Manual de Operacion de Columna de Absorcion PDF

"OPTIMIZACION EN LA OPERACIÓN DE LA TORRE DE ABSORCIÓN"

INTRODUCCIÓN

La absorción es aquella operación básica en que se separan uno o más componentes de una mezcla gaseosa por medio de un líquido en el que son solubles, dicha operación estriba en el conocimiento de la difusión del componente que se transmite de una a otra faset supone atravesar las películas correspondientes a la fase gaseosa y líquida, hay un gradiente de concentración desde el valor de la fase hasta el de la interfase. La transmisión en las películas de transito, consiste de un movimiento laminar, y de ahí que el transporte se lleva acabo por difusión natural. La importancia de las operaciones de separación radica, radica en que son ia base de la ingeniería. Un de tos objetivos primordiales de este proyecto es contar con un equipo de absorción que se encuentre en buen estado y pueda proporcionar un servicio de aprendizaje al alumno y que a su vez experimente físicamente, observe y se de una ¡dea de lo que puede ser un proceso en ia industria.

OBJETIVOS.

4 Contar con un equipo que funcione adecuadamente. 4 Instalación de un tanque de alimentación. * Selección de un proceso de práctica y de una solución adecuada para desorber. * La determinación de un flujo y tiempo óptimo para el proceso de práctica seleccionado.

CONDICIONES DE LA TORRE DE ABSORCIÓN EN EL INICIO DEL PROYECTO. 1. Características de la torre de absorción.

Esta unidad consiste en una sección trasversal de !a coiumna de Sin, una altura de empaque de 5 ft y una altura de columna de separación de 190cm.

Ei equipo

de absorción no se

encuentra en buenas condiciones para su

operación, por la realización de pruebas se logro detectar fallas como son:

* Fuga del liquido en el codo conector de alimentación del liquido a la columna donde se realiza ia operación de separación, esta fuga representa un gran alteración a la realización de! proceso debido a la gran perdida de materia prima, riesgo para operarios de! equipo y sobre todo provoca un estrangulamienío, que es una de las razones principales de que se inunde la torre. Se recomienda instalar un codo de vidrio hecho a la medida, de esta forma se evita la fuga de liquido.

4 Se necesita enroscar bien la llave de paso que conecta a la alimentación del líquido con ia torre debido a que presenta un ligero goteo, al igual que una fuga de gas en la alimentación de este, en este caso si se recomienda, cambiar esta llave.

* No se cuenta con un recipiente de almacenamiento para la solución que se va a tratar, ni de alimentación. Se propone realizar un a instalación adecuada dei equipo auxiliar como es bomba, tanque de alimentación,

y almacenamiento, para facilitar la realización de la

practica de! proceso y evitar cualquier posible riesgo al operario.

2. Equipos auxiliares en la torre de absorción.

* Compresor: Este suministra la línea de aire que interviene en el proceso. * Bomba: Suministra !a potencia necesaria para que el solvente ilegue a la entrada de la válvula de

alimentación y sea cargado a la torre, ayudando a un

funcionamiento óptimo de la torre evitando perdida de materia prima y exposición de riesgos al operario.

*• Tanques de Almacenamiento para !a solución: Este contenedor como su nombre lo dice almacenara a la materia prima que será tratada durante el proceso y suministrando de solvente durante este.

3. PROCESO SEMICONTINUO. * Selección de la solución a desorber. Del análisis de soluciones factibles para llevar a cabo la desorción se escogió Hidróxido de amonio, porque se puede apreciar el fenómeno de separación, se tiene un fácil acceso y se emplea un método titulometrico sencillo con HCI y NaOH que nos permite medir ia cantidad de amoniaco desorbido.

Solución a desorber: Hidróxido de amonio 0.1 N Gas limpiador: aire

Para la realización óptima de esta práctica se recomienda:

* Cada uno de los experimentos requiere de 20 í de solución para ilenar la columna de absorción, debido a que es la cantidad necesaria para poder realizar el experimento sí carecer de esta, ni desperdiciar reactivo.

