EQUIPO DE PROCESO

7.1.  ESPECIFICACIÓN Y DISEÑO DE EQUIPO

La meta de un “diseño de planta” es desarrollar y presentar una planta completa que pueda operar sobre una base industrial efectiva. Para alcanzar esta meta, el Ingeniero Químico, debe tener la habilidad de combinar muchas unidades o piezas de equipos diferentes en una planta operando adecuadamente. Para que esto sea posible, cada unidad de equipo debe ser capaz de cumplir su función necesaria. Por lo tanto el diseño de equipo es una parte esencial en el diseño de una planta.

El ingeniero que desarrolla un diseño de procesos debe aceptar la responsabilidad de preparar las especificaciones de las piezas individuales de equipo y debe estar familiarizado con los métodos de fabricación de los diferentes tipos de equipo. En este aspecto debe reconocerse la importancia de una adecuada selección de los materiales de construcción. Los datos de diseño deben ser desarrollados, dando tamaños, condiciones de operación, número y localización de las unidades, variaciones permisibles, y otra información. Muchos detalles de construcción son manipulados por el fabricante, pero el ingeniero químico debe sentar las bases para la información de diseño.

7.1.1  Escalamiento en el diseño

Cuando los datos exactos no están disponibles en la literatura o cuando la experiencia pasada no da una base adecuada para el diseño, las pruebas de planta piloto pueden ser necesarias en orden a diseñar un efectivo equipo de planta. Los resultados de estas pruebas pueden ser escalados a la capacidad de la planta. Un ingeniero químico entonces debe estar familiarizados con las limitaciones de los métodos de escalamiento y deberá conocer como seleccionar las variables de diseño esenciales.

Los datos de planta piloto son la mayoría de las veces requeridos para diseñar filtros  a menos que se disponga de información específica sobre los tipos de materiales y condiciones involucradas. Los intercambiadores de calor, las columnas de destilación, bombas y muchos otros equipos convencionales pueden ser diseñados adecuadamente sin usar datos de planta piloto.

La tabla 7.1 presente un análisis de los factores importantes en el diseño de los diferentes tipos de equipo. Esta tabla muestra las principales variables que caracterizan al tamaño o capacidad del equipo y las razones máximas de escalamiento para estas variables. También se incluyen la información sobre la necesidad de pruebas de planta piloto, factores de seguridad y datos operacionales esenciales para el diseño

Tabla 7.1  Factores en el diseño y escalamiento de equipo

Tipo de equipo	Es usualmente necesario planta piloto?	Principales variables de operación (diferentes al flujo)	Principales variables que caracterizan el tamaño o capacidad	Razón máxima de escalamiento basada en las variables de caracterización indicadas	Factor aproximado de sobrediseño recomendado para seguridad %
Cristalizadores “batch” agitados	Si	Relaciones de solubilidad temperatura	Flujo Area de transferencia     de calor	> 100:1	20
Reactores “batch”	Si	Velocidad de reacción Estado de equilibrio	Volumen Tiempo de residencia	>100:1	20
Bombas centrífugas	No	Columna de descarga	Caudal Entrada de potencia Diámetro del impulsor	> 100:1 > 100:1 10:1	10
Reactores continuos	No	Velocidad de reacción Estado de equilibrio	Razón de flujo Tiempo de residencia	>100:1	20
Torres de enfriamiento	No	Humedad del aire Disminución de temperatura	Caudal Volumen	>100:1 10:1	15
Ciclones	No	Tamaño de partícula	Caudal Diámetro de partícula	10:1 3:1	10
Evaporadores	No	Calor latente de  vaporización Temperaturas	Caudal Area de transferencia de calor	>100:1 >100:1	15
Molinos de martillos	Si	Reducción de tamaño	Flujo Entrada de potencia	60:1 60:1	20
Mezcladores	Si	Método  de descarga	Flujo Entrada de potencia	>100:1 20:1	20
Dispositivo de descarga de centrífugas	Si	Método de descarga	Caudal Entrada de potencia	10:1 10:1	20 20
Columnas empacadas	No	Datos de equilibrio Velocidad  superficial del vapor	Caudal Diámetro Razón altura a diámetro	>100:1 10:1	15
Columnas de platos	No	Datos de equilibrio Velocidad superficial del vapor	Caudal Diámetro	>100:1 10:1	15
Filtros de platos y de discos	Si	Resistencia de la torta o permeabili-dad	Caudal Area de filtración	>100:1 >100:1	20
Rehervidores	No	Temperaturas Viscosidades	Caudal Area de transferencia de calor	>100:1 >100:1	15
Compresores reciprocantes	No	Razón de compresión	Caudal Entrada de potencia Desplazamien-to del pistón	>100:1 >100:1 >100:1	10
Filtros rotatorios	Si	Resistencia de la torta o permeabi-lidad	Caudal Area de filtración	>100:1 25:1	20
Transportadores de tornillo	No	Densidad de la masa	Caudal Diámetro Potencia del motor	90:1 8:1	20
Extrusores de tornillo	No	Velocidad de corte	Caudal Entrada de potencia	100:1 100:1	20 10
Centrifugas de sedimentación	No	Método de descarga	Caudal Entrada de potencia	10:1 10:1	20 20
Sedimentadores	No	Velocidad de sedimenta-ción	Volumen Tiempo de residencia	>100:1	15
Columnas de aspersión (“Spray”)	No	Caudal Entrada de potencia	Caudal Entrada de potencia	10:1	20
Condensadores por aspersión (“Spray”)	No	Calor latente de  vaporización Temperatura	Caudal Relación de altura a diámetro	70:1 12:1	20
Intercambiadores de casco y tubos	No	Temperatura Viscosidades Conductividad térmica	Caudal Area de transferencia de calor	>100:1 >100:1	15

7.1.2  Factores de seguridad

Algunos  ejemplos de factores de seguridad recomendados para diseño de equipo, son mostrados en la Tabla 7.1.  Estos factores representan la cantidad de sobrediseño que debería usarse para compensar cambios en la operación  con el tiempo.

La aplicación indiscriminada de factores de seguridad puede ser muy deprimente para un diseño. Cada unidad de equipo debería diseñarse para llevar a cabo su función según sea necesario. Entonces si existen incertidumbres, puede ser aplicado un razonable factor de seguridad. El potencial incremento en los requerimientos de capacidad es algunas veces usado como excusa para aplicar factores de seguridad grandes. Esta practica, sin embargo, puede resultar en un grande sobrediseño tal que el equipo o el proceso nunca llegara a operar a valores óptimos.

En los trabajos de diseño en general, la magnitud de los factores de seguridad son dictados por las consideraciones económicas o de mercado, la exactitud de los cálculos de diseño, cambios potenciales en la operación, información disponible sobre el proceso total y el grado de incertidumbre usado sobre en el desarrollo de los componentes individuales del diseño. Cada factor de seguridad debe ser establecido sobre la base de las condiciones existentes, y el ingeniero químico no debería vacilar para usar un factor de seguridad de cero si la situación así lo determina.

7.1.3  Especificaciones

Una generalización para el diseño de equipo es que el equipo estándar debería ser seleccionada cada vez que sea posible. Si el equipo es estándar, el fabricante puede tener el tamaño deseado en stock. En todo caso, el fabricante puede usualmente cotizar un precio bajo y dar mejores garantias para equipo estándar que para el equipo especial.

