Compreendendo os layouts das torres
O que são os internos da torre?
Como selecionar os componentes internos da torre com base na pressão e nas aplicações
Os componentes internos impactam diretamente a eficiência de uma torre, e diferentes aplicações requerem componentes internos especializados. Use este guia de seleção interna de torre para saber mais sobre os componentes de uma torre e como escolher os melhores para aplicações específicas.
Compreendendo os layouts das torres
Embora saber o que os componentes internos da torre fazem seja importante para compreender o funcionamento da torre, eles constituem apenas uma pequena parte da torre. Ver como os componentes internos se encaixam no layout geral da torre pode facilitar a compreensão do sistema.
Primeiro, a operação da torre consiste em misturar líquido e gás. Ao maximizar a área de superfície através de uma variedade de meios de empacotamento e canais de distribuição, a torre pode aumentar a área de superfície do líquido que entra em contato com o gás. Embora os componentes internos desempenhem papéis críticos na disseminação uniforme do líquido por todo o gás, o método de adição do líquido ao topo desempenha um papel tão importante no processo quanto a escolha da embalagem interna.
No interior da torre, embalagens ou bandejas, suportes e distribuidores garantem o fluxo uniforme de líquidos e gases. Através da transferência de massa entre líquidos e gases, as torres podem realizar tarefas de absorção ou destilação. Várias indústrias utilizam essas estruturas, como tratamento de água, processamento de águas residuais, processamento químico e depuração da poluição proveniente de emissões gasosas das plantas.
O layout geral de uma torre inclui uma entrada na parte superior para o líquido e uma entrada na parte inferior para o gás. O gás sobe através de um distribuidor e do material de embalagem para se misturar com o líquido. O líquido é pulverizado de um distribuidor na parte superior sobre o material de embalagem. Os suportes sustentam cada camada de mídia de embalagem. Um redistribuidor de líquido no meio evita que qualquer líquido se acumule ao longo das paredes da torre.
A distribuição destas massas garante a eficiência da torre. O líquido tratado flui para fora da parte inferior da torre, e o gás que captou compostos orgânicos voláteis (VOCs) da água é descarregado pelo topo.
Vários fatores influenciam o projeto da torre, como:
Tipo, profundidade e tamanho do meio de embalagem
Taxa de carga superficial
A relação entre o volume de ar e água
A torre em si deve ter uma construção que não reaja com os materiais internos. Portanto, os materiais comuns incluem plástico com reforço de vidro, aço com revestimento de borracha ou polietileno. As torres têm formato cilíndrico para permitir a distribuição uniforme do líquido a partir do topo.
O que são os internos da torre?
Cada uma das partes internas da torre funciona para auxiliar na distribuição uniforme de líquidos e gases para permitir a máxima transferência de massa. Cada componente desempenha um papel vital e deve atender às necessidades da pressão, dos líquidos e dos gases com os quais trabalha. As peças erradas podem contribuir para problemas na torre, como formação de espuma e incrustações. A seguir estão os componentes internos comuns da torre necessários para uma operação eficiente:
1. Distribuidor de Líquidos
O distribuidor de líquido crítico deve espalhar uma névoa uniforme de líquido sobre o meio de embalagem. Obstruções, pressão irregular e outros problemas que impedem a dispersão mais ampla do líquido afetarão a eficiência de toda a torre. Os distribuidores de líquidos vêm em duas formas principais, operados por gravidade ou pressão. A força por trás do líquido indica em qual categoria o distribuidor se enquadra.
Os distribuidores de gravidade usam a força da gravidade para espalhar uma camada uniforme de líquido na torre. Embora possam lidar com maiores quantidades de líquido do que os tipos de pressão, eles não têm tantos pontos de saída quanto os distribuidores de líquido sob pressão.
Os tipos de distribuidores de gravidade incluem calha, tubo gotejador e bandeja. Para usar um distribuidor de calha, primeiro despeje o líquido em uma caixa divisória. Desta caixa, o líquido fluirá uniformemente para as calhas e para fora do fundo do distribuidor. Este modelo funciona bem com aplicações de alto volume ou que exigem prevenção de incrustações.