* Realizar el llenado de la torre de absorción hasta el último anillo de la parte superior con la solución de hidróxido de amonio.

4 Para

llevar a cabo la separación, el flujo óptimo de aire para este

proceso es de 150 l/h, se recomienda este flujo debido a que junto con otros factores ayuda a evitar la inundación de la torre

* Ai igua! que se estableció un flujo óptimo se puede asegura en base una realización de experimentos previos que un tiempo óptimo de trabajo es de 25 minutos, se recomienda que cada 5 minutos se realicen tomas de muestra para poder medir gradualmente la separación.

NOTA: Se inicia el conteo del tiempo de contacto cuando se percibe la salida de amoniaco en la manguera que sale de la parte superior de la torre.

* Como se estipulo anteriormente para poder obtener una mejor desorción se estableció un flujo óptimo de 150 l/h en un tiempo de 25 minutos para poder evitar inundación se recomienda purgar cada 5 minutos

Purga de la columna de absorción. •

Diámetro exterior = 10.8 cm

•

Espesor de! tubo = 0.25 cm * 2 = 0.5 cm

•

L=190cm

•

Si perímetro es p = n*diámetro, entonces diámetro = 10.8/n = 3.43 cm

•

diámetro interno = 3.43 cm -0.5 cm = 2.938 cm

Entonces el volumen es: *i9fj = 1287.87cm3 * 1.3/ 2

J

Muestra de la parte

superior

de ta columna (amoniaco/ f aire + vap agua}

j

solución de htdróxido de amonio 0.1 N

>• Purga (1.3 litros)

Muestra de ta parte inferior de la columna (solución de hidróxido de amonio)

•4 Descripción del proceso. a) Se realizará el llenado de la torre de absorción hasta el último anillo de la parte superior con la solución de hidróxido de amonto. b) Se hace pasar el aire por la columna de absorción. c) Se inicia el conteo del tiempo de contacto cuando se percibe !a salida de amoniaco en la manguera que sale de la parte superior de la torre, d) Se

toman

muestras

en

ia

parte

superior

aire+amoniaco+vapor de agua en 100 mi

de

burbujeando

el

ácido clorhídrico,

posteriormente se titulan con hidróxido de amonio.

e) Ai tomar muestras en la parte inferior se tiene que hacer una purga para que obtengamos la solución que si ha estado en contacto con el aire. Estas muestras se titulan con ácido clorhídrico.

Proceso semicontinuo

Llenar !a torre de absorción con la solución de hidróxido de amoniaco 0.1 N

Pasar e! flujo de aire a través de la columna de absorción.

Toma de muestras

Parte inferior, después de purgar se reciben 100 m! de muestra en un matraz

Parte superior, se burbujea el aire + vapor de agua +amoniaco en 100 mi de HC1

Titular con hidróxido de sodio 0.1 N

Titular con clorhídrico 0.1 N

ácido

4 Preparación de soluciones. [iil»e&'ii ••MÍ

Bflmli.ii±[;|

Figura 7.2. Diagrama de tubería del equipo de absorción de la figura 7.1

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IV. ASPECTOS DE SEGURIDAD

Al trabajar en e! equipo de absorción es importante que se tengan en consideración los siguientes aspectos de segundad para evitar posibles accidentes dentro de esta área de trabajo que perjudiquen físicamente a ias personas o dañen el equipo si no se trabaja adecuadamente.

1) Checar que el área de trabajo esté limpia, esto es, que se encuentre libre de agua u otra sustancia (aceite o jabón) que pueda provocar una caída,

2) Cerciorarse de que antes de trabajar todas las válvulas del equipo estén cerradas.

3) Asegurarse que las válvulas de los tanques de gas (TG1, TG2, TG3 o TGM) estén cerradas.

4)

Checar que no se tenga ninguna fuga en los suministros de gas y agua y verificar que estén en buenas condiciones.

5)

Usar equipo de seguridad adecuado (lentes, casco, guantes, overol o bata, zapatos de seguridad, cubrebocas y guantes).

