Diseño de una Torre de Destilación con Platos Perforados

Tercer Departamental.

Diseño de una Torre de Destilación con Platos Perforados

8IM3 Maldonado Navarrete Anel Brigitte Rodríguez Santos Erika Grisel Varela Pedraza Andrés

Planteamiento del Problema. En cierto proceso industrial se requieren purificar una solución Nitrobenceno-Tolueno 70-30, proveniente de un límite de batería a una temperatura de 77°C y una Presión de 2 Kg/cm2 man, para lo cual se emplean platos perforados como dispositivo de contacto; el diseño preliminar proporciona una columna de 25 platos requeridos y un balance de materia y energía con los siguientes datos:

Densidad del líquido a 77º C 0.815 g/cm3 Densidad del vapor a 77º C 0.0079 g/cm3 Tensión superficial 26 dinas/cm Gasto máximo liquido 69000 Kg/hr Gasto máximo vapor 59500 Kg/hr

GMIN= 60% DE G MAX.

Condiciones de Operación: T=77°C y P=2 Kg/cm2 man.

Conversión de unidades de densidad.

] [

[

[

]

] [

]

Conversión de unidades de flujo.

[

]

[

][

]

[

[

][

]

]

Material de Construcción: Acero Inoxidable 410.

Diámetro de la columna Método de Sounders-Brown Se estima separación de platos: 24” ≈ 61cm. Con Separación de platos ir a tabla 5, pag. 29. 24”  1.5 a 6m. (5 a 20 pie). Para el factor de Sounders-Brown: Con separación de platos y tensión superficial ir a pag. 20. C=205x10-3

Cálculo de velocidad másica √

(

)

√

Cálculo del Diámetro de la Torre.

√

√

≈ 5.54ft.

(

)

Método de Inundación. Calculo de factor de inundación v'=gasto máximo de vapor en Kg/hr l'=gasto máximo de liquido en Kg/hr [

]

[

]

De tabla se lee con 0.1142 para obtener Csbgraf de pag. 81 Csbgraf= 0.095m/s.

Calculo de Csb inundación *

+

[

]

Suponiendo una velocidad de diseño de 75% de velocidad de inundación se obtiene la velocidad del vapor basada en el área de diseño Un(Dis)

[

*

]

+

Se consideran los platos para un paso por lo que el área de la bajante es 12% del area de la torre, tendremos que el area neta de flujo de vapor será del 88%, quedando así: (

)( √

)

(

)(

)

√

Se escoge un diámetro promedio calculado por ambos métodos

Distancia entre platos De acuerdo a la tabla 2 Pag. 23 solo es para corroborar la distancia supuesta, en este caso no es necesario corregirla.

Dtorre calculado m 1.8437

Distancia entre platos supuesto 61 cm

De tabla Distancia entre platos

Dtorre m 1.5 – 6

61.cm

Tipo de flujo entre platos La consideración será de acuerdo la capacidad que se están manejando de flujos de líquido y vapor por lo que se considera de un paso en flujo cruzado 



Distribución de aéreas en el plato Numero de pasos 1 Tipo de flujo cruzado Area Transversal= 3.133m2 Longitud de vertedero

Área de cada bajante lateral

Área activa máxima

Diámetro de perforación, espaciado y espesor del plato De acuerdo a nuestro sistema se considera poco incrustante por lo que se supone un diámetro de perforación de d0=4.8 mm=3/16” El arreglo se recomienda triangular y el pitch que es la distancia centro a centro de perforación se calcula mediante la siguiente secuencia

Calculo del espaciado Ws=10 cm este valor es la distancia entre vertederos y perforaciones Wd=18%*Dt este valor es el ancho de la bajante Wd=0.18Dt=0.18*1.6896=0.304m. Wc=0 cm

distancia entre coraza y perforaciones (

)

(

)

* [

√

+

√

]

Suponiendo una relación de

[ [

(

)] ]

El espesor del plato se considera del material acero inoxidable Espesor de plato = 2.77 mm Espesor de plato = 2.77 mm

Altura del vertedero de salida Donde: L” es el gasto máximo del liquido en L/min Lv es la longitud de vertedero en m [

[

]

]

Alturas máximas y mínimas del vertedero

Se escoge hv=5cm.

H Sello de mampara De la tabla 7 pag 31

Se considera de 1.27 cm ya que la distancia de vertedero-mampara es menor a 1.5 m. Sello de mampara 1.27 cm

Dinámica del Plato. Calculo de inundación Porciento de inundación [

]

[

]

Csbgraf=0.095 m/s *

[

+

[

*

]

]

+

Arrastre Con Flv=0.1142 y % inundación=75 ir a la fig. 33 pág. 83 se obtiene arrastre fraccional

Considerando una eficiencia seca del (Eficiencia de Murphy ) del Em=70%

Eficiencia húmeda (

)

(

)

Gradiente hidráulico Como el diámetro es menor a 3.5 m no se tomara en cuenta

Caída de presión por plato A Plato seco Do=4.76 mm Pitch=12.7 mm (

)

Ir a tabla 34Pag 83 para obtener Co

(

)

Co=0.7

Área total perforada (

)

Velocidad del vapor a través de perforaciones.

(

)

(

)

Caída de presión a través de la zona de espuma Altura del líquido

Factor de aeración se obtiene de Fig 35 pag 86 β=0.6

Caída de presión a través de zona espumosa (

Caída de presión total por plato

)

(

)

Escurrimiento Se prueba si el plato trabajará satisfactoriamente al flujo mínimo esperado. Flujo volumétrico vapor=0.5*Flujo diseño=0.5*2.092=1.046 m3/s Flujo volumétrico liquido=0.5*Flujo diseño=0.5*0.02352=0.01176 m3/s

Co=0.7 (

)

(

[

)

]

h'l=5 + 2.9504= 7.9504 cm hl=.6*7.504=4.77024 de la fig. 36 Pag 86 se obtiene ho min. hmin=1.49

Altura del líquido en la bajante Distancia entre mampara y piso=hs-sello de mampara=5-1.49=3.51 cm Abm=3.51cm*Longitud de vertedero=3.51*130.16cm=456.862cm2

Caída de presión bajo mampara (

)

(

Altura del líquido en la bajante Hb=hv+hsv+hbm+ht=5+2.9504+4.2937+2.361+4.77024=19.3753 cm

Tiempo de residencia del líquido en la bajante

Tiempo de residencia.

)