O tubo de gotejamento e a bandeja são tipos de distribuidores de gravidade intimamente relacionados. Ambos têm um design que permite que o gás suba pelo distribuidor por meio de aberturas escalonadas de alturas variadas. Orifícios ou tubos gotejadores permitem a passagem do líquido. Para aplicações de incrustação, os designs de tubos gotejadores funcionam melhor do que os distribuidores de panelas.
Os distribuidores de líquido sob pressão são mais econômicos do que os modelos gravitacionais e usam pressão para forçar o líquido através das aberturas. Isso permite que mais vapor flua para o distribuidor. No entanto, eles podem corroer mais do que os modelos gravitacionais.
Os distribuidores de líquido sob pressão incluem tipo escada e bico de pulverização. Os distribuidores do tipo escada apresentam tubos ramificados dispostos em ângulos de 90-graus em relação à fonte. As aberturas nos galhos permitem que o líquido escorra. Embora os tubos do tipo escada acomodem grandes ou médios volumes de líquido, suas aberturas podem entupir em sistemas incrustantes ou quando os líquidos contêm sólidos dissolvidos. Os distribuidores de bicos de pulverização enviam melhor volumes menores de líquido em leitos curtos para transferência de calor ou refinarias. Esses distribuidores não funcionam bem para uso em destilação.
2. Grade de Apoio
A grade de suporte pode lidar com materiais de embalagem aleatórios ou estruturados. Essas grades devem sustentar os componentes da embalagem sem deixar que caiam, ao mesmo tempo que permitem o fluxo adequado de gás e líquido através deles. Ao usar grades de suporte com empacotamento aleatório, as grades precisam de barras para serem fixadas aos anéis de suporte.
Grades de suporte bem feitas garantirão uma área aberta maximizada, oferecerão suporte adequado para leitos de qualquer altura e garantirão alto desempenho da torre. As grades de suporte possuem uma variedade de materiais para construção, incluindo plásticos reforçados com fibra de vidro (FRP), metal ou plástico.
Em aplicações com fluxo de gás baixo ou médio, as grades de suporte de empacotamento também podem funcionar como grades de retenção.
3. Grade de retenção
Uma grade de fixação, também conhecida como limitador de leito, fica sobre o material de embalagem para mantê-lo nivelado e no lugar. Para empacotamento estruturado, o movimento da torre ou inundação pode deslocar o empacotamento. No entanto, um limitador de leito no topo da gaxeta impede que o material se mova.
Para empacotamento aleatório, uma grade de retenção executa uma tarefa ainda mais crítica de evitar a fluidização do topo do leito em caso de inundação na torre. A grade de retenção garante maior controle sobre o sistema, mesmo em caso de inundação. Esta grade distribui a pressão de maneira mais uniforme pelo leito, reduzindo o impacto de inundações aleatórias ou outros incidentes.
Essas grades ficarão sobre o material do leito de embalagem ou serão instaladas nas paredes da torre.
4. Redistribuidor de Líquido
Nem todas as torres exigem o uso de redistribuidores de líquidos. No entanto, para aplicações que possuem múltiplas alimentações líquidas, necessitam de retiradas laterais de líquido ou requerem melhor mistura de substâncias diferentes, um redistribuidor de líquido pode ajudar. Esses dispositivos ficam embaixo da cama e coletam o líquido e o redistribuem uniformemente na parte inferior da torre. Os principais tipos são coletores de líquidos para retirada e redistribuidores de líquidos por orifício.
Os coletores para escoamento incluem risers de vapor e tubos que podem desviar o líquido para reservatórios. Os distribuidores de líquido com orifício coletam o líquido do leito acima, misturam-no e redistribuem-no em um padrão uniforme através de orifícios na parte inferior da torre. Para uma distribuição ideal de líquidos em toda a torre e mistura de diferentes fluidos, os redistribuidores de líquidos devem ser emparelhados com distribuidores. Este par melhora a uniformidade da propagação do líquido e a eficiência da torre.
