5 Equipo Lg Empaque

SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"

EQUIPO PARA OPERACIONES GAS / LIQUIDO

1. Objetivo: Permitir el contacto íntimo de los dos fluidos, con el fin que se lleve a cabo la transferencia de masa de uno o más componente, de una fase a la otra.

Observación: La velocidad de transferencia de masa depende de la superficie interfacial expuesta entre las dos fases, por lo que el grado de dispersión de un fluido en el otro es de la mayor importancia.

2. Clasificación

I) Equipos en donde el gas se dispersa en el líquido

> Tanques de burbujeo

> Tanques agitados mecánicamente

Ejemplo: • Carbonatación de lechada de cal • Aereación de lodos activados para oxidación

biológica

> Torres de platos

(Se verá en detalle luego)

i ll—i

-ED

TI) Equipos en donde el líquido se dispersa en el gas

> Torre de paredes mojadas a g u a ^

> Torres de aspersión

> Torres empacadas

(Se verá en detalle luego)

í

f Absorción de gas cloruro de hidrogeno por película de agua para producir ácido clorhídrico

0 Liquido dispersado

S I t \

I l

* ; *«

gas

Ofrecen baja caída de presión Alto costo de bombeo de líquido Requiere eliminadores de neblina

Autor: Ing. Pedro Pizarra Solís [email protected]

SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA-

T O R R E S E M P A C A D A S

> Equipos que ponen en contacto continuo dos fases inmiscibles > Se llenan de empaques (unidades de gran superficie) > El líquido se escurre entre estos empaques formando capas superficiales,

exponiendo una gran área de contacto al gas que asciende.

Características del empaque

1. Tener área específica (a) grande 2. Tener fracción vacía (e) grande 3. Ser químicamente inerte 4. Estructuralmente fuerte 5. Tener bajo precio

1. Empaques al azar

Salida del gas

Entrada del

liquido

A. Distribuidor del liquido fijador del empaque

Casco o coraza exterior

>— Empaque de distribución aleatoria

» Redistribuidor ^ del liquido

Soporte del ^/empaque

Entrada del gas

Anillo Raschig Anillo Pall

Teleretas

Salida del liquido

Estribo de Berl Estribo Intalox

Materiales: cerámico, plástico, metal Anillos raschig de 6 mm a 100 mm Monturas Berl e Intalox de 6 mm a 75 mm

Tamaño del empaque Caudal de gas recomendado 25 mm 0.25 mVs > 50 mm 1.0 mVs



2. Empaques ordenados

> Ofrecen una menor caída de presión para el gas, y por tanto un mayor flujo. > Encuentra aplicación en destilación al vacío.

De rejillas de madera De anillos raschig ordenados

Empaque tipo Goodloe

3. Accesorios de la columna

i) Soporte del empaque

> Soportar peso del empaque > Permitir flujo del líquido y gas > Rejillas de barras o especiales (ejemplo: Multibeam)

Soporte Multibeam (área libre : 85 %)



ii) Distribuidor de líquido

> Para una adecuada irrigación completa del empaque > Recomendación

* Al menos 5 puntos por cada 0.1 m 2 sección transversal para torres grandes (Diámetro de torre > 1.2 m).

* Para diámetros pequeños se requiere un mayor número de puntos.

Tipo represa de tina

iii) Redistribuidor de líquido

> Para evitar la canalización del líquido hacia las paredes > Recomendación : Colocar distribuidor cada 3T a 10 T, al menos cada 6 ó 7 m

> Recomendación adicional

tamaño de empaque 1 diámetrode torre 8

tamaño de empaque 1 diámetrode torre 15

{mejor)

iv) Eliminadores de neblina

> Instalados sobre la entrada de líquido > Sirven para atrapar las gotas de líquido que son acarreadas por el gas > Se usa una capa de 10 cm de malla (de alambre, polietileno, etc) entretejidos con

espacios del 98-99 %. > Se usa también un metro de empaque al azar



Estructura de una columna



4. Caída de presión (Carga e inundación)

> A mayor flujo de gas y/o flujo de líquido, aumenta más la caída de presión del gas a través del empaque

> La mayoría de las torres trabajan por debajo los puntos de carga o en la parte inferior de la zona de carga.