El ingeniero químico no puede ser un experto en todos los tipos de equipo usado en las plantas industriales, y por lo tanto debe hacer un buen uso de la experiencia de otros. Mucha información útil se puede obtener de los fabricantes especializados en tipos particulares de equipo.

Antes de contactarse con un fabricante, el ingeniero debe evaluar las necesidades del diseño y preparar una hoja de especificación preliminar para el equipo. Esta hoja de especificación preliminar puede ser usada por el ingeniero como una base para la preparación de las especificaciones finales. La especificación preliminar debe mostrar lo siguiente:

1. Identificación
2. Función
3. Operación
4. Material manipulado
5. Datos básicos de diseño
6. Controles esenciales
7. Requerimientos de instrumentación
8. Tolerancias permisibles
9. Información especial y detalles pertinentes para equipo particular, tales como materiales de construcción incluyendo  embalaje, soportes, instalación, datos necesarios de distribución y detalles especiales de diseño.

Las especificaciones finales pueden ser preparadas por el ingeniero: sin embargo, se debe tener cuidado para evitar restricciones innecesarias. El ingeniero podría permitir a los potenciales fabricantes a hacer  sugerencias antes de la preparación de las especificaciones detalladas. En esta dirección, el diseño final puede incluir pequeños cambios que disminuyan los costos sin disminuir la eficiencia del; equipo. Por ejemplo los tubos en intercambiadores estándar son usualmente de 8, 12, 16 o 20 pies de longitud, y estas longitudes son ordinariamente mantenidas en stock por los fabricantes y los departamentos de mantenimiento. Si una especificación de diseño indica tubos de 15 pies de longitud, el fabricante podría probablemente usar  tubos de 16 pies. Este incremento en la longitud de 15 a 16 pies podría traer una reducción en el costo total de la unidad ya que se elimina la operación de corte de las unidades estándar. En adición, podría ser necesario el reemplazo de tubos después de poner en uso la unidad, y los costos de este reemplazo con tubos de 16 pies probablemente será menor que con tubos de 15 pies.

7.2.  MÉTODOS CORTOS DE SELECCIÓN DE EQUIPO

Para hacer que los métodos se aproximen dentro de una perspectiva de diseño, enfocaremos los diferentes caminos para enfocar los problemas de diseño.

En muchos casos, es absolutamente necesaria la solución más rigurosa del problema, algunas respuestas aproximadas son aceptables. Las soluciones tentativas pueden ser finales, o muchas veces como punto de inicio para análisis detallados; tales soluciones pueden basarse ya sea en la experiencia, o desarrolladas por analogía con situaciones conocidas.

Los métodos cortos se aplican a las especificaciones de equipo que son arbitrarios, o en los cuales un diseño riguroso no conlleva a mejorar significativamente los beneficios. Los métodos cortos pueden dar un posible curso de acción cuando las circunstancias no permiten buscar la mejor solución.

Las reglas dadas aquí pueden servir como un enunciado final o como un punto de inicio. Los ingenieros tienen sus propias reglas de operación y diseño o métodos cortos, y muchas de estas se dan aquí. Los métodos cortos dados en este texto, están sujetos a varias calificaciones. La mayoría de estas reglas son aplicadas mejor cuando se tiene familiaridad con sus aplicaciones.

Estas reglas son valiosas para diseños preliminares y estimación de costos. Más aún, ellas dan las perspectivas y el fundamento por medio del cual se pueden valorar la racionalidad de los cálculos detallados y asistidos por computador.

La información es arreglada por categorías comúnmente reconocidas. En algunas instancias, por claridad se han incluido definiciones y fundamentos.

7.2.1  Compresores y Bombas de vacío

1.       Los ventiladores son usados para elevar la presión alrededor de 3% (12 pulg de H₂O); los sopladores son usados para diferencias de alrededor de 40 psig; y los compresores para diferencias grandes.

2.       Bombas de vacío: Las tipo reciprocante de pistón son usadas para disminuir la presión hasta 1 torr; la rotatoria de pistón para bajar a 0,001 torr; la rotatoria de 2 lóbulos para bajar a 0,0001 torr, los eyectores de vapor, de una etapa para bajar a 100 torr, tres etapas bajan a 1torr, cinco etapas bajan a 0,05 torr.

3.       Un eyector de tres etapas necesita 100 lb de vapor/lb de aire a un vacío de 1 torr.

4.       La cantidad de aire evacuado por el equipo depende de la presión absoluta, torr, y el volumen de equipo, de acuerdo a:

w= cV^2/3                                                                       (7.1)

donde  w = aire evacuado, lb/h; c es una constante, = 0,2 cuando P>90 torr, =0,08 cuando 3<P<20 torr, y = 0,25 a P<1 torr; y V = volumen, pies³

5.       Potencia teórica adiabática:

P_h,p,t = (FT₁/8130 a)((P₂/P₁)^a – 1)                                  (7.2)

Donde P_hp,t = potencia, hp; F = caudal, pies³/s; T₁ = temperatura de entrada, °R; P₁ y P₂ = presiones de entrada y salida, psia; a = (k – 1)/k, donde k = razón de calores específicos.

6.       Temperatura de salida:

T₂ = T₁(P₂/P₁)^a                                                (7.3)

7.       Para comprimir aire a 100 °F: k = 1,4; razón de compresión = 3, potencia teórica requerida = 62 hp/ millón de pies³/día, temperatura de salida = 306 °F.

8.       En general, la temperatura de salida no debe exceder 350 – 400 °F; para gases diatómicos (k = 1,4), esto corresponde a una razón de compresión de alrededor de 4.

9.       La razón de compresión debe ser la misma en cada etapa en unidades de múltiple etapas. Con n etapas, y una presión de entrada P_o, la razón de compresión por etapa, C_R, es:

  C_R = ((P_n /P_o )^1/n                                                          (7.4)

10.   Eficiencias de compresores reciprocantes: 65 % a una razón de compresión de 1,5; 75 % a 2,0; y 80 – 85 % a una razón de 3 – 6.

11.   Las eficiencias de compresores centrífugos grandes son 76 – 78 % para unidades de   6 000 – 10 000 pies³/ min. de aire actual a condiciones de succión.

12.   Los compresores rotatorios tienen eficiencias de 70 %, excepto para sello de liquido, los cuales tienen 50 %.

7.2.2  Transportadores para partículas sólidas

1. Los transportadores de tornillo son usados para transportar sólidos pegajosos y abrasivos sobre inclinaciones de 20 grados aproximadamente. Ellos están limitados a distancias de alrededor de 150 pies debido a la tensión debido al esfuerzo de torque. Un transportador de 12 pulg de diámetro, puede manipular 1 000 – 3 000 pies³/h a velocidades en el rango de 40 a 160 rpm.
2. Los transportadores de banda son para grandes capacidades y grandes distancias (una milla o mas, pero en una planta varios cientos de pies), sobre inclinaciones de 30 grados como máximo, una banda de 24 pulg de ancho, puede transportar 3 000 pies³/h a 100 pies/min. , pero para algunos materiales se pueden usar velocidades de hasta 600 pies/min. el consumo de potencia es relativamente bajo.
3. Los elevadores de cubo son usados para el transporte vertical de materiales pegajosos y abrasivos. Con cubos de 20 pulg por lado, la capacidad puede alcanzar a 1 000 pies³/h a velocidad de 100 pies/min. , pero se pueden usar velocidades de hasta 300 pies/min.
4. Transportadores tipo rastrillo son usados para distancias cortas en una dirección y en espacios completamente cerrados. Estas unidades en el rango de tamaños de 3 pulg a 19 pulg de lado, pueden transportar desde 30 pies/min. (tamaños pequeños) hasta 250 pies/min. (granos). Los requerimientos de potencia son altos.
5. Los transportadores neumáticos son para grandes capacidades, distancias cortas (hasta 400 pies), pueden transportar simultáneamente desde diferentes puntos de partida hacia diferentes destinos. Se emplea ya sea vacío o presiones bajas (6 – 12 psig); las velocidades del aire son 35 – 120 pies/s, dependiendo del material y la presión; los requerimientos de aire son de 1 a 7 pies³/pie³ de sólido transportado.

