Datos a su alcance: Bandejas de Destilación y Empaques

Jul 09, 2023

1 de marzo de 2020 | Por Scott Jenkins

Las columnas de destilación industriales utilizan bandejas o empaquetaduras para promover el contacto vapor-líquido al separar los componentes de las mezclas líquidas hasta la pureza deseada. Aproximadamente la mitad de las columnas están equipadas globalmente con bandejas y la otra mitad contiene empaquetaduras. Esta referencia de una página revisa las diferencias entre los dos y las situaciones de proceso que se prestan a uno u otro.

A medida que se calienta una mezcla líquida en una columna de destilación industrial, el vapor generado está más concentrado en el material de punto de ebullición más bajo (más volátil), mientras que el líquido está más concentrado en el material de punto de ebullición más alto. Aprovechando este principio, las columnas de destilación pueden separar componentes de mezclas. Las pilas de bandejas metálicas, orientadas horizontalmente a lo largo del interior de la columna, están diseñadas para contener el líquido mientras el vapor ascendente fluye hacia arriba. Las bandejas tienen aberturas para permitir que el vapor fluya hacia arriba a través de la columna, así como conductos (bajadores) para permitir que el líquido condensado fluya hacia abajo (Figura). La bandeja está diseñada para promover el contacto íntimo entre el vapor que se mueve hacia arriba y el líquido que se mueve hacia abajo. Cada plato efectúa una parte de la separación antes de que el vapor y el líquido pasen al siguiente plato de la columna hasta alcanzar las concentraciones (purezas) deseadas. Los tipos comunes de bandejas incluyen bandejas con tapa de burbujas, bandejas de válvulas y bandejas de tamiz.

En lugar de una pila de platos discretos que proporcionan contacto vapor-líquido, las columnas de destilación facilitan el contacto líquido-vapor llenando el interior de la columna con materiales de empaque diseñados para proporcionar una gran superficie por unidad de volumen. A medida que la fase líquida fluye a través de la torre, el vapor y el líquido están en contacto continuo sobre las superficies del empaque metálico, cerámico o plástico. Las torres empacadas generalmente se presentan en una de dos formas: empaquetamiento aleatorio y empaquetamiento estructurado. El empaquetamiento aleatorio consiste en pequeñas unidades de formas de gran área de superficie que se vierten en una columna y se dejan asentar. El embalaje estructurado se fabrica a partir de láminas onduladas de metal perforado, plástico o malla metálica y se fija en su lugar. El empaque estructurado está diseñado con altas relaciones de superficie a volumen y para maximizar la dispersión del líquido. Al mismo tiempo, intentan mantener una baja resistencia al flujo. Tanto las torres de empaque aleatorio como las torres de empaque estructurado requieren distribuidores de líquido en la parte superior de la columna y placas de soporte de empaque en la parte inferior de la columna.

Las columnas con bandejas y las columnas empaquetadas tienen ventajas y desventajas clave, incluidas las siguientes:

Caída de presión. En comparación con las bandejas, la mayor ventaja asociada con las empaquetaduras son las menores caídas de presión. Esto es particularmente cierto con columnas que operan a presiones inferiores a la atmosférica. Generalmente, la caída de presión a través de un lecho de empaque estructurado es aproximadamente una sexta parte de la caída a través de una pila de bandejas que tienen la misma altura total.

Alta presión. Hay situaciones en las que el empaquetamiento es menos aplicable, como en las columnas de destilación a alta presión, donde el objetivo son los productos puros. Las bandejas funcionan mejor en esos casos, y de manera mucho más predecible, en columnas donde las relaciones volumétricas de líquido a vapor son altas.

Abordaje. Las incrustaciones son un desafío para todos los tipos de columnas. Con las bandejas, las piezas pueden obstruirse y perder la capacidad de pasar líquido o vapor. Con las empaquetaduras, los distribuidores de líquido pueden obstruirse, lo que hace que la distribución no sea óptima. Los empaques estructurados son mucho más propensos a incrustarse que los empaquetamientos aleatorios, porque las láminas de metal de los empaques estructurados están muy espaciadas.

Renovaciones. Con el tiempo, las empresas proveedoras que desarrollan nuevas geometrías de bandejas y embalajes han mejorado el rendimiento de estos productos. Las nuevas generaciones de platos, empaquetaduras aleatorias y empaquetaduras estructuradas han hecho posible, en ocasiones, mejorar sustancialmente el rendimiento de las columnas con renovaciones de columnas relativamente sencillas. Cuando las bandejas reemplazan a los empaques, generalmente se debe a que el desempeño del empaque ha sido decepcionante. Cuando el embalaje reemplaza a las bandejas, generalmente se busca reducir las caídas de presión.

1. Resetarits, M., ReBeau, T. y Thurber, T., Renovaciones de columnas: de exterior a interior, Chem. Ing., abril de 2015, págs. 38–47.

2. Costello, RC, Distillation Part 1, Packed Towers vs. Tray Plate Towers, consultado en enero de 2020 en: https://rccostello.com/wordpress/distillation/distillation-part-1-packed-towers-vs-tray-plate -torres.