UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

INGENIERIA QUIMICA OPERACIONES UNITARIAS IV

CLCULO DEL DIAMETRO DE UNA COLUMNA DE ABSORCION DE RELLENO

Integrantes: Aguilar Lesly Chamorro Paula Mafla Stephanie Quishpe Luca

1. CALCULO DE UNA TORRE DE ABSORCION DE RELLENO

Dimetro de una Columna de Relleno Para determinar el dimetro adecuado de una torre de relleno, tenemos que analizar la cada de presin sufrida por el gas que se ve influenciado por los regmenes de flujo de gas y del lquido. Esta cada de presin se indica en el siguiente diagrama:

Para una velocidad dada de gas, la cada de presin aumenta con el aumento del flujo de lquido, debido principalmente a la reducida seccin libre, disponible para el flujo de gas, a razn de la presencia del lquido.En la zona que se halla por debajo de la lnea A, la cantidad de lquido contenida e el relleno es razonablemente constante en el cambio de la velocidad de gas. Al llegar a la lnea A, que se denomin punto de carga corresponde a una velocidad del gas que es lo suficientemente elevada como para originar el aumento del lquido retenido por el relleno. Este punto de carga nunca queda tan rigurosamente definido.En la regin entre Ay B, la retencin liquida aumenta rpidamente en el flujo de gas y la cada de presin se acelera.La gura muestra datos tpicos de la cada de presin en una torre empacada. La cada de presin por unidad de longitud (o profundidad) del empaque se debe a la friccin del uido; se graca en coordenadas logartmicas frente a la velocidad de ujo del gas Gy, expresada en masa de gas por hora y por unidad de rea de la seccin transversal, considerando que la torre est vaca. Por lo tanto, Gy est relacionada con la velocidad supercial del gas por medio de la ecuacin Gy = u0 y, donde y es la densidad del gas. Cuando el empaque est seco, la lnea que se obtiene es recta y tiene una pendiente del orden de 1.8. Por consiguiente, la cada de presin aumenta con la velocidad elevada a una potencia de 1.8.Si el empaque est irrigado con un ujo constante de lquido, la relacin entre la cada de presin y la velocidad de ujo del gas sigue al principio una lnea paralela a la del empaque seco. La cada de presin es mayorque en el empaque seco, debido a queel lquido en la torre reduce el espacio disponible para el ujo de gas. Sin embargo, la fraccin de huecos no vara con el ujo de gas. Paravelocidades moderadas del gas, la lnea para el empaque irrigado tiene una pendiente cada vez ms pronunciada, debido a que el gas impide el ujo descendente del lquido de forma que aumenta la retencin de ste con la velocidad de ujo del gas. El punto en el que la retencin delquido comienza a aumentar, hecho que seaprecia por un cambio dela pendiente de la lnea dela cada de presin, recibe el nombre de punto de carga. Sin embargo, como se aprecia en la gura no es fcil obtener un valor exacto para el punto de carga. Al aumentar todava ms lavelocidad del gas, la cada de presin se incrementa an msrpido, y las lneas se hacen casi verticales cuando la cada de presin es del orden de 2 a 3 in. De agua por pie de empaque (150 a 250 mm de agua por metro). En determinadas regiones de la columna, el lquido se transforma en una fase continua y se dice que la columna est inundada.Temporalmente se utilizan ujos de gas ms elevados, pero el lquido se acumula con mayor rapidez, y la columna completa puede llenarse con lquido

Calculo del dimetro fijando una cada de presin:

Una vez reconocidas las zonas del grfico anterior, es importante determinar el denominado punto de inundacin que es aquel en donde las lneas se hacen verticales (lnea A) y este representa la friccin del gas y del lquido cuando esta es lo suficientemente grande como para que ocurra uno o varios cambios que pueden ser:

1. La aparicin de una capa de lquido en la porcin superior del relleno, a travs de la cual burbujea el gas.Figura 1.1.1: Lquido en la porcin superior del relleno2. El llenado de la torre con el lquido, comenzando en el fondo o en una restriccin intermedia, tal como un soporte del relleno, ya que se produce all un cambio gas-lquido.Figura 1.1.1: Llenado de la torre con el lquido, comenzando en el fondo o en una restriccin intermedia

3. O, la rpida elevacin de burbujas de espuma a travs del relleno.

Figura 1.1.1: Elevacin de burbujas de espuma

Recomendaciones para la determinacin del dimetro de la columna de absorcin

No es prctico operar en una torre en condiciones de inundacin. Se recomienda que la mayora de torres de absorcin operen justo por debajo del punto de inundacin, es decir, debern operar a la parte ms baja de la zona de carga. El punto de inundacin depende del tipo de relleno utilizado, y la cada de presin a la cual aparece. El punto de inundacin disminuye a medida que es mayor al tamao de la unidad del relleno. El punto de inundacin tambin es afectado por la viscosidad del lquido ocasionando que la prdida de presin disminuya a medida que la viscosidad del lquido aumenta.

Una vez que las condiciones de la corriente han sido fijadas, la determinacin del dimetro se basa en la seleccin de una fraccin de la razn de flujo del gas a condiciones de inundacin. Para obtener dicha razn de flujo del gas entrando a la columna de absorcin en base a la relacin (L/G), se aplica una modificacin a la correlacin para torres empacadas al azar en base a condiciones de inundacin.

Alternativamente, se puede seleccionar una cada de presin especfica.

Grafico De Treybal La curva del siguiente diagrama, se ha establecido para relacionar los datos de un gran nmero de investigaciones. Es un grfico de 2 funciones como se indica:

Recomendaciones: Usar grafico de R. Treyball, en el factor (3600) de unidades de Badger.Donde: Gv= caudal de gas en g = aceleracin de la gravedad 9.8 a= superficie especifica del relleno = densidad del gas y liquido L, G= Caudal del liquido y gas Datos en Badger, pg. 440

Determinacin del dimetro de la Columna:

En situaciones donde hay que absorberse una especificada cantidad de gas, se especifica un flujo de lquido basado en un mltiplo de una saturacin a la salida correspondiente al flujo mnimo de lquido para un nmero infinito de unidades de transferencia. Por tanto, los flujos de gas y lquido estn fijados y hay que determinar NTU. La altura de la columna se poda obtener si se dispona de valores de HTU o k a partir de medidas experimentales o de correlaciones. Sin embargo, los valores de la HTU dependen del tipo de relleno y del dimetro de la columna. Por tanto, debemos especificar ahora el relleno a utilizar y calcular el dimetro de la columna que se requiere para tratar los flujos de gas y de lquido. No se puede garantizar sin ms que los valores de L y G obtenidos a partir de un balance de materia y relaciones de equilibrio puedan operar en un determinado equipo. Las columnas de relleno solamente se pueden acomodar a un restringido intervalo de valores de L/G. Con un flujo de gas de 500 lb/h.ft2 en un lecho de relleno de 30 pulgadas de dimetro, por ejemplo, un flujo de lquido superior a 50 000 lb/h puede dar lugar a inundacin, mientras que un flujo de lquido inferior a 15 000 lb/h puede dar lugar a que una gran parte del relleno de la columna opere en seco, con la consiguiente prdida de eficacia. Tambin existen limitaciones con respecto a la cada de presin.Todos los parmetros de flujo y el dimetro de la columna son funