiene sus venta)as $ desventa)as
especiales. Criterios de selección de una con2;uración de evaporador de*e incluir[ B "a super2cie de transferencia de calor re%uerida B "os re%uisitos de espacio $ tu*erDas B Facilidad de mantenimiento B Tendencia de ensuciamiento B "a esta*ilidad de funcionamiento B Costo de operación B Re%uisitos de elevación falda Columna $ CIRC-"ACI_N FORQA3A 0 -na disposición tDpica de o*li;ado :ervidores de circulación se muestra en la 2;ura. /0=>. Este tipo es tam*iLn llamado un *om*eado a travLs de intercam*iador de calor. Todo el lD%uido de la parte inferior la *ande)a se realiza por un tu*o vertical de *a)ada :asta por de*a)o del nivel de lD%uido en la parte inferior de la columna. El lD%uido puede circular a travLs del re:ervidor tantas veces como es económicamente facti*le para controlar el porcenta)e de vaporización. El producto 2nal es redactado de la lDnea a la caldera. Este tipo de disposición es por lo ;eneral se utiliza en instalaciones donde la tu*erDa caDda de presión es tan alta %ue la circulación natural no es pr#ctico. Remota u*icada en calderines o instalaciones donde se presta el calor caldera por varias fuentes puede re%uerir circulación forzada. "a principal venta)as de circulación forzada son las :a*ilidades para controlar estrec:amente velocidad de circulación $ de mane)ar %ue contiene viscosa o sólida uidos. El costo de operación continua de la *om*a :ace naturales circulación diseZa m#s desea*le. CIRC-"ACI_N NAT-RA" 0 Con muc:o+ el ma$or nHmero de caldera instalaciones utilizan la circulación natural. Esto puede ser alcanzado en cual%uiera de dos formas+ como se muestra en la 2;ura. /0=a $ *. En la 2;ura.
RATIO< 3E RECIRC-"ACI_N 0 se determina la relación de recirculación a partir de la diferencia entre la ca*eza :idrost#tica en el la columna correspondiente a la lon;itud del tu*o del intercam*iador de calor $ el peso de la mezcla de vapor0lD%uido. Relaciones de recirculación de ?[> o superior se emplean normalmente. aciendo referencia a la termosifón vertical en la 2;ura. /0=,+ :a$ cinco resistencias principales[ B Lrdida de car;a por fricción a travLs de la tu*erDa de entrada B caDda de presión por fricción a travLs del re:ervidor B Ampliación o aceleración pLrdida por evaporación en el calderDn B "a presión est#tica de una columna de lD%uido mi5to $ vapor (Q=! en el re:ervidor B Lrdida de car;a por fricción a travLs de la tu*erDa de salida C#lculo detallado de la :idr#ulica de este sistema es comple)o de*ido al u)o de dos fases involved.,> El simpli2cada
3I
calor. Calentadores de laterales Calentadores secundarios (Fi;. /0?@! se pueden usar para aZadir calor a una torre varias *ande)as su*idas de la caldera. 3e*ido a la temperatura ;radiente en la columna+ se aplica este calor a una muc:o menor temperatura de la caldera. "a fuente de calor para este lado calentador puede ser cual%uier corriente %ue re%uiere refri;eración $ se encuentra en un nivel de temperatura lo su2cientemente alta como para ser Htil. A menudo+ la parte inferior producto se utiliza a lado0el calor de la columna. En las plantas crio;Lnicas+ el ;as de alimentación a menudo suministra el calor re0e*ullición. -na pena para la calefacción lado es la altura de la columna adicional necesaria para la *ande)a lD%uido de e5tracción para vapor $ la separación de la corriente de retorno de dos fases. TDpicamente+ esto sumar# cerca 701 pies a la altura de la columna. ara pe%ueZas cantidades de calor :acia arri*a a ,6\ de la potencia del :ervidor+ el calentador de la cara tiene poco efecto en el diseZo de la columna $ el condensador de*er. A medida %ue aumenta el calor+ el de*er del condensador se aumento+ lo %ue re%uiere m#s calor total $ 9 o m#s *ande)as. En ;eneral+ una *uena re;la ;eneral es la de limitar la o*li;ación de calor de lado a no m#s del 6>\ del re%uerimiento total de calor. -n otro posi*le *ene2cio de la calefacción adicional es %ue la torre de car;a se reduce por de*a)o de la *ande)a de calor de lado. En muc:as torres *ande)as inferiores tienen la ma$or car;a. "a aplicación )uiciosa de calefacción lateral puede ^suavizar^ el vapor de la columna $ los per2les de lD%uidos en la sección inferior+ reduciendo el di#metro re%uerido. Coolers 9 Condensadores secundarios Enfriadores secundarios pueden ser usados para e5traer calor de una torre en una punto intermedio por encima de la *ande)a de alimentación. 3e*ido al ;radiente de torre esta eliminación de calor se puede lo;rar con un ma$or temperatura del medio de enfriamiento. Esto puede ser particularmente atractivo si se utiliza el condensador de refri;eración. ara ;randes cantidades de e5tracción de calor un refri;erante secundario puede ser efectivo.
/0?1. Compresión se utiliza para elevar la temperatura del uido de tra*a)o por encima la re%uerida para el re:ervidor. El uido %ue sale del intercam*iador de calor es lue;o lo mostró $ se utiliza para condensar el reu)o. El resultado neto es %ue el calor a*sor*ido en el condensador se utiliza para so*recalentar la columna. El costo de funcionamiento principal se convierte entonces en el compresor en lu;ar de la normal de calefacción $ de refri;eración utilidades. -na alternativa a la *om*a de calor *#sica es el uso de la columna por encima mientras %ue el uido de tra*a)o. Esta alternativa+ de compresión de vapor+ elimina el condensador de ca*eza (Fi;. /0?/!. A menudo es difDcil encontrar un uido de tra*a)o para re0e*ullición $ condensar en una sola columna de fraccionamiento.