Nota: El uso del casco es necesario por sí llegaran 3 utilizarse reactivos altamente peligrosos y pudieran derramarse por la parte superior de la columna)

6)

Si se trabaja con ácidos evitar que se tengan fugas e inundación de la columna.

7) Asegurarse que la bomba (81) y compresor (4) se encuentre en perfectas condiciones para evitar cortocircuitos. Todas las conexiones eléctricas deberán ser a prueba de explosión.

8) Verificar que las conexiones eléctricas estén en condiciones óptimas para utilizarse.

9) Cerciorarse de que los rotámetros marquen cero antes de trabajar con el equipo.

Estas recomendaciones deberán seguirse por los alumnos para garantizar su seguridad y la de! equipo con que trabajan.

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V. DESCRIPCIÓN DE LA BOMBA DE AUMENTACIÓN A LA COLUMNA DE ABSORCIÓN

Caracterización de la bomba

La bomba de alimentación a la columna de absorción es una bomba centrifuga con las siguientes características Servicio continuo Impulsor de Fierro •

HP: %

•

361 Rad./seg.(3450RPM)

•

Rango de Operación: 4-16 m

•

Flujo máximo: 3200 l/h

Características de las Bombas centrífugas. En estas bombas, la energía mecánica del líquido se aumenta por acción centrífuga. Su uso es muy extenso en las industrias de procesos químicos, son adecuadas casi para cualquier servicio. Se suelen montar horizontales, pero también verticales, suspendidas dentro de un tanque o colgadas de la tubería.

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a) Funcionamiento de la bomba centrifuga,

1) El líquido penetra a través de una succión, concéntrica con un eje que gira a gran velocidad, llamada impulsor o rodete. El rodete está provisto de alabes radiales

2} Ei líquido circula hacia fuera, por el interior de ios espacios que existen entre ios alabes, y abandona el rodete con una velocidad mucho mayor que a la entrada. En una bomba que funciona normalmente, el espacio entre los alabes está totalmente lleno de líquido.

Fig. 1

3) El líquido que sale periféricamente del rodete se recoge en una carcasa en espiral, llamada voluta, y sale de la bomba a través de una conducción tangencial de descarga. 4) En la voluta, la carga de velocidad del líquido procedente de! rodete, se convierte en carga de presión. b) Problemas de un mal funcionamiento de tas bombas centrifugas Las fallas las ocasionan con frecuencia los ingenieros y operadores que no reconocen las limitaciones inherentes de capacidad en las bombas centrifugas cuando se presenta alguna se producen anomalías y pueden ocasionar; aspereza hidráulica, impulsos de vibración, flexiones del eje y menor duración de cojinetes y sellos mecánicos, así como mayor desgaste de sus componentes. c) Diagnostico de problemas de bombas centrifugas Todos los problemas de mal funcionamiento de una bomba centrifuga se pueden agrupar en tres grupos: problemas hidráulicos reales, problemas mecánicos reales y problemas hidráulicos irreales

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1.

Los problemas hidráulicos reales son cuando la bomba no puede funcionar de acuerdo a las especificaciones de capacidad, carga y eficiencia. Pueden ser por fallas en la bomba o en su propulsor.

2. Ciertos problemas hidráulicos, como la cavitación (la bomba trabaja con bolsas de gas), pueden ocasionar el segundo tipo de problemas que son los desperfectos mecánicos, los cuales se notan por síntomas como ruido, vibraciones, sobrecalentamiento hidráulico con lo que la bomba no cumple con los requisitos de rendimiento.

3.

Los problemas irreales suelen ser hidráulicos y por lo general son el resultado de diseño y colocación incorrectos de la tubería y de procedimientos deficientes para pruebas. Pero, ia corrección de estos problemas suele ser más costosa que tas dos primeras clases, por la dificultad para diagnosticarlas.

d) Mantenimiento de la bomba de abastecimiento a la columna de absorción Comprobación de problemas típicos con las bombas centrifugas

1.