> Si se mantiene el flujo de líquido constante y se aumenta el flujo de gas, se llegará a la inundación

> Si se mantiene el flujo de gas constante y se aumenta el flujo de líquido, se llegará a la inundación

Caída de presión para flujo de gas en empaque seco

> Para G'> 0.7 kg/m 2 s se tiene la siguiente ecuación empírica:

AP G' — = CD — , C D se obtiene de la tabla 6.3 (Treybal, pag. 220 a 223)

Z PG

Caída de presión para flujo simultáneo de gas y líquido

> Existe discrepancias debido a las diferencias en la densidad y fabricación del empaque

> Se puede utilizar como estimación la Fig. 6.34 (Treybal, pág. 224), con los Cf de la Tabla 6.3


SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA'

Figura 6.4 (Treybal, pág. 224)

Factores de Tamaño Densidad Area relleno í nominal, globalt, totalt, Porosidad,

1 ipo Material pulg Ib/pie3 pie2/pie3 e f. Monturas Berl Cerámica i

2 54 142 0,62 240 §1,58

1 45 76 0,68 110 §1,36 «i 40 46 0,71 65 §1,07

Monturas Intalox Cerámica 1 2

46 190 0,71 200 2,27 1 42 78 0,73 92 1,54

39 59 0,76 52 1,18 2 38 36 0,76 40 1,0 3 36 28 0,79 22 0,64

Anillos Raschig Cerámica i 2

55 112 0,64 580 §1,52 1 42 58 0,74 155 §1,36 11 43 37 0,73 95 §1.0 2 41 28 0,74 65 §0,92

Anillos Pall Acero 1 30 63 0,94 48 1,54 1 | 24 39 0,95 28 1,36 2 22 31 0,96 20 1,09

Polipropileno 1 5,5 63 0,90 52 1,36 1J2 4,8 39 0,91 40 1,18



Recomendaciones de diseño

Tipo de operación AP/Z (Pa/m) AP/Z ( pulg agua/pie) Absorbedores y 200 a 400 0.25 a 0.50 desorbedores Fraccionadores 400 a 600 0.50 a 0.75 Torres de vacío 8 a 40 0.01 a 0.05

Tabla 6.3 (Treybal)

Tamaño nominal, i nm (in)

Empaque 6(¿) 9-5 (!) 13(1) 16(¡) 25(1) 32(1» 38(1 J) 50(2) 76(3)

Anillo» de Raschig

Cerámica: Espesor de pared, mm

cB

e

a,, m'/m3 (flJ/ft3)

0.8 1600

0.73 787(240)

1.6 1000

0.68 508(155)

2.4 580 909 063 364(111)

2i4 380 749 0.68 328(100)

2.4 255 457 0.73 262(80)

3 155 301 0.73 190(58)

4.8 125

0.74 148(45)

4.8 95 181.8 0.71 125(38)

6 65 135.6 0.74 92(28)

9.5 37

0.78 62(19)

Metal 0.8 mm pared

E

^,mJ/m3<ftJ/ft5) 1.6 mm pared

CJ cD

e í^.mVm'íftVft3)

700 0.69 774(236)

390 300 0.84 420(128)

410 688 0.73 387(118)

170

290 431

155 0.88 274(83.5)

220 485 0.78 236 (71.8)

115 0.92 206(617)

137 304 0.85 186 (56.7)

110

(X87 162 (49J)

83 172.9 aso 135(41.2)

57 133.5 0.92 103 (31.4)

32

0.95 68(20.6)

TamaAo nominal, mm (in) Packing 6(J) 9-5(1) 13(|) »6(Í) 19 0 25(1) 32(1 ¿) 38(10 50 (2) 76(3) 89

Sillas de montar de Berl

Cerámica C/

cD

1 a,, m2/™3 (fí/ft 3)

900

0.60 899(274)

240 508 063 466(142)

170 295 0.66 269(82)

110 184 0.69 249(76)

65

0.75 144(44)

45

0,72 105(32)

Sillas Intalox

Cerámica

c„ t a,, nr !/m í(fr !/ftJ)

725

0.75 984(300)

330 200 399 0.78 623(190)

145 256 0.77 335(102)

98 241.5 0.775 256(78)

52 96.2 0.81 195 (59.5)

40 71.3 0.79 118(36)

22 40.6

Plástico c, cD

t q,,mI/m3(fr3/ft3)

33 96.7 0.91 207(63)

21 56.5 0.93 108(33)

16 m i 0.94 89(27)



EQUIPO PARA OPERACIONES GAS / LIQUIDO

C A L C U L O D E L D I A M E T R O (T) D E L A C O L U M N A

PROBLEMA TIPO 1

Características • Diseño de una columna

nueva • Problema de solución

directa

Datos: L , G

Criterio de diseño:

Incógnita: T z

Solución

Paso 1: Hallar abcisa (abe)

G'2Cf/i01

PGÍPL-PG)

G' PG

\PL-PG.

abe = G' PG

PL -PG) G PL ~PG

AP Paso 2: Con los valores de abe y de — ubicar un punto (punto 1) en el gráfico z

de la Fig. 6.34 del Libro de Treybal.

