Pedro Bueno Márquez - Preparar y acondicionar los equipos principales e instalaciones auxiliares de la planta química. QUIE0108

Intercambiadores de placas

Compuestos por una serie de placas unidas entre sí y montadas sobre una estructura de soporte, estos intercambiadores se diseñan para que los fluidos realicen el intercambio térmico a través de toda la superficie de la chapa que los separa. Con estos intercambiadores se obtienen altas superficies de intercambio aunque también provocan altas pérdidas de carga.

Estos equipos pueden ser ampliados sin dificultad, añadiendo placas adicionales, ya que estas son independientes entre sí.

Recuerde

Existen cuatro tipos de intercambiadores: de tubos concéntricos, de tubos aleteados, de carcasa y tubo y de placas.

Aplicación práctica

En la industria en la que trabaja han detectado un problema de atascos continuos en el intercambiador de placas que precalienta la corriente de alimentación al proceso.

Tras un exhaustivo análisis se ha detectado que el problema de atascos era debido al alto contenido en sólidos de la corriente que se calentaba, y se decide cambiar este modelo de intercambiador por otro acorde a las necesidades del proceso.

Si sabe que el aumento de temperatura que necesita la alimentación es pequeño, ¿qué intercambiador instalaría usted? ¿Por qué?

SOLUCIÓN

El intercambiador de tubos concéntricos sería el más adecuado, ya que el fluido a calentar puede circular por el tubo interior como si fuera un tramo más de tubería, por lo que no se producirían deposiciones de sólidos. Este cambio es factible, dado que el aumento de temperatura del fluido es pequeño. Si no fuese así, habría que seleccionar otro modelo de intercambiador, el de carcasa y tubos concretamente.

2.3. Reactores

Un reactor químico puede ser cualquier equipo en el que tenga lugar una reacción química, desde un recipiente abierto hasta una tubería en la que la reacción se produce a medida que el flujo la atraviesa, aunque las exigencias para los reactores químicos industriales son mayores que el simple hecho de contener una reacción química, ya que estos estarán diseñados para:

1 Asegurar un tiempo de contacto entre los reactantes que permita alcanzar la conversión a productos para la que fue diseñado.

2 Proporcionar un tipo de contacto o flujo adecuado en el interior del equipo para conseguir la mezcla homogénea de los reactantes.

3 Soportar condiciones de temperatura, presión y composición de reactivos y productos, de forma que se maximice la producción y se minimicen los riesgos para la seguridad.

4 Ser adecuados para los estados de agregación de reactantes y productos de reacción.

Los principales tipos de reactores son:

1 Reactores de tanque agitado.

2 Reactores flujo pistón.

Las principales diferencias entre ambos están en la forma en la que se mezclan los reactantes y en cómo se obtiene el producto.

En el caso del tanque agitado, la composición de cada porción de volumen es la misma, mientras que en el flujo pistón la concentración de reactantes será más pobre y la producción más rica cuanto más alejado esté el punto de muestreo de la entrada de reactantes.

La reacción química provoca que la composición de la salida de un reactor sea diferente a la alimentación, pudiendo ocurrir que el estado de agregación de la corriente de productos sea diferente que el de la corriente de alimentación. Es decir, los gases pueden ser reactantes para producir líquidos y estos pueden ser reactantes para producir sólidos suspendidos en líquidos, etc.

A pesar de que ambos tipos de reactores operan de forma estacionaria o continua, pueden encontrarse reactores de funcionamiento no estacionario, entre los que se encuentran los reactores semi-continuos o de trabajo por lotes, e incluso reactores para producción en discontinuo. Dependiendo del producto a obtener y del tipo de reacción, se incluirá en el proceso un modelo diferente de reactor, existiendo una gran variedad de estos.

Recuerde

La reacción química provoca que la composición de la salida de un reactor sea diferente a la alimentación.

2.4. Columnas de destilación o separación

Las columnas de destilación son, probablemente, los equipos de separación más importantes de la industria química. Gracias a ellos es posible el fraccionamiento de crudos y, por tanto, la producción de combustibles derivados del petróleo.

El funcionamiento de las columnas de destilación se basa en el principio físico-químico de que, al calentar un fluido que contiene varios componentes, estos se separan físicamente en distintas fracciones de destilación directa, clasificándose por orden decreciente de volatilidad, es decir, los más volátiles serán los que evaporen a menor temperatura y ocuparán una de las salidas superiores en la columna, y los menos volátiles evaporarán a mayor temperatura (incluso pueden permanecer en estado líquido) y su salida se encontrará en unos de los puntos inferiores de la columna. O lo que es lo mismo, los componentes con temperatura de ebullición superior condensarán primero, desplazándose por el interior de la columna hasta llegar a las zonas bajas, mientras que las fracciones con temperatura de ebullición más baja alcanzarán mayor altura en la torre antes de condensarse.

Por el interior de columna, los líquidos descendentes y los vapores ascendentes se cruzan de forma continua. En cada tramo del equipo se encuentran unos separadores especiales, denominados platos,que extraen una fracción del líquido que se condensa en cada nivel.

Sabía que...

Una columna de destilación instalada en una refinería se alimenta con crudo y genera simultáneamente propano, butano, gasolinas, carburantes de aviación, aceites combustibles, fuelóleo y asfaltos, entre otras corrientes.

En función de la presión a la que se realiza la operación, puede tratarse de:

1 Destilación atmosférica.

2 Destilación a vacío (presión interior de la columna menor a 1 atm.).

Las columnas de destilación a vacío proporcionan una presión reducida en el interior de la columna, mientras las de destilación atmosférica lo hacen a la presión de 1 atmósfera. La aplicación de una presión reducida a la destilación persigue el objetivo de reducir las temperaturas de evaporación de las diferentes fracciones, de forma que se evite la desnaturalización o el craqueo (en el caso del petróleo) de alguna de ellas.

Columna de destilación para fraccionamiento de petróleo

Definición

AtmósferaUnidad de presión o tensión equivalente a la ejercida por la atmósfera al nivel del mar, y que es igual a la presión de una columna de mercurio de 760 mm de alto.

2.5. Filtros

El uso de filtros se destina a operaciones de separación de partículas sólidas contenidas en un fluido, pasándolo a través de un medio filtrante. El fluido puede ser un líquido o un gas. A pesar de que existen múltiples modelos de filtros, en cuanto a funcionamiento, diseño y características, todos ellos utilizan un elemento filtrante, como puede ser una malla, para realizar la separación física de los sólidos. De esta forma se obtienen dos flujos a la salida de un filtro: uno, concentrado en sólidos y, otro, clarificado.