7.2.3   Torres de enfriamiento

1.      El agua en contacto con el aire bajo condiciones adiabáticas, eventualmente se enfría hasta la temperatura de bulbo húmedo.

2.      En unidades comerciales, es posible alcanzar 90 % de saturación.

3.      El tamaño relativo de la torre es sensible a la diferencia entre la temperatura de salida y la temperatura de bulbo húmedo (ver tabla)

Diferencia de temperatura, °F         5             15             25

Volumen relativo                             24               1,0            0,55

4.      La torre debe tener una estructura abierta grande para minimizar la caída de presión, la cual, típicamente es como máximo de 2 pulg de H₂Ola velocidad de circulación del agua es 1 – 4 gpm/pie² y la velocidad del aire es 1 300 – 1 800 lb/(h)(pie²) o 300 – 400 pies/min.

5.      La chimenea asociada a torres de tiro natural son de forma hiperboloidal ya que de esta manera se da una gran resistencia para un espesor dado; una torre de 250 pies de alto tiene paredes de concreto de 5 – 6 pulg. la sección transversal ensanchada ayuda en la dispersión de la humedad del aire a la atmósfera.

6.      Las torres de tiro inducido y en contracorriente son las mas comunes en las industrias de procesos químicos. Estas torres son habilitadas para enfriar agua a cerca de 2 °F de la temperatura del bulbo húmedo.

7.      Las pérdidas por evaporación son 1 %  de la circulación por cada 10 °F del rango de enfriamiento

7.2.4  Chancado y molienda

1. Porcentajes en peso de material mas grande que 50 % del tamaño máximo son alrededor de 5º % para molinos rotatorios, 15 por ciento par molinos de volteo y 5 % para circuitos cerrados con molinos de bolas.
2. Los circuitos cerrados de molienda emplean un clasificador de tamaño externo y retornan los gruesos para remolienda. Los métodos de circuitos cerrados son mas comunes con molinos de bolas y de barras.
3. Las chancadoras de mandíbula toman los tamaños grandes, en rangos de varios pies de diámetro y lo reducen hasta 4 pulg. las velocidades de golpeo son de 100 – 300 golpes/min. las chancadoras giratorias son apropiadas para alimentaciones mas gruesas y para obtener productos con tamaños mas uniformes.
4. Las chancadoras de rodillo so hechas ya sean con rodillos lisos o ranurados. Una chancadora con rodillos de 24 pulg de diámetro puede aceptar tamaños de 14 pulg de diámetro. Rodillos pequeños tiene razones de reducción por encima de 4. Las velocidades son de 50 – 900 rpm. La capacidad es alrededor de 25 % del máximo correspondiente a una cantidad continua pasando a través de los rodillos.
5. Los molinos por golpe, golpean al material hasta que se reduzca de tamaño y pueda pasar a través de un cernidor colocado en el fondo del casco. Es posible una razón de reducción de 40. Las unidades grandes operan a 900 rpm y las pequeñas hasta 16 000 rpm. Para materiales fibrosos los cernidores llevan cuchillas para el corte.
6. Los molinos de varillas pueden tomar alimentaciones tan grandes como 50 mm y reducirlas hasta malla 300, pero normalmente los productos están en el rango de malla 8 – 65. Las varillas tienen  de 25 – 150 mm de diámetro. La razón de longitud a diámetro del molino es 1,5. Alrededor de 45 % del volumen del molino es ocupado por las varillas. La velocidad de rotación es de 50 – 60 % la velocidad crítica.
7. Los molinos de bolas son mas usados que los molinos de varillas para molienda fina. La carga consiste de pesos iguales de bolas de 1,5; 2 y 3 pulg para molienda fina. El volumen ocupado por las bolas es 50 % del volumen del molino. La rotación es entre 70 – 80 % de la velocidad crítica. Los molinos de bolas tienen razones de longitud a diámetro de 1 – 1,5.
8. Los molinos de tubo (neumáticos) tienen razones de 4 – 5 y son capaces de dar molienda muy fina.
9. Los molinos de guijarros tienen elementos cerámicos de molienda para evitar la contaminación por metales.

7.2.5  Cristalización a partir de soluciones

1. Recuperación completa de sólidos disueltos es posible por evaporación, pero solamente a la composición eutéctica por enfriamiento. El punto eutéctico también limita la recuperación por medio de la cristalización.
2. Las velocidades de crecimiento y el tamaño de los cristales son controlados limitando la extensión de sobresaturación por un tiempo.
3. La razón de la concentración prevaleciente a la concentración de saturación es mantenida entre 1,02 – 1,05.
4. En cristalización por enfriamiento, la temperatura de la solución es mantenida a lo máximo entre 1 – 2 °F por debajo de la temperatura de saturación a la concentración prevaleciente.
5. Bajo condiciones satisfactorias, las velocidades de crecimiento de los cristales son de 0,1 – 0,8 mm/h. Las velocidades de crecimiento son aproximadamente las mismas en todas direcciones.
6. Las velocidades de crecimiento son grandemente influenciadas por impurezas y ciertos aditivos específicos que varían en cada caso.

7.2.6  Destilación y absorción de gases

1.      La destilación es usualmente la vía mas económica para separar líquidos. Es superior a la extracción, adsorción, cristalización u otros métodos.

2.      Para mezclas binarias ideales, la volatilidad relativa, a₁₂, es la razón de las presiones de vapor:

a₁₂ = P₂/P₁                                                                        (7.5)

3.      La presión de operación de la torre es usualmente determinada por la temperatura del medio de condensación disponible; 100 – 120 °F si se usa agua como medio de enfriamiento; o por la máxima temperatura permitida en el rehervidor; si se usa vapor a 150 psig se puede alcanzar 366 °F.

4.      La secuencia de las columnas para la separación de mezclas de multiplecomponentes es: (a) efectuar primero las separaciones más fáciles (por ejemplo una que demande la menor cantidad de platos y reflujo) y dejar las más difíciles para después; (b) cuando ninguna volatilidad de los componentes de la alimentación varía considerablemente, remover los componentes uno por uno como productos del tope; (c) cuando al ordenar los componentes de la alimentación de acuerdo a su volatilidad, las volatilidades de los componentes adyacentes varían considerablemente, diseñar la separación en orden decreciente de su volatilidad; (d) cuando las concentraciones en la alimentación varia considerablemente, pero las volatilidades relativas no, remover los componentes en el orden de cómo decrecen las composiciones en la alimentación.

5.      La razón de reflujo económicamente óptima es alrededor de 1,2 veces la razón de reflujo mínimo.

6.      El número de platos económicamente óptimo es cerca del doble del valor mínimo.

7.      El número mínimo de platos N_m, se encuentra con la ecuación de Fenske – Underwood

N_m = log[(x/(1 – x)_d/(x/(1 – x)_w]/loga                               (7.6)

donde d se refiere al tope; w al fondo; x es la fracción molar

8.      El reflujo mínimo para mezclas binarias o pseudobinarias, cuando la separación es esencialmente completa (x_D  ~ 1), esta dado por la siguiente expresión:

R_m D/F = 1/(a – 1)                                                                (7.7)

cuando la alimentación es a su punto de burbuja

                   (R_m + 1)D/F = a/(a – 1)                                                         (7.8)

cuando la alimentación es a su punto de rocío

donde  x_D  es  la  concentración del producto  en  el destilado, y  D/F es  la  razón  de

producto en el tope a producto en la alimentación.

9.      Se puede usar un factor de seguridad igual al 10 % del número total de etapas calculado.

10.  Las bombas de reflujo deberán sobrediseñarse en no menos de 25 %.

11.  Para accesibilidad, el espaciado entre platos deberá ser 20 – 24 pulga.

12.  La máxima eficiencia del plato es para un factor de vapor F_S de 1,0 – 1,2.

F_S = u (r_v)^1/2                                                                     (7.9)

donde u es la velocidad, pies/s; y r_v es la densidad del vapor, lb/pie³.

F_S establece el diámetro de la torre. Las velocidades lineales son alrededor de 2 pies/s a presiones moderadas, y 6 pies/s al vacío.

13.   El valor óptimo del factor de absorción de Kremser – Brown es 1,25 – 2,0.

14.  La caída de presión por plato es alrededor de 3 pulg de H₂O o 0,1 psi.

15.  Las eficiencias de los platos para destilación de hidrocarburos ligeros y soluciones acuosas son de 60 – 90 %; para absorción de gas y desorción; 10 – 20 %.

16.  Los platos perforados tienen perforaciones de 0,25 – 0,50 pulg de diámetro; el área de las perforaciones es 19 % del área de sección transversal activa.

17.  Los platos de válvula tienen perforaciones de 1,50 pulg de diámetro cada uno, y están provistos con 12 – 14 casquillos levantables/pie² de sección transversal activa. Los platos de válvula usualmente son mas chicos que los platos perforados.

18.  Los platos con casquetes de burbujeo son usados solamente cuando el nivel de liquido que cae debe mantenerse en un nivel bajo; estos pueden diseñarse para bajas caídas de presión tan igual como los platos perforados o de válvula.

19.  La altura del vertedero en los platos es 2 pulg, la longitud del vertedero alrededor del 75 % del diámetro del plato; las velocidades del líquido son como máximo alrededor de8 gpm/ pulg de vertedero; para altas velocidades de liquido se usan arreglos en múltiple paso.

20.  Los rellenos al azar y empaques estructurados son especialmente recomendados par torres con menos de 3 pies de diámetro y cuando se desea una baja caída de presión. Con una adecuada distribución inicial y redistribuciones periódicas, la eficiencia volumétrica puede ser tan grande coma la de las columnas de platos. Los rellenos internos son usados como alternativa para conseguir una mejor separación en columnas existentes.

21.  Para velocidades de gas de 500 pies³/min, usar relleno de 1 pulg; para velocidades de gas de 2 000 pies³/min o mas, usar 2 pulg.

22.  Tomar una relación de diámetro de torre a empaque como mínimo de 15.

23.  Debido a la deformabilidad plástica, los empaques de plástico son limitados a 10 – 15 pies de altura sin soportes;  los de metal a 20 – 25 pies.

24.   Los redistribuidores de liquido son necesarios cada 5 – 10 veces el diámetro de la torre con anillos Pall, pero no mas que cada 20 pies. Para torres  tan grandes como 3 pies de diámetro son necesarias 3 – 5 corrientes de liquido/pie²; para pequeñas torres es necesaria una alta densidad.

25.  La HETP (altura equivalente a un plato teórico) para contacto vapor – liquido es 1,3 – 1,8 pies para anillos Pall de 1 pulg; 2,5 – 3,0 para anillos Pall de 2 pulg.

26.  Las torres empacadas pueden operar cerca al  70 % de la velocidad de inundación dada por la correlación de Sherwood, Lobo , et al.

27.  Los tanques de reflujo usualmente son horizontales, con una tiempo de retención de liquido de 5 min. Una  conexión para la salida de una segunda fase liquida, tal como un sistema agua hidrocarburos, es dimensionada para una velocidad lineal de la fase de 0,5 pies/s, con un diámetro mínimo de 16 pulg.

28.  Para torres de alrededor de 3 pies de diámetro, adicionar 4 pies al tope para desprendimiento del vapor, y 6 pies al fondo para el nivel de liquido y retorno del rehervidor.

29.  Los limites de altura de las torres son alrededor de 175 pies debido a consideraciones de seguridad.

7.2.7  Secado de sólidos

1. Los rangos de tiempo de secado son de unos pocos minutos en secadores tipo “spray”, a una hora o menos en secadores rotatorios, y por  varias horas (y eventualmente días) en secadores tipo estante o unidades de faja.
2. Secadores continuos de bandeja o de faja para materiales granulares de tamaño natural o pelletizados a 3 – 15 mm tienen un tiempo de secado de 10 – 200 min.
3. Secadores rotatorios cilíndricos emplean velocidades superficiales de aire de 5 – 10 pies/s, algunas veces hasta 35 pies/s cuando el material es ordinario. Los tiempos de residencia son de 5 – 90 min. La retención de sólidos es de 7 – 8 %. Para propósitos de diseño se toma un área de sección transversal libre de 85 %. La temperatura de salida del gas en flujo en contracorriente es  10 – 20 °C por encima de la temperatura del sólido; en flujo en paralelo, la temperatura de salida del sólido es 100 °C. Las velocidades de rotación usadas son alrededor de 4 rpm, pero el producto de la velocidad (rpm) y el diámetro (pies) es típicamente entre 15 y 25.
4. Secadores de tambor para pastas y lodos, tienen un tiempo de contacto de 3 – 12 s y velocidades de evaporación de 15 – 30 kg/(m²)(h), y producen hojuelas de 1 – 3 mm de espesor. Los diámetros son 1,5 – 5,0 pies; las velocidades de rotación son 2 – 10 rpm. La máxima capacidad comercial de evaporación es alrededor de 10 000 lb/h por secador.
5. Los secadores – transportadores neumáticos normalmente toman partículas de 1 – 3 mm de diámetro, pero normalmente pueden transportarse con tamaños por encima de 10 mm, cuando la mezcla es principalmente sobre la superficie. Las velocidades del aire son 10 – 30 m/s. Los tiempos de residencia en paso simple son 0,5 – 3,0 s, pero con reciclo normal, el tiempo de residencia promedio es 60 s. Las unidades tienen un rango de 0,2 m de diámetro por 1 m de alto a 0,3 m de diámetro por 38 m de longitud. Los requerimientos de aires son varios pies cúbicos por minuto de aire estándar por libre de producto seco por hora.
6. Los secadores de cama fluida trabajan mejor con partículas de unos cuantas décimas de un milímetro de diámetro, pero han sido procesadas por encima de los 4 mm. Por razones de seguridad la velocidad del gas es el doble de la mínima velocidad de fluidización. En operación continua, un tiempo de secado es 1- 2 min. es suficiente, pero secadores “batch” de algunos productos farmacéuticos usan tiempos de 2 – 3 h.
7. Los secadores por atomización (tipo “spray”) generalmente remueven la mezcla de la superficie en  alrededor de 5 s, y la mayoría de secadores lo hacen en menos de 60 s. Es común el flujo paralelo de aire y el material. Las boquillas atomizadoras tienen aberturas de 0,012 – 0,15 pulg y operan a presiones de 300 – 4 000 psi. Los cabezales atomizadores rotan a velocidades de 20 000 rpm, con velocidades periféricas de 250 – 600 pies/s. Con boquillas de atomización, los secadores tienen una relación de longitud a diámetro de 4 – 5; con atomizadores giratorios (cabezales), la relación es 0,5 – 1,0. Para diseño final, los expertos recomiendan pruebas a nivel de planta piloto en unidades de 2 m de diámetro.

7.2.8  Extracción Liquido – Liquido

1. La fase dispersa debería ser la que tenga el mayor flujo volumétrico, excepto en equipo sujeto a mezclado, en donde debería ser la fase con menor flujo. Esta debería ser la fase que humedezca menos al material de construcción de la pared. Como la retención de la fase continua generalmente es grande, esta fase debería ser la que tenga menos peligro de atacar al material.
2. No hay aplicaciones comerciales de reflujo en procesos de extracción, aun cuando la teoría es favorable.
3. Los mezcladores – separadores  son limitados a cinco etapas. El mezclado es realizado con impulsores rotatorios o bombas de circulación. Los separadores son diseñados asumiendo que los tamaños de las gotas son alrededor de 150 mm de diámetro. En recipientes abiertos los tiempos de residencia son de 30 – 60 min. , o velocidades superficiales de 0,5 – 1,5 pies/min. Las eficiencias de las etapas de extracción comúnmente son tomadas como 80 %.
4. Las torres “spray” aún con alturas de 20 – 40 pies no pueden funcionar mas que como una etapa simple.
5. Las torres empacadas son empleadas cuando son suficientes 5 – 10 etapas. Los anillos Pall de 1 – 1,5 pulg son los mejores. La fase dispersa cargada no debe exceder a 25 gal/(min)(pie²). Una HETP de 5 a 10 pies puede ser usada. La fase dispersa debe ser redistribuida cada 5 – 7 pies. Las torres empacadas no son satisfactorias cuando la tensión superficial es mayor que 10 dinas/cm.
6. Las torres con platos perforados tienen perforaciones de 3 – 8 mm de diámetro. Las velocidades a través de las perforaciones son mantenidas por debajo de 8 pies/s para evitar la formación de pequeñas gotas. Se puede diseñar la redispersión de cada fase en cada plato. El espaciamiento de los platos es  6 – 24 pulg; las eficiencias son 20 – 30 %.
7. Las torres de flujo pulsatil de platos y con empaque pueden operar a frecuencias de 90 ciclos/min. y amplitudes de 6 – 25 mm. En torres de diámetros grandes; se ha observado una HTP de alrededor de 1 m. Las tensiones superficiales altas como 80 – 40 dinas/cm no tienen efecto adverso.
8. Las Torres reciprocantes de platos tienen perforaciones de 9/16 pulg de diámetro, con 50 – 60 de área libre. Las longitudes de la carrera son de 0,75 pulg y dan 100 – 150 golpes/min. , el espaciado de platos normalmente es 2 pulg. pero puede usarse en el rango de 1 – 6 pulg. En una torre con 30 pulg de diámetro, la HETP es 20 – 25 pulg y el flujo es de 2 000 gal/(h)(pie²). Los requerimientos de potencia son mucho menores que en las torres de flujo pulsátil.
9. Los contactores de disco rotatorio u otras torres agitadas alcanzan HETPs de 0,1 – 0,5 m. El  contactor especialmente eficiente de disco perforado (tipo Kuhni), con 40 % de arrea de sección libre, tiene una HETP de 0,2 m y una capacidad de 50 m²/(m²)(h).

7.2.9  Filtración

1. Los procesos son clasificados por su velocidad de formación de la torta en un filtro de laboratorio al vacío. Rápidos 0,1 – 10,0 cm/s; medios 0,1 – 10 cm/min. ; lentos 0,1 –10 cm/h
2. No podría llevar a cabo la filtración continua si no se forma una torta de 1/8 pulg de espesor en menos de 5 min.
3. La filtración rápida es conseguida realizando la alimentación en el tope del tambor o con  promotores tipo centrifuga.
4. La velocidad media de filtración es conseguida con tambores o discos al vacío, o descortezadores tipo centrifuga.
5. Filtración lenta, cuando son manipulados lodos en filtros a presión o sedimentadores centrífugos.
6. La clarificación con formación despreciable de torta se consigue con tambores revestidos o con filtro de arena.
7. Las pruebas de laboratorio son convenientes cuando la superficie filtrante es unos cuantos metros cuadrados, cuando el lavado de la torta es crítico, o cuando el secado de la torta puede ser un problema o cuando puede ser  necesario un pre-tratamiento.
8. Para minerales finamente molidos, las velocidades de filtración en filtros rotatorios al vacío pueden ser de 1 500 lb/(día)(pie²), a 20 rev/h y 18 – 25 pulg de Hg de vacío.
9. Los sólidos de cuarzo y cristales pueden ser filtrados a velocidades de 6 000lb/(d)(pie²) a 20 rev/h, 2 – 6 pulg de Hg de vacío.

7.2.10  Fluidización de partículas con gases

1. Las propiedades de las partículas que son conducidas a fluidización uniforme incluyen: forma circular o uniforme; consistencia suficiente para resistir la atricción; tamaños de 50 – 500 mm de diámetro; y una distribución de tamaños con razones de grandes a pequeñas partículas igual a 10 – 25.
2. Los catalizadores de craqueo están incluidas en una clase de partículas caracterizadas por diámetros de 80 – 150 mm y densidades de alrededor de 1,5 g/mL. En estas es apreciable la formación del lecho antes de establecerse la fluidización, las velocidades mínimas de las burbujas son mayores que la velocidad mínima de fluidización y la desintegración de las burbujas es rápida.
3. El otro extremo es la fluidización uniforme de partículas, tipificadas pos lechos de arena y vidrio, los cuales han sido sujetos de muchos estudios de investigación de laboratorio. El rango de tamaños es 150 – 500 mm, y las densidades son 1,5 – 4,0 g/mL. La expansión del lecho es pequeña, las velocidades mínimas de fluidización y de las burbujas son aproximadamente iguales, y las burbujas son también rápidamente desintegradas.
4. Partículas cohesivas y tan grandes como 1mm o mas no fluidizan bien y usualmente son procesadas por otra vía.
5. Correlaciones empíricas han sido establecidas para velocidad mínima de fluidización, velocidad mínima de las burbujas, expansión del lecho, fluctuaciones del nivel del lecho y alturas de desintegración. Sin embargo, los expertos recomiendan que cualquier diseño real debe estar basado en trabajos de planta piloto.
6. Las operaciones prácticas son llevadas a cabo a dos o más múltiplos de la velocidad mínima de fluidización. En reactores el material de entrada es recuperado en ciclones y retornado al proceso. En secadores, las partículas finas secas como producto del material de entrada no necesitan ser recicladas.

7.2.11  Intercambiadores de calor

1. Tomar el flujo en contracorriente en un intercambiador de casco y tubos como la base de comparación.
2. Los tubos estándar son de ¾  pulg, O.D., arreglo triangular con espaciamiento de 1 pulg, 16 pies de longitud; un casco de 1 pie de diámetro acomoda 100 pies²; 2 pies de diámetro, 450 pies², 3 pies de diámetro 1 100 pies².
3. El lado de los tubos es para fluidos corrosivos, “sucios”, que forman incrustaciones y a presión.
4. El lado del casco es par fluidos viscosos y para condensación.
5. Las caídas de presión son 1,5 psi para líquidos hirviendo y 3 – 9 psi para otros servicios.
6. La aproximación mínima de temperaturas es de 20 °F, con enfriadores normales y 10 °F  o menos con refrigerantes.
7. La temperatura de entrada del agua es 90 °F y la temperatura máxima de salida es de 120 °F.
8. Para estimados usar los siguientes coeficientes de transferencia de calor; Btu/(h)(pie²)(°F): agua a liquido, 150; condensadores, 150; liquido a liquido, 50; liquido a gas, 5; gas a gas, 5; ebullición 200. Para el flujo máximo en rehervidores usar 10 000.
9. Los intercambiadores de doble tubo son competitivos para requerimientos de área de 100 – 200 pies².
10. Los intercambiadores compactos (placas o laminares) tienen 350 pies² de área de transferencia / pie³ de volumen, y alrededor de 4 veces el área de transferencia por unidad de volumen que los intercambiadores de casco y tubos.
11. Los intercambiadores de placas son adecuados para servicios sanitarios, y, en acero inoxidable son 25 – 50 % más baratos que las unidades tubulares.
12. Para enfriadores de aire: los tubos son de 0,75 – 1,0 pulg O.D.; total de superficie extendida es 15 – 20 pies²/pie² de superficie tubular; el coeficiente total de transferencia de calor, U, = 80 – 100 Btu/(h)(pie² de superficie lisa) (°F); la potencia de entrada al ventilador es 2 – 5 hp/(millón de Btu)(h); la aproximación es 50 °F o más.
13. Para calentadores al fuego: la velocidad de radiación es 12 000 Btu/(h)(pie²); la velocidad de convección 4 000 Btu/(h)(pie²); la velocidad del combustible frío en el tubo es 6 pies/s; la eficiencia térmica, 70 75 %; la temperatura de los gases de salida 250 – 35 °F, por encima de la temperatura de entrada; la temperatura del gas de chimenea 650 – 950 °F, aproximadamente igual calor transferido ocurre en ambas secciones.

7.2.12  Mezclado y Agitación

1.      La mayor cantidad de agitación es obtenida por circulación de liquido mediante un impulsor a velocidades superficiales de 0,1 – 0,2 pies/s, y agitación intensa a 0,07 – 1,0 pies/s.

2.      La intensidad de la agitación usando impulsores en tanques con pantallas depende de la potencia de entrada y su velocidad, como se da en la tabla 7.2.

Tabla  7.2    Requerimientos de potencia y velocidades de agitación en tanques con pantallas

Operación	Potencia necesaria hp/1 000 gal	Velocidad pies/min.
Mezclado	0,2 – 0,5	< 7,5
Reacción homogénea	0,5 – 1,5	7,5 – 10
Reacción con transf. de calor	1,5 – 5,0	10 – 15
Mezclado liquido – liquido	5 – 10	15 – 20
Mezclado liquido – gas	5 – 10	15 – 20
Lodos	10	> 20

3.      Las proporciones de un tanque agitado relativas al diámetro D, son: nivel de liquido = D; diámetro de la turbina del impulsor = D/3; nivel del impulsor sobre el fondo = D/3; ancho de la paleta del impulsor = D/15; cuatro pantallas verticales con un ancho = D/10.

4.      Los impulsores tipo paleta tienen como máximo 18 pulg de diámetro; los de tipo turbina, 9 pies.

5.      Las burbujas de gas esparcidas desde el fondo, resultan en una agitación moderada a una velocidad superficial del gas de 1 pie/min. ; y agitación severa a 4 pies/min.

6.      Suspensiones de sólidos teniendo velocidades de sedimentación de 0,03 pies/s son conseguidas ya sea con impulsores de turbina o paleta. Cuando la velocidad de sedimentación del sólido es 0,15 pies/s, es necesario agitación intensa con un agitador de paletas.

7.      La potencia para impulsar la mezcla de un gas y un liquido puede ser 25 – 50 % menos que la necesaria para impulsar un liquido solamente.

8.      Los mezcladores en línea son adecuados cuando un tiempo de contacto de 1 – 2 s es suficiente,  consumo de potencia de 0,1 – 0,2 hp/gal.

7.2.13  Aumento de tamaño de partículas

1. La secuencia de los métodos es: compresión dentro de un molde, y extrusión a través de un equipo específico seguido por el corte o disminución de tamaño; globulación del material moldeado; seguido por solidificación; aglomeración bajo volteo u otras condiciones de agitación con o sin agentes aglomerantes.
2. Los granuladores de tambor rotatorio, tienen relaciones de longitud a diámetro de 2 – 3; velocidades de  10 – 20 rpm;  inclinaciones a lo máximo de 10 %. Los tamaños son controlados variando la velocidad, el tiempo de residencia y la cantidad de aglomerante; son comunes diámetros de 2 – 5 mm.
3. Los granuladores de disco rotatorio dan productos con tamaños mas uniformes que los granuladores de tambor. Los fertilizantes so hechos con 1,5 – 3,5 mm de diámetro;  los minerales de hierro  10 – 25 mm.
4. Los compactadores de rodillo y briqueteadores son hechos con rodillos desde 130 mm de diámetro x 50 mm de ancho hasta 910 mm de diámetro x 550 mm de  ancho. Los materiales para extrusión tienen 1 – 10 mm de espesor y son disminuidos de tamaño para procesamiento, tal como alimentarlos a una máquina para hacer tabletas o para secadores.
5. Las tabletas son hechas en maquinas rotatorias de compresión que convierte los granos y otras partículas en piezas de tamaño uniforme. El diámetro máximo usual es alrededor de 1,5 pulg; pero tamaños especiales sobre las 4 pulg son posibles. Las maquinas operan a 100 rpm o similares, y dan por encima de 10 000 tabletas/min.
6. Los extrusores hacen “pellets” por compresión de pastas a través de un dispositivo específico, seguido de corte. Un extrusor de 8 pulg, con una capacidad de 2 000 lb/h de material plástico, es capaz de producir tubos a 150 – 300 pies/min. y cortarlos en tamaños tan pequeños como para dar 8 000 piezas/min. Los anillos extrusores de pellets, tienen perforaciones de 1,6 a 32 mm. las velocidades de producción so de 30 – 200 lb/(h)(hp).
7. Las torres granuladoras “prilling”, convierten al material en gotas y luego estas son solidificadas en contacto con una corriente de aire. Se usan torres tan altas como 60 m. La economía del proceso deviene en competitiva con otros métodos de granulación cuando se requiere una capacidad de 200 – 400 tons/día.    Por ejemplo los gránulos de nitrato de amonio son hechos con un rango de 5 – 95 % en tamaños de 1,6 – 3,5 mm de diámetro.
8. La granulación en lechos fluidizados se consigue en lechos de 12 – 24 pulg, con velocidades del aire de 0,1 – 2,5 m/s o 3 – 10 veces la velocidad mínima de fluidización con velocidades de evaporación de 0,005 – 1,0 kg/(m²)(s). Se tiene un producto con tamaño de 0,7 – 2,4 mm de diámetro.