5. Distribuidor de Gás
Um aspersor distribuidor de gás fornece um vapor uniforme para a torre. Para maximizar a altura da torre, instale um destes na parte inferior da torre. Outra opção para torres com múltiplos leitos é instalar um aspersor entre os leitos. Portanto, o vapor fresco mistura-se melhor com o líquido e o vapor da parte inferior da torre.
O dimensionamento dos aspersores do distribuidor de gás depende da pressão do ar, fluxo de gás, temperatura, resistência do compressor e velocidade de saída do vapor.
Como selecionar os componentes internos da torre com base na pressão e nas aplicações
Os internos da torre dependem muito da pressão do sistema e dos tipos de meio de embalagem. No entanto, esses fatores são apenas algumas das muitas considerações ao comprar componentes internos de torres. As taxas de fluxo do vapor e do líquido também desempenham um papel na escolha dos componentes internos.
Tipos de pressão interna da torre
As variações de pressão nas torres podem ser altas, baixas ou uma queda significativa. Os dispositivos internos dentro da torre devem atender às necessidades de pressão do fluxo de vapor ou líquido para não prejudicar o desempenho:
Baixa pressão:A aplicação de líquidos em baixa pressão por meio de um bico de pulverização pode funcionar melhor com bandejas, pois este é um dos dois principais usos das bandejas. O empacotamento estruturado funciona melhor quando a pressão do sistema está abaixo de 2 atmosferas (atm) e em baixas taxas de líquido.
Alta pressão:Em aplicações de destilação de alta pressão, é melhor usar meios que funcionem melhor com fluxos de líquido mais elevados, como bandejas ou embalagens aleatórias. Pressões excessivamente altas podem danificar algumas gaxetas aleatórias. Consultar um engenheiro de projeto usando parâmetros específicos de um sistema de alta pressão pode ajudar a encontrar o material de vedação ideal.
Vácuo ou queda de pressão:Em aplicações que exigem a minimização da queda de pressão, utilize gaxetas estruturadas para reduzir o efeito. Se a embalagem estruturada não for suficiente, use embalagem aleatória, que apresenta quedas de pressão menores que as bandejas.
Fatores que influenciam a seleção dos componentes internos da torre
Os tipos de mídia usados para empacotamento dentro de uma torre também são importantes. O conteúdo dos líquidos que passam pela mídia e a altura do leito serão levados em consideração na seleção final:
Sólidos em líquido:Para qualquer situação que envolva a passagem de sólidos pela torre nos líquidos tratados, os distribuidores de líquidos com recipientes de orifício e os distribuidores de calha são ideais. Eles permitem que os sólidos se assentem enquanto permitem a passagem de líquidos.
Fluxos pesados de gás ou líquido:Os distribuidores de calha são ideais para aplicações que exigem transferência de massa com fluxos pesados de gases ou líquidos. Graças ao design com entalhe cônico, as características de abertura são boas.
Tratamento de águas residuais:Para o tratamento de águas residuais, o material de embalagem que aumenta o crescimento de bactérias benéficas melhorará o processamento das águas residuais. Por exemplo, as embalagens aleatórias da MACH Engineering Bio-Media têm um design e um material que estimula protozoários e fungos que decomporão a matéria orgânica nas águas residuais. As gaxetas MACH Cascade Bio-Media têm um formato que permite a passagem de sólidos, reduzindo a incrustação.
Materiais corrosivos:Ácidos e outros materiais corrosivos no líquido ou vapor requerem materiais resistentes que não se quebrem. Os materiais cerâmicos são inertes e podem resistir a danos causados por ácidos. No entanto, alguns metais, como o aço inoxidável, podem ser suficientes para algumas operações com alto teor de sal, alcalinas ou ácidas.
Alturas da cama:Para torres compactadas que precisam de alturas de leito mais baixas para obter os mesmos resultados, os distribuidores de orifício com tubos gotejadores podem fornecer taxas de abertura mais altas sem aumentar a altura do riser.
Vários feeds e produtos:Os redistribuidores de líquidos podem acomodar torres que precisam lidar com a mistura de líquidos diferentes ou alimentações múltiplas. Para mistura cruzada de líquidos, a distribuição inadequada do material aumenta muito quando não se utilizam redistribuidores de líquidos.
