Unidad IV

Diseño general de columnas.

El número de etapas o de platos necesario para una determinada separación se puede calcular teóricamente, ya que no es más que la combinación de una serie de destilaciones simples. En la práctica el número de platos reales necesarios es siempre superior al de platos teóricos calculados.

De la misma manera en función del resultado buscado se diseñan el diámetro de la columna, el tipo de relleno o de platos, vasos etc.

La eficiencia de la separación depende de múltiples factores como la diferencia de puntos de ebullición de los componentes de la mezcla, la presión a la que se trabaje y otros parámetros fisicoquímicos de los componentes.

Una columna de fraccionamiento, también llamada columna de platos o columna de platillos, es un aparato que permite realizar una  destilación fraccionada .  Una  destilación fraccionada   es una técnica que permite realizar una serie completa de  destilaciones simples   en una sola operación sencilla y continua. La  destilación fraccionada   es una operación básica en la  industria química   y afines, y se utiliza fundamentalmente en la   separación de mezclas de componentes líquidos

Columnas empacadas: Son torres de fraccionamiento o de absorción lleno con empaques diseñados para proveer una superficie relativamente grande por unidad de volumen, que proporciona el contacto requerido entre el vapor y el liquido que desciende dentro de la

6 CONSIDERACIONES BÁSICAS DEL DISEÑO El diseño apropiado de un plato de burbujeo da como resultado un arreglo de plato que en las condiciones de operación a las que se verá sometido realizará su función de separación con eficiencia razonable, será estable y no presentará comportamientos inadecuados tales como inundación por chorro, soplado, vaciado o mala distribución de vapor, todo ello sin incurrir en costos excesivos. El procedimiento de diseño que se presenta en esta Subsección se basa en la aplicación de criterios para definir una configuración tentativa del plato, que se somete a pruebas sucesivas que permiten decidir si el arreglo propuesto fallará frente a los criterios de comportamiento ya mencionados, que a su vez orientan la modificación del diseño tentativo para lograr un arreglo final satisfactorio. En la Subsección MDP–04–CF–06 se tratan en detalle las limitaciones de los platos mencionadas aquí. Espaciamiento Entre Platos La combinación óptima del espaciamiento entre platos y del diámetro de la torre es aquella que minimiza la inversión total de la torre sujeta a la condición de que el espaciamiento entre platos sea suficiente para permitir el acceso para mantenimiento. La información de inversiones del Manual de Estimación de Costos puede ser utilizada como una guía para determinar la inversión como una función del diámetro de la torre y del espaciamiento entre platos. Los espaciamientos mínimos entre platos se muestran en la tabla de la página 11 como una función del diámetro de la torre, tipo de servicio y requerimientos de mantenimiento. Ver también las discusiones sobre el llenado del bajante en “Hidráulica del Plato’’.

Las bandejas de plato perforado (tipo tamiz).Son uno de los dispositivos más ampliamente usados en la industria. Ellas son fáciles de diseñar con el nivel

actual de desarrollo del orificio, y se operan con confiabilidad para la mayoría de los campos la tasa de flujo de vapor. No hay "lagrimeo" de líquido desde la bandeja superior aún a esta tasa tan baja.

Uso de columnas empacadas

  COLUMNAS EMPACADASLas columnas empacadas son usadas para destilación, absorción de gases, y extracción liquido-liquido; solamente la destilación y la absorción se considerarán en esta ensayo. La de sorción (“stripping”) es el inverso de la absorción y se aplican los mismos métodos de diseño. El contacto liquido – gas en una columna empacada es continua, no por etapas,como en una columna de platos. El flujo de liquido cae hacia abajo en la columna sobre el área de empaque y el gas o vapor, asciende en contracorriente, en la columna. En algunas columnas de absorción de gases se usa corrientes en flujo co-corriente. La performance de una columna empacada depende mucho del mantenimiento de una buena distribución de liquido y gas a través del lecho empacado, y esto es una consideración importante en el diseño de

columnas empacadas. Un diagrama esquemático mostrando las principales partes de una columna empacada es dado en la Fig.1 Una columna de destilación con empaque será similar a la columna de platos mostrada en dicha figura mencionada anteriormente con los platos reemplazados por secciones de empaque.Elección entre platos o empaquesLa elección entre columnas de platos o empaques para una aplicación particular puede ser hecha solamente en base a los costos para cada diseño. Sin embargo, esto no siempre será posible, o necesario, y la elección puede usualmente hacerse, sobre la base de la experiencia mediante la consideración de las principales ventajas o desventajas dé cada tipo, las cuales son listadas a continuación.1. Las columnas de platos pueden ser diseñadas para manipular un amplio rango de velocidades de flujo de gases y líquidos antes que las columnas empacadas.2. Las columnas empacadas no son convenientes para velocidades de líquido muy bajas.Fig. 1Columna empacada para absorción

Platos de burbujeo En estos equipos, el gas burbujea dentro de una capa de líquido, de modo que la superficie de contacto entre las fases es la superficie de todas las burbujas formadas. Las torres de platos son columnas dentro de las cuales están instalados platos igualmente espaciados. Los platos poseen perforaciones, a través de las cuales pueden ascender los vapores procedentes de los platillos inferiores, lo que posibilita la interacción gas-líquido. Según sea el diseño del plato, en lo que respecta a la configuración del orificio y a la existencia o no de tubos bajantes para el descenso de líquido, las torres de platos se clasifican en: Platos con sombrerete o campana (cazoleta) Platos cribados o perforados

Platos de válvulas. Las características comunes de los diferentes tipos de platos son el gran contacto entre las fases, la facilidad de limpieza y la posibilidad de evacuación del calor, evolucionado en el proceso, con la introducción de serpentines en el espacio interplatos

40En la figura que se muestra a continuación, aparece el esquema de una torre con platos cribados (perforados), cuyo funcionamiento es similar al descrito para la torre de platos con cazoletas. 12En este caso, el plato es una placa con perforaciones de 2 a 5 mm de diámetro. El gas entra por la parte inferior de la torre, pasa a través de los agujeros y se distribuye en el líquido en forma de burbujas y chorros finos. Cuando la torre opera normalmente, la presión del gas será lo suficientemente elevada como para impedir el paso de líquido a través de los orificios y mantener abiertos los mismos, de modo que se aproveche toda el área de los orificios para el paso del gas hacia la capa líquida, originando burbujas y espuma. El nivel de líquido en cada plato queda determinado por la altura del extremo superior del tubo de reboso(1), cuyos extremos inferiores están sumergidos en el plato inmediato inferior(2). En los platos de paso único, la longitud del vertedero es del 60 al 75% del diámetro de la torre. Existe una modalidad de torres con platos perforados en la cual los platos no poseen bajantes, el líquido cae de un plato al inferior a través de los agujeros. las torres con platos perforados son de construcción simple y poseen elevada eficiencia

de transferencia de masa y su resistencia hidráulica es pequeña. La principal limitación de estos platos está en su gran sensibilidad para el empleo de líquidos sucios, capaces de crear sedimentaciones que obstruyan los agujeros. Las torres de platos se recomiendan en procesos de absorción muy exotérmicos y para la destilación. En general, para lograr altos rendimientos, en una etapa de contacto gas-líquido, se recomienda emplear capas profundas de líquido y velocidades del gas relativamente altas. Estas recomendaciones están limitadas por el aumento de la caída de presión que provoca un mayor espesor de líquido y la posibilidad de arrastre de líquido con una mayor velocidad del gas.