7.2.14  Tuberías

1. Las velocidades y caídas de presión en las líneas de tuberías, con diámetro de línea D, dado en pulg: lado de la descarga de liquido bombeado, (5 + D/3) pies/s, 2,0 psi/100 pies; lado de la succión, (1,3 + D/6) pies/s, 0,4 psi/100 pies; vapor o gas, 20 D pies/s; 0,5 psi/100 pies.
2. Las válvulas de control requieren no menos de 10 psi de caída de presión para un buen funcionamiento.
3. Las válvulas de globo son usadas para gases, para control de flujo y siempre que se requiera un cierre hermético. Las válvulas de compuerta “Gate” son para la mayoría de los demás servicios.
4. Las uniones roscadas son usadas solamente hasta diámetros de 1,5 pulg; de otra manera se usan las uniones bridadas o uniones soldadas.
5. Las bridas y uniones son para 150, 300, 600, 900, 1500 ó 2000 psig.
6. El número de cédula de las tuberías es aproximadamente igual a 1 000 P/S, donde P es la presión interna, psig y S es la tensión de trabajo permisible (alrededor de 10 000 psi para acero al carbón A120 a 500 °F). El número de cédula de tubería 40 es el mas comúnmente empleado.

7.2.15  Bombas  

1.      Potencia para el bombeo de líquidos:

Potencia, hp = (gpm)(diferencia de presión, psi)/(1 714)(eficiencia fraccional)      (7.10)

2.      Si se desea conseguir una operación normal, la columna de succión positiva neta de la bomba (NPSH), debe estar en exceso de un cierto número, dependiendo de las características y condiciones de la bomba, lo cual es dado por el fabricante.

NPSH = (presión en el ojo del impulsor – presión de vapor)/(densidad)                 (7.11)

El rango común es de 4 – 20 pies.

3.      La velocidad específica N_S es dada por:

N_S = (rpm)(gpm)^0,5/(columna, pies)^0,75                                             (7.12)

La bomba puede ser deteriorada si son excedidos ciertos limites de N_S. Le eficiencia es mejor si esta opera dentro de los márgenes recomendados por el fabricante.

4.      Bombas centrifugas: Usar simple etapa para 15 – 5 000 gpm, columna máxima de 500 pies; múltiple etapa para 20 – 11 000 gpm, columna máxima de 5 500 pies. La eficiencia es de 45 % a 100 gpm, 70 % a 500 gpm. 80 % a 10 000 gpm.

5.       Las bombas de flujo axial son para 20 – 100 000 gpm, 40 pies de columna, 50 – 80 % de eficiencia.

6.      Las bombas reciprocantes son para 10 – 10 000 gpm, 1 millón de pies de columna como máximo. La eficiencia es 70 % a 10 hp, 85 % a 50 hp y  90 % a 500 hp.

7.2.16  Reactores

1. La velocidad de reacción en cada situación debe establecerse por pruebas de laboratorio, y el tiempo de residencia o el tiempo espacial y la distribución de producto por pruebas de planta piloto.
2. Las partículas de catalizador son de 0,1 mm de diámetro en lechos fluidizados, 1 mm en lechos de lodo, y 2 – 5 mm en lechos fijos.
3. Las proporciones optimas de reactores tipo tanque agitado son, el nivel de liquido igual al diámetro del tanque.
4. La entrada de potencia para una reacción homogénea en un tanque agitado es 0,5 – 1,5 hp/1 000 gal, pero la entrada es tres veces mas cuando se debe transferir calor.
5. El reactor ideal continuo tipo tanque agitado (CSTR), se acerca a este comportamiento cuando el tiempo medio de residencia es 5 – 10 veces el tiempo necesario para conseguir la homogeneidad, la cual es acompañada por 500 – 2 000 rpm de un impulsor adecuadamente diseñado.
6. Las reacciones “batch” son llevadas a cabo en reactores agitados pequeños, para  pequeñas cantidades de producción, o cuando el tiempo de reacción es grande, o cuando algunas condiciones tal como la cantidad de alimentación o la temperatura deben ser programadas en alguna vía.
7. Relativamente pocas reacciones de líquidos y lodos son conducidas en reactores continuos tipo tanque agitado. Una batería de cuatro o cinco unidades en serie es más económica.
8. Los reactores de flujo tubular son adecuados para grandes capacidades de producción a tiempos de residencia cortos (segundos o minutos) y cuando es necesario una sustancial transferencia de calor. Se usan los tubos enchaquetados o las construcciones de casco y tubos.
9. En reactores empaquetados con catalizadores granulares, la distribución del tiempo de residencia a menudo no es mejor que la de una batería de CSTR con cinco etapas./
10. Para conversiones antes de 95 % del equilibrio, la operación de unidades CSTR de cinco etapas se aproxima al flujo en pistón.

7.2.17  Refrigeración

1. Una ton de refrigeración es igual a la remoción de 12 000 Btu/h de calor.
2. A varios niveles de temperatura:  0 a 50 °F use agua fría con sal y soluciones de glicol; – 50 a 40 °F, amoniaco, freones, butano; – 150 a –50 °F, etano o propano.
3. La refrigeración en compresión con condensador a 100 °F, requiere los siguientes valores en hp/ton a diferentes temperaturas: 1,21 a 20 °F; 1,75 a 0 °F; 3,1 a – 40 °F; 5,2 a – 80 °F.
4. Por debajo de  – 80 °F, usar dos o tres refrigerantes en cascada.
5. En compresión de simple etapa, la razón de compresión es limitada a alrededor de 4
6. En compresión de múltiple etapa, la economía es mejorada con  enfriamiento entre etapas. Ejemplo una operación con economizados.
7. La refrigeración – absorción (empleando amoniaco a – 30 °F, bromuro de litio a 45 °F) es económica cuando se dispone de vapor agotado de 12 psi mas o menos.

7.2.18  Separación de partículas por tamaño

1. Separadores “Grizzles” construidos de barras paralelas a espaciamiento apropiado son usados para remover productos tan grandes como 5 pulg de diámetro.
2. Los separadores cilíndricos, rotan a 15 – 20 rpm y por debajo de la velocidad crítica; estos son adecuados para la separación de partículas secas o húmedas de 10 – 60 mm de diámetro.
3. Los cedazos planos son vibrados, o golpeados, impactados contra ballas con excéntrica. Los cedazos inclinados vibran a alrededor de 600 – 7 000 golpes/min. y son usados para menos de 30 mm, no obstante pueden separar hasta 200 mm. Los cedazos reciprocantes operan a 30 – 1 000 golpes/min., y manipulan tamaños por debajo de 0,25 mm a altas velocidades.
4. Separadores rotatorios operan a 500 – 600 rpm y son adecuados para un rango de 12 mm a 50 mm.
5. Los clasificadores de aire son preferidos para tamaños pequeños, debido a que los cedazos de malla 150 y finos son frágiles y lentos.
6. La clasificación en húmedo es usada para obtener productos con dos rangos de tamaño, sobre el tamaño y bajo el tamaño (“oversize” y “undersize”) con un corte comúnmente en rangos entre malla 28 y 200. Un clasificador de rastrillo opera a alrededor de 9 golpes/min. a malla 28. El contenido de sólidos no es crítico, y el contenido del sobreflujo (“overflow”) puede ser 2 – 20 % o más.
7. Hidrociclones manipulan sobre los 600 pies³/min y pueden remover partículas de 5 – 300 mm a partir de suspensiones diluidas.