La bomba no entrega liquido

2.

Entrega menos liquido de lo esperado

3.

No produce suficiente presión

4.

Consume demasiada potencia

5. Tiene vibraciones 6.

Esta ruidosa

7.

Fugas excesivas por el prensaestopas

8. Corta duración del prensaestopas 9.

Fugas excesivas por el sello mecánico

10. Corta duración del sello mecánico 11. Corta duración de los cojinetes 12. La bomba se sobrecalienta y se pega. Estos problemas son los más comunes en una bomba. Pero hay que tener en cuenta que cada 99 de cada 100 casos de fallas se pueden resolver por lógica. Algunas de las causas más comunes son 1,

Hay algún golpe en una pieza de la bomba

Cuando se golpea un metal liso se produce una abolladura y si ocurren en algún lugar clave como en el

impulsor o el reborde contra el que se apoya, ei impulsor no girara escuadrado de su eje, La suciedad acumulada entre superficies puede producir un efecto similar.

Problemas causados: Entre los efectos más comunes de las piezas dañadas (causado por algún golpe) están: a) Los cojinetes sobrecalentados.

b) El desgaste excesivo de los anillos senadores.

c)

Ruido y vibración o consumo excesivo de potencia que puede ser por el eje (flecha) doblado.

d)

Una reducción en el caudal o en la carga de presión puede ocurrir por un golpe que reduce las superficies de ios conductos.

Corrección: Cuando hay forma práctica de enderezar las paredes afectadas, a veces se puede compensar su efecto si se agranda la garganta de la conexión defectuosa con una lima, o en su defecto se tendrá que ver la forma de reemplazar las partes con este tipo de problema. 2.

La bomba contiene bolsas de gas

Cuando la bomba tiene bolsas de gas y estas entran a la bomba causa problemas. El impulsor lanza al líquido, que es mas pesado hacia fuera y retiene el gas dentro del impulsor. Problemas causados: A veces esto cortara por completo al paso del líquido por ta bomba y la dañara en forma irreparable.

Esta circulación reducida puede producir uno de dos resultados: a) Según sean las velocidades mas altas en las zonas parcialmente obstruidas y las perdidas de presión en la succión, la presión absoluta del liquido que pasa por la bolsa puede ser menor que en la entrada de succión y hacer que se desprenda más gas del liquido. b) Debido a la velocidad más alta del liquido al pasar por la bolsa de gas, arrastra más gas. Según si se forme o se arrastre mas gas, la bolsa crecerá o desaparecerá.

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2.1 Bolsas de gas en el tubo de succión

Las causas típicas de las bolsas de gas en el tubo de succión son:

1) puntos altos en la tubería

2)

reductores concéntricos que llegan a la boquilla de la bomba.

3) juntas más pequeñas que el tubo o colocadas excéntricas (Fig. 4).

Figura 4. Causas más comunes en ia formación de bolsas en la tubería de succión

Corrección: Cuando la distribución física de las instalaciones impide colocar tubos de succión con pendiente gradual desde el tanque hasta la bomba y hay puntos altos, hay que darles respiración a la atmósfera o al espacio para vapores en el tanque. Cuando los puntos altos sin respiradero no ocasionan problemas es que la velocidad del liquido es tan baja que no arrastra al gas de! tubo de succión hacia la bomba.

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2.2 Bolsas de gas en los tubos de descarga

Las bolsas de gas en los tubos de descarga pueden iníluir en el rendimiento de la bomba. Ocurren con mayor frecuencia entre la válvula de corte y la de retención de descarga cunado se ha parado la bomba y se ha cerrado la válvula de corte.

Problemas Causados: Si el tubo de descarga está más alto que la linea de centros de la bomba, el gas atrapado entre las válvulas de corte y retención producirá un ruido súbito, como si de hubiera dado un martillazo en la tubería, porque el disco de la válvula de retención oscila hacia delante contra su tope. Como la superficie descubierta corriente abajo es mayor que la superficie corriente arriba, la carga de presión que viene de la bomba debe ser mayor que la contrapresión para hacer que el disco empiece a oscilar.

2.3 Entradas de aire en bombas que maneja agua

En aire puede entrar a una bomba que maneja agua ya sea por la entrada cuando la bomba tiene la succión en un sumidero o por agujeros en el tubo de succión y uniones, y entre el eje y su camisa (Fig. 5).

Figura 5. Puede haber filtraciones Oe aire por uniones que no están bien selladas

Ei aire que no penetra por la entrada puede ser por filtraciones en la empaquetadura del lado de succión, bridas, bujes, niples. tapones de drenaje, respiraderos, etc.

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Corrección: Estos puntos se pueden comprobar con una llama abierta siempre y cuando la bomba no esté en un lugar peligroso o vertiendo agua sobre el tubo de succión. Las filtraciones se notaran por el parpadeo de la llama y, dado que el agua que corre sobre una filtración la tapará momentáneamente, se puede notar la filtración por un aumento repentino en la lectura del manómetro.

Los prensaestopas del lado de succión suelen estar equipados con anillos de cierre hidráulico y sellos destinados a impedir las filtraciones de aire por tanto, si parece que hay paso de aire por el prensaesíopas. hay que comprobar que el selio de agua tenga libre circulación. El anulo hidráulico debe estar bien instalado en el prensaestopas para el funcionamiento correcto de! sello de agua y la entrada ai anillo no debe tener obstrucciones. Eí agua que escurre de la empaquetadura indica que no está funcionando el sello.

3. Montaje Incorrecto

El estudio de los problemas presentados por las bombas centrifugas debe ser con un examen de las fallas mecánicas. Este estudio debe incluir observar los efectos del montaje incorrecto del impulsor para las bombas de sumidero ia construcción y tubería de succión.

Dos tuercas colocadas en el eje de muchos tipos de bombas determinan la posición axial del impulsor; hay que armarlas cuidando que la línea de centros de la descarga del impulsor coincida con la línea de centro de la carcasa.

Problema causado: Cuando hay diferencia entre dos líneas puede perjudicar el rendimiento, en particular si la holgura entre la carcasa y el impulsor es pequeña (Fig.6).

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Figura 7. La línea de centros de impulsor debe coincidir con la de centro de carcasa.

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Otros problemas con e! montaje, relacionados con los cojinetes, son menos difíciles de detectar. A veces, por ejemplo, un impulsor tiene agujeros de equilibrio que dejan escapar el líquido a presión de un lado al otro del impulsor y actúan para reducir el empuje axial.

Sin embargo, cuando el eje de una bomba vertical es ligero de peso (Fig.8), su peso quizá no sea suficiente para mantener las pistas del cojinete del empuje en contacto constante con las bolas. Los resultados son ruido y vibraciones que pueden inutilizar las bombas en poco tiempo. Corrección: Una corrección sencilla en esa bomba es cerrar los agujeros de equilibrio y con ello aumentar la carga axial del cojinete.

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• ije

Figura 8,

Cuando el ajuste entre un cojinete lineal interno y su asiento esta demasiado apretado, este cojinete puede absorber la carga axial en lugar de que la soporte el cojinete de empuje. Esta carga adicional puede inutilizar el cojinete en corto tiempo. Puede haber un resultado similar cuando se introduce algún tipo de suciedad entre la pista externa del cojinete lineal y su asiento, aunque la carcasa esté maquinada a especificaciones. Para eliminar esas sobrecargas, se debe tener cuidado al ensamblar para que el cojinete lineal no esté demasiado apretado para que se pueda mover en sentido axial. Por otra parte, ningún cojinete debe estar tan flojo que pueda girar en su asiento. Por lo general, la fricción de deslizamiento es de 10 a 15 veces mayor que la de rotación, por lo cual parece extraño que la pista de un cojinete de bolas pueda girar en su asiento. Sin embargo, ocurre con frecuencia en la práctica con e! resultado de la inutilización del cojinete en poco tiempo.

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