6 Equipo Lg Platos

SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA-

TORRE DE PLATOS (Cascada en contracorriente)

Sal da del gas

Cubierta

Plato perforado

Vertedero

Espuma -

Alimentacin intermedia

Entrada de iq lquido

- Solida latera.

Derramadero

Etapa o plato

Entrada del gas

Salida del n lquido

1 lquido fluye en forma descendente por gravedad:

verticalmente vertederos y horizontalmente platos

por los

por los

1 gas fluye hacia arriba:

atraviesa los orificios del plato

burbujea a travs del liquido

forma espuma se separa de la espuma y

pasa al plato superior

Cada plato representa a una etapa, ya que en el plato se ponen en contacto el gas y el lquido, ocurre la transferencia de masa y luego se separan

Dimetro = f (L , G)

N de etapas ideales = f (curva de operacin, curva de equilibrio)

Eficiencia de cada plato = f (condiciones de operacin, diseo mecnico)

Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols [email protected]

SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"

Diseo mecnico del plato = f (mejor combinacin de la tendencias opuestas entre aumentar la eficiencia y aumentar las dificultades de operacin)

Eficiencia f entonces Dificultades de operacin |

Eficiencia f

1. Tiempo de contacto f

Eficiencia f 2. Superficie interfacial entre fases f

(rea de transferencia) Eficiencia f

3.CTM t



Dificultades de t operacin

4. Acarreo de gota de lquido por el gas al plato superior (reduce el cambio de concentracin)


5. Elevada cada de presin a travs del plato:

Eleva costo En destilacin, mayor temperatura en

los fondos Inundacin (por aumento del nivel de

lquido en el vertedero


6. Arrastre por espuma

(cuando los lquidos forman espuma con facilidad, estos recirculan y causan una mayor carga en el lquido y por tanto una mayor cada de presin)

Ejemplos

Mayor profundidad de lquido Efic. | (1)

Dific. de Operacin f (5)

Mayor Velocidad del gas Efic. | (2) y (3)

Dific. de operacin f (4) y (5)

Condiciones no deseables

Velocidad del liquido j j El gas empuja el lquido hacia fuera Existe mal contato

Velocidad del gas H Lquido caer por los orificios (lloriqueo)



TIPO DE PLATOS

PLATO TIPO CAPUCHA O CAMPANA DE BURBUJEO

^ 2.88" *i

Planta de la placa superior

Sello del vertedero

Vertedero

. 24 orificios/capucha

Flujo de la fase L (fase pesada)

O o

1 IV \m \M

\m \M b

Flujo de la fase V (fase ligera)

A


SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA-

PLATO TIPO VALVULA

P L A T O T I P O C A P U C H A

P L A T O T I P O V A L V U L A

P L A T O P E R F O R A D O

Tamao de agujeros (tpico)

7 cm 4 cm 4.5 mm

alta mediana mediana

Eficiencia alta moderada moderada a

baja Flexibilidad alta intermedia baja Riesgo de lloriqueo No existe

bajo puede ser alto

Costo alto mediano bajo



DISEO DE PLATOS PERFORADOS

Dimetro = f ( L , G )

Verificar : AP recomendado Que se evite dificultades de operacin Que no se presente lloriqueo Bajo arrastre de lquido

Procedimiento

1. Clculo de la constante de inundacin Cp

cF = a log _{Po^

0.5

f a A 0 2 0.020

, P = f(t)

t = espaciamiento entre platos cr = tensin superficial del lquido [N / m]

2. Clculo de la velocidad del gas en la inundacin

VF CF ( ^ 5

PL-PG

PG

3. Clculo de la velocidad del gas

V = 0.80 a 0.85 V F para lquidos que no forman espuma

V = 0.75 V F para lquidos que forman espuma



4. Clculo del dimetro de la torre [T]

Por definicin v = A

Donde Q = flujo volumtrico del gas V = velocidad del gas An = seccin transversal neta

4 , = Q v

- r -

yAt j

= f{w)

W: longitud del derramadero

Ad

5. Verificacin del manejo de flujo del lquido

m~ ^ < 0.015 T sm

q = flujo volumtrico del lquido



Tabla 6.1 Condiciones y dimensiones generales recomendadas para las torres de platos

i Kspaciamiento de los platos

Dimetro de la torre, 7 Espaciamicnto de la torre, t

m ft m in

0.15 6 mnimo 1 menos 4 menos 0.50 20 1-3 4-10 0.60 24 3-4 10-12 0.75 30 4-8 12-24 0.90 36

2. Flujo del liquido

a. No superior a 0.015 ra3/(ni diatn) s (0.165 ft3/ft s> para piato^de flujo transversal de un solo paso

b. No superior a 0.032 m 3/ longitud de derramadero {0.35 ft3/ft ) para otros.

5 Sellado de los vertederos a. Vaco,n, 5 mm mnimum, 10 de preferencia ( i - i in)

b. Presin atmosfrica y superior, 25 mm mnimo, 40 mm de preferencia (1-1.5 in)

4. Longitud del derramadero para derramaderos rectangulares rectos, platos de flujo transversal, 0.67 a 0.87, 0.77 tpica

Longitud del derramadero W Distancia desde centro de la torre

Porcentaje del rea de la torre utilizada ^ por un vertedero

0.557 0.41817 3.877 0.607 0.39937 5.257 0.657 0-25167 6.899 0.707 0.35627 8.808 0.757 0.32967 11.255 0.807 0.19917 14.145

5. Caida de presin normal por plato

Presin total Cada de presin

35 mmHg abs 3 mm Hg o menos 1 std atm 500-800 N/m 2 (0.07-0.12 Ibf/in2) 2 X 10* N/m 2 1000 N/m 2 3001bt/in2 0.151bf/in2


Tabla 6.2


Dimensiones recomendadas para torres de platos perforados

i ( 'obstantes de inundacin CF [Eqs. (6.29) and (6JO)], d0 < 6 mm ( in)

Rango de Rango de Unidades Unidades L ' (Pr. \ s de r de


P R O B L E M A D E DISEO D E UN P L A T O P E R F O R A D O

Disear un plato perforado de flujo transversal, para las siguientes condiciones de diseo seleccionadas:

Presin = 1 atm Temperatura = 95 C

VAPOR: G = 0.1kmol/h y = 0.18 (donde y es fraccin molar de metanol)

LIQUIDO: L = 0.25 kmol/h X = 0.15 (donde x es fraccin en peso de metanol)

SOLUCIN

1. Clculos preliminares

M (metanol) = 32 M(agua) = 18

V A P O R : M g = (0.18) (32) + (0.82) (18) = 20.52 PM (1H20.52) 3

pG = = =0.68 kvlm RT (0.082)(273 + 95)

0 ^ ( 0 . 0 ( 2 0 . 5 2 ) ^ ^ pG 0.68

L I Q U I D O : A=96lW

15

x = 1 5 3 2 8 5 =0.0903 (donde x es fraccin molar)

32 + 18 M L = (0.0903) (32) + (0.9097) (18) = 19.26 kg/kmol

^ = ( 0 . 2 5 ) 0 9 ^

PL 961


O,

d o

p' se recomienda entre 2.5 a 5.0 veces do

para nuestro caso p' puede tomarse entre 11.25 y 22.5 mm

Tomamos p' = 12 mm

De la Tabla 6.2 , parte 2

para do = 4.5 mm se tiene 1 /do = 0.43 para acero inoxidable

entonces 1 = 0.43 x 4.5 = 1.93 mm > 2.0 mm

Tomamos 1 = 2.0 mm

Ao rea de medio crculo Aa rea del tringulo = 0.907 4

KP'J = 0.1275

3. Clculo del dimetro de la torre (T) y del rea activa (Aa)

De la Tabla 6.1, parte 1

t = espaciamiento entre platos

t tiene valores desde 0.15 a 0.90 m

Asumimos t = 0.50 m (que es el mnimo para colocar un manhole), que luego se verificar.

Calculamos C F :

G' Pe" 2 _1PL

C \ PG 2 q \A

[PLJ QPG KPL)

2 _ 0M5 ( 961 ^ " 3.02 l 068

= 0.0623 0.1



De la Tabla 6.2, parte 1

como Ao / Aa = 0.1275 > 0.1

entonces

a = 0.07441 + 0.01173 = 0.0489

p = 0.03041 + 0.0150 = 0.0302

Reemplazando en la ecuacin paraCp y V F :

( Espuma r , > > ^ ' ) T 5 *

Lmina perforada

Superficie del lquido

Faldn del vertedero

cF = r i ~n 0.0489 log vO-ly

+ 0.0302 0.04 O02

= 0.091

VF = 0.091 961-0.68

^ 0.68 ) = 3A2m/s

suponiendo que no forma espuma

V =0.%Vp= 0.8 (3.42) = 2.73 mis y

A n = Q = l = Ll06m> V 2.73

Para W tomamos el valor tpico (Tabla 6 .1 , parte 4 ) : W = 0.7 T

Adems para ese valor obtenemos Ad = 0.088 At

Entonces At An 1-0.088

= 1.213 m2

T = UAtT f4xl.213Y'5 \ J 7V

= 1.243 m

Tcorreg. = 1.25 m Atcorreg. = 1.227 m 2

W = 0.7 (1.25) = 0.875 m



Ad = 0.088 (1.227) = 0.1080 m 2 Verificacin de manejo del flujo lquido

Del Tabla 6.1, parte 2 , se debe cumplir

1 = ^ = 0.004 ^ 0 . 0 1 5 ^ s e c u m p l e T sm T 1.25 sm ' y

Clculo del rea Activa

Aa = At - 2Ad - reas ocupadas

reas ocupadas: Soportes y viguetas ~ 15 % At Zonas de distribucin y separacin ~ 5 % At

rea activa (perforada)

Entrada de hombre

Tomando como reas ocupadas el 18.1 % At

Aa = 1.227 - 2 (0.1080) - (0.181) (1.227) = 0.79 m 2

Aa/At = 0.79/ 1.227 = 0.64

Segn la Tabla 6.2, parte 4, el valor de Aa/At debera ser mayor, pero se acepta



4. Clculo de la altura (h w ) y cresta (hi) del derramadero

De la Tabla 6.2, parte 3 indica:

Profundidad de lquido = h w + hi : debe estar entre 50 y 100 mm

Tomamos h w = 50 mm

De la ecuacin de Francis Derramadero efectivo Derramadero rea

4~ - 1.8*?/*

Considerando W y Weff

*.-(*rK;) 2/3

Y de la geometra

Tenemos entonces 2 ecuaciones con dos incgnitas. Resolviendo se obtiene

hi = 20 mm h, + hw = 20 + 50 = 70 mm

5. Clculo de la cada de presin del gas (h G )

hG = h D + h L + h R

a) Cada de presin en plato seco (hD)

Es la suma de tres trminos:

VPG W ,*-)++( ,-)



Donde Co : Coeficiente de orificio f : Factor de friccin de Fanning

Re=MA, V o = Q

MG AO

b) Cada de presin a travs del lquido o carga hidrulica (hL)

Se calcula con:

hL - 6.10 X 10" 3 + 0.725V - 0.mhwVaP%5 + 1.225^

jr Q T + W Donde v a = z = ~ A 2

c) Cada de presin residual (hR)

Resultados: h D = 56.4 mm h L = 10.6 mm h R = 5,7 mm

entonces ho = 72.7 mm

6. Clculo del retroceso en el vertedero

a) Cada de presin a la entrada de lquido (h2)

Se estima como 3 cabezas de velocidad

V2 3 ( q ^ fu = 3

2g 2g Ada

Ada : El valor mnimo de Ad (rea del derramadero) y s W (rea vertical de ingreso de lquido


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Ad = 0.108 m 2

sW = 0.0219 m 2 , entonces Ada = 0.0219 m 2

h 2 = 8.0 mm

entonces, el retroceso en el vertedero

h 3 = ho + h 2 = 72.7 + 8.0 = 80.7 mm

Para que se pueda operar con seguridad:

hi + hw + h 3 < t / 2

20 + 50 + 80.7 = 150.7 mm < 250 mm

entonces el "t" asumido es satisfactorio

se cumple

7. Clculo de la velocidad de lloriqueo

Se debe cumplir Vow < Vo para que no exista lloriqueo

i ^ = o . o 2 2 9 - A _ ^ r v r m ) 8c \Zc(>GdoPG} \o! \Vjp*l

2.8/(Z/4) 0.724

De los clculos

Vow = 8.71 m/s

Vo =30.0 m/s

Se cumple

8. Clculo del arrastre fraccional (E)

Como V

= 0.8 0.5

= 0.0623



0.001 L U 0.005 0.01 0.02 0.04

J 6'

0_10 0.2 0.4 1.0

AL

PL

Del grfico se obtiene E = 0.05 < 0.10 Es aceptable

9. Clculo de la cada de presin (AP)

De la Tabla 6.1, parte 5 , se recomienda para P = 1 atm , una cada de presin de 500 a 800 N/m 2

A partir de

p _ Arj PL S = 685.4- 2 s e cumple ge


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