7.2.19  Utilitarios, especificaciones comunes

1. Vapor: 15 – 30 psig, a 250 – 275 °F; 150 psig a 366°F; 400 psig a 448 °F; 600 psig a 488 °F; o con 100 – 150 °F de sobrecalentamiento.
2. Agua de enfriamiento: Suministrada por la torre de enfriamiento es a 80 – 90 °F; el retorno es a 115 – 125 °F, el retorno de agua de mar es a 110 °F, el retorno de agua temperada o de condensado es de alrededor 125 °F.
3. El aire de enfriamiento se suministra a 85 – 95 °F; la aproximación de temperatura al proceso es 40 °F.
4. Aire comprimido a 45; 150; 300 ó 450 psig.
5. Aire para instrumentos a 45 psig, 0 °F  de temperatura de bulbo húmedo.
6. Combustibles: Gas de 1 000 Btu/pie³  a 5 – 10 psig, o sobre los 25 psig para algunos tipos de hornos; líquidos a 6 millones de Btu/gal.
7. Fluidos para transferencia de calor: Usar aceites de petróleo para debajo de 600 °F, Dowtherm para debajo de 750 °F, sales fundidas para debajo de 1 100 °F, fuego directo o electricidad para alrededor de 450 °F.
8. Electricidad: Para 1 – 100 hp, usar 220 – 550 V; 200 – 2 500 hp, 2 300 – 4 000 V.

7.2.20  Recipientes (Tambores)

1.      Los tambores son relativamente pequeños recipientes para proporcionar una capacidad de retención o para separación de fases mezcladas.

2.      Los tambores para líquidos generalmente son horizontales

3.      Los separadores gas/liquido son verticales.

4.      La relación óptima de longitud/diámetro = 3, pero es común de 2,5 – 5,0

5.      El tiempo de retención máximo es de 5 min. para tanques de reflujo, 5 – 10 min. para corrientes de producto alimentadas a otra torre.

6.      En tanques de alimentación a hornos, el tiempo de retención es de 30 min.

7.      Los recipientes acondicionados a los compresores deberán diseñarse para una capacidad  no menos a 10 veces el volumen del gas pasando por el compresor/min.

8.      Los separadores liquido/liquido son diseñados para velocidades de 3 – 3 pulg/min.

9.      Las velocidades del gas en separadores gas/liquido son dadas por:

                             V = k ((r_L/r_V) – 1)^1/2                                        (7.13)

Donde  V es la velocidad, pies/s, r es la densidad del liquido(L) y vapor (V), lb/pie³, y k es una constante = 0,35 sin una malla de retención,  =0,1 con malla.

10.  Se puede retener el 99 % de las burbujas de liquido que van con el vapor usando mallas de retención hasta  4 – 12 pulg de espesor; 6 pulg es la más común.

11.  Para sistemas verticales de retención, el valor de k es reducido en dos tercios.

12.  Es de esperarse una buena operación a velocidades de 30 – 100 % de aquellas calculadas con un valor dado de k; 75 % es la más recomendable.

13.  El espacio para el desprendimiento de los gases o vapores es de 6 – 18 pulg por encima de la malla de retención y 12 pulg por debajo.

14.  Los ciclones separadores, pueden ser diseñados para una recolección de 95 % de partículas de 5 mm, pero usualmente solo los tamaños mayores a 50 mm necesitan ser removidos.

7.2.21 Recipientes (A presión)

1.      Entre temperaturas de proceso de – 20 a 650  °F, establecer la temperatura de diseño 50  °F por sobre la temperatura de operación; mayores márgenes de seguridad son usados fuera de este rango de temperaturas.

2.      La presión de diseño es 10 % 0 10 – 25 psi sobre la presión de operación máxima, aun cuando esta sea grande. De otro lado, la presión de operación máxima es tomada como 25 psi sobre la presión de  operación normal.

Tabla 7.3  Tensión máxima permisible para recipientes a presión

Temperatura   °F
– 20 a 650         750               850               1000
Tensión máxima, psi
Acero corriente, SA203	18 750	15 650	9 550	2 500
Acero inoxidable 302	18 750	18 750	15 90	6 250

3.      La presión de diseño para recipientes operando a 0 – 10 psig y 600 – 100  °F es 40 psig.

4.      Para operaciones al vacío, las presiones de diseño son 15 psig y vacío total.

5.      El mínimo espesor de la pared para rigidez es 0,25 pulg, para 42 pulg de diámetro y por debajo de 0,32 pulg para 42 – 60 pulg de diámetro; y 0,38 pulg para diámetros por sobre 60 pulg.

6.      La tolerancia para la corrosión es de 0,35 pulg para condiciones corrosivas conocidas, 0,15 para corrientes no corrosivas y 0,06 pulg para recipientes de vapor y receptores de aire.

7.      La tensión de trabajo permisible es de un cuarto de la máxima tensión del material.

8.      La tensión máxima depende de la temperatura y se muestra en la Tabla 7.3.

7.2.22   Recipientes (Tanques de almacenamiento)

1. Para menos de 1 000 gal usar tanques verticales sobre soportes (“patas”).
2. Para 1 000 – 10 000 gal usar tanques horizontales sobre concreto.
3. Por sobre los 10 000 gal usar tanques verticales sobre concreto.
4. Para el almacenamiento de líquidos sujetos a pérdidas por volatilización, se pueden usar tanques con tapa flotante o juntas de expansión.
5. El volumen libre es de 15 % para menos de 500 gal y 10 % para capacidades mayores.
6. Para materias primas y producto es frecuentemente usada una capacidad de almacenamiento para 30 días, pero esto depende de las características especificas de transporte para materias primas y producto.
7. La capacidad de almacenamiento de los tanques es como mínimo 1,5 veces la capacidad del equipo de transporte.

7.3.  MATERIALES DE CONSTRUCCION

Los efectos de la corrosión y erosión pueden ser considerados en el diseño de plantas químicas y equipo. La resistencia química y las propiedades físicas de materiales de construcción, por lo tanto, son factores importantes en la elección y diseño de equipo. Los materiales de construcción deben ser resistentes a la acción corrosiva de cualquier compuesto químico en contacto con las áreas expuestas. La posible erosión causada por el flujo de fluidos u otro tipo de sustancias en movimiento debe ser considerada, aun cuando los materiales puedan tener adecuada resistencia química. Dureza estructural, resistencia al choque físico o térmico, costo, proceso de fabricación, mantenimiento necesario, y tipos generales de servicios requeridos, incluyendo temperaturas y presiones de operación, son factores adicionales que influyen en la elección final de materiales de construcción.

Cuando existe duda sobre materiales satisfactorios para la construcción de equipo, se puede acudir a la literatura sobre el particular o llevar a cabo pruebas de laboratorio bajo condiciones similares a las condiciones finales de operación. los resultados de las pruebas de laboratorio indican la resistencia del material a la corrosión y también el efecto sobre el producto causado por el contacto con el material particular. Ulteriores pruebas a escala de planta piloto pueden ser necesarios en orden a determinar el grado de resistencia a la erosión u otros factores operacionales.