Paso 3: Con el punto 1, leer el valor de la ordenada (ord)

ord = G'2CfJu0J

y hallar G' PGÍPL-PG)

Paso 4: Hallar el área transversal (A T v ) de la columna y su diámetro (T), a partir de:

^ Tv -G G ' T =

4 A Tv



PROBLEMA TIPO 2

Características • Diseño de una

columna nueva • Problema de solución

directa

Datos: L , G

Criterio de diseño: y a ̂ {porcentaje )VGinund

Incógnita: T

Sabemos que: G' = p V G , entonces

G'= (porcentaje) G' i nund

y G = (porcentaje) Gm»ná

Solución (hallar primero G'inund)

Paso 1: Hallar abcisa (abe) para L y G inund

abe •• V inund

PG VA

\PL ~PG -{porcentaje )

PL ~PG

(AP =00

z J

Paso 2: Con los valores de abe y de la curva de inundación

punto (punto 1) en el gráfico de la Fig. 6.34 del Libro de Treybal

Paso 3: En el punto 1, leer el valor de la ordenada (ord)

, ubicar un

G'2 C p0A

o r d = ^ f y hallar G ^ ,

PG \PL ~PG)

Paso 4: Hallar el G' ,ATv yT a partir de:

G' = {porcentaje ) G'immd

G ' 4 A Tv

7C



PROBLEMA TIPO 3

Características • Diseño para el uso de una

columna existente • Problema de solución por

tanteos

AP Datos: L , T

Criterio de diseño:

Incógnita: G

Idea: Asumir G ' y verificar

Solución (Método 1)

G'2CfJu0A

PGÍPL-PG) M E T O D O 2

G' PG

\PL-PG)

Paso 1: Asumir G'^mn , calcular L ' y hallar abcisa (abe)

abe- V asum

PG

PL ~PG

AP Paso 2: Con los valores de abe y de — ubicar un punto (punto 1) en el gráfico z

de la Fig. 6.34 del Libro de Treybal. Paso 3: Con el punto 1, leer el valor de la ordenada (ord)

ord •• G'2 Cf M01

PGÍPL ~PG) y hallar G'a cale

Paso 4: Si G'^mu^ G ' c a i c , hallar G ; si no son iguales, regresar al paso 1


Paso 1: Asumir G'^um y calcular L ' Paso 2: Calcular abe y ord

abe •• V C"

asum

PG VA

ord = G'2Cfju°

PL-PGJ PGÍPL-PG)

Paso 3: Con los valores de abe y de ord, ubicar un punto (punto 1) en el gráfico de la Fig. 6.34 del Libro de Treybal.

Paso 4: Repetir los pasos del 1 al 3, y ubicar un nuevo punto (punto 2) Paso 5: Trazar una línea recta por los puntos 1 y 2 e intersectarlo con la curva

A P correspondiente al valor de — (punto 3).

Paso 6: Con el valor de la ordenada para el punto 3 , hallar G ' y luego G



PROBLEMA TIPO 4

Características • Diseño para el uso de una

columna existente • Problema de solución por

tanteos

Datos: L , T

Criterio de diseño: VG ^{porcentaje )VGinund

Incógnita: G

Idea:

Hallar primero G'inund


Q'2 r1 ..01 cfpy PGÍPL-PG)

M E T O D O 2

G' PL ~PG J

Paso 1: Asumir G'jmmd, asum» calcular L ' y hallar abcisa (abe)

abe = V inund,asum

PG VA

VPL ~PG

Paso 2: Con los valores de abe y de la curva de inundación AP ^ =00

2 J ubicar un

punto (punto 1) en el gráfico de la Fig. 6.34 del Libro de Treybal. Paso 3: Con el punto 1, leer el valor de la ordenada (ord)

ord = G'2Cfp0A

y hallar G\/ \ jnund ca¡c

PGKPL -PG) Paso 4: Si G ' ^ , a s u m = G ' m u n d , caic , hallar G ^ d y G ' ; si no son iguales,

regresar al paso 1


Paso 1: Paso 2:

Asumir G'mund, asum Y calcular L ' Calcular abe y ord

abe = V C"

inund,asum

PG VA ord = inund, asum ' f M

PL-PGJ PGÍPL-PG) Paso 3: Con los valores de abe y ord, ubicar un punto (punto 1) en el gráfico de

la Fig. 6.34 del Libro de Treybal. Paso 3: Repetir los pasos del 1 al 3, y ubicar un nuevo punto (punto 2) Paso 4: Trazar una línea recta por los puntos 1 y 2 e intersectarlo con la curva

correspondiente a la inundación (punto 3). Paso 5: Con el valor de la ordenada para el punto 3 , hallar G'inund y luego G


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