Torres Empacadas
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Diseño de torres empacadas...
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Diseño de columnas empacadas Algoritmo
contenido
Información requerida
Cálculo L/G
Inundación y caída de presión
Tipo de empaque
Flujo superficial del gas para inundación aproximada
Porcentaje de inundación
Flujo superficial de gas
Área seccional seccional de la torre Diámetro de la torre Verificación V erificación
Información requerida: Condiciones de operación
Se requiere tener la siguiente información para el diseño de una columna empacada:
Flujo de Vapor (G).
Flujo de líquido (L).
Densidad del vapor .
Densidad del líquido.
Temperatura (T).
Presión
Cálculo de la relación
/ − DONDE:
L' es el flujo superficial del líquido en kg/m2s
G' es el flujo superficial del gas en kg/m2s
es la densidad del gas es la densidad del líquido
Tener en cuenta que L'/G'=L/G como suposición inicial
Inundación y caída de presión de empaques al azar Leer el valor de la ordenada de la figura 6.34 de Operaciones de transferencia de masa de Robert Treybal, utilizando la curva para inundación aproximada
Elección de un empaque: Características de un buen empaque
Superficie interfacial grande entre el líquido y el gas, pero no en el sentido microscópico. Características deseables del flujo de fluidos. Es decir que el volumen fraccionario vacío, o fracción de espacio vacío, en el lecho empacado debe ser grande para permitir el paso de grandes volúmenes de fluido a través de pequeñas secciones transversales de la torre, sin recargo o inundación. Baja la caída de presión del gas. Químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando. Estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación. Tener bajo precio.
Tipos de empaque: Aleatorios
Bajo costo de instalación. Los tamaños más pequeños de empaques al azar ofrecen superficies específicas mayores (y mayores caídas de presión), pero los tamaños mayores cuestan menos por unidad de volumen. Bajo costo de materiales Anillos de Raschig: cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100 mm o más. Útil para poner en contacto a la mayoría de los líquidos, con excepción de álcalis y ácido fluorhídrico. Silla de montar, los de Berl e Intalox y sus variaciones se pueden conseguir en tamaños de 6 a 75 mm; se fabrican de porcelanas químicas o plásticos. Los anillos de Pall, también conocidos como Flexirings, anillos de cascada y, como una variación, los Hy-Pak, se pueden obtener de metal y de plástico. Plásticos se pueden deteriorar, rápidamente y con temperaturas apenas elevadas, con ciertos solventes orgánicos y con gases que contienen oxígeno. Los tamaños de empaque de 25 mm o mayores se utilizan generalmente para un flujo de gas de 0.25 m³/s, 50 mm o mayores para un flujo del gas de 1 m³/s.
Tipos de empaques: Estructurados
Menor caída de presión para el gas y un flujo mayor, generalmente a expensas de una instalación más costosa que la necesaria para los empaques aleatorios. Los anillos hacinados de Raschig son económicos solo en tamaños muy grandes. Hay varias modificaciones de los empaques metálicos expandidos. Las rejillas o “vallas” de
madera no son caras y se utilizan con frecuencia cuando se requieren volúmenes vacíos grandes. La malla de lana de alambre tejida o de otro tipo, enrollada en un cilindro como sí fuese tela (Neo-Kloss), u otros arreglos de gasa metálica (Koch-Sulzer, Hyperfil y Goodloe) proporcionan una superficie interfacial grande de líquido y gas en contacto y una caída de presión muy pequeña; son especialmente útiles en la destilación al vacío
Tipo de empaque
Empaque Una vez elegido el empaque suponer tamaño nominal dp, y obtener Cf . Tabla 6.3 Treybal.
Empaque Una vez elegido el empaque suponer tamaño nominal dp, y obtener Cf . Tabla 6.3 Treybal.
Empaque Una vez elegido el empaque suponer tamaño nominal dp, y obtener Cf . Tabla 6.3 Treybal.
Empaque Una vez elegido el empaque suponer tamaño nominal dp, y obtener Cf . Tabla 6.3 Treybal.
Flujo superficial del gas para inundación aproximada
= ,−
G’ como el flujo superficial de gas para la inundación
aproximada
μL
como la viscosidad del líquido.
Flujo superficial de gas
Definir porcentaje de inundación de la torre, entre 75 y 85%, preferiblemente 80%. Calcular el flujo superficial de gas como:
= (% ó) × ′
Calcular el área de la sección transversal de la torre:
=
Diámetro de la torre
Obtener el diámetro de la torre:
= 4
Verifique que la relación dp/D sea 1/15, de lo contrario cambiar el tamaño del empaque y repetir desde la obtención de C f .
Caída de presión
La ecuación de Ergun se utiliza para el cálculo de la caída de presión:
∆ 3 = 150 1− +1,75 1 −
Para un tamaño y tipo de empaque se puede simplificar a:
∆ =
Con la cual se calcula la caída de presión por metro de altura de empaque
Para el cálculo de la altura se soluciona la siguiente ecuación:
= න = න 1 − ln 11 −−
Altura de la torre empacada: Gráfico
Con a como ala superficie interfacial específica y con y i calculado de la siguiente manera:
1− = 1− = 1 − 1− 1 − 1 −
Para cualquier valor de (x,y) de la curva de operación, se grafica una curva x i vs yi para determinar la intersección y con esto resolver la integrar después de graficar este resultado contra y.
Se modifica la integral definiendo la altura de una unidad de transferencia de gas de manera que se tiene:
=
Para el calculo de H tG:
= = 1− = 1 −
Altura de la torre: Analítico
1− es el promedio logarítmico de la 1-y y 1-y. i
Para NtG:
1 =න − + 2 ln
1 − 1 −
LA integración se puede hacer por método grafico, en la cual se traza la curva de 1/(y-yi) vs. y o hallando una correlación entre las variables. Si no se tiene claro el cálculo de del Treybal.
revisar el ejemplo 6.6
TREYBAL, R, E “Operaciones de transferencia de masa”,
México: Editorial McGraw – Hill, Segunda Edición.(1998)
Bibliografía
PALACIO, L. A., TAPIA, H., SALDARRIAGA, C. “Métodos y algoritmos de diseño en ingeniería química”.
Universidad de Antioquia (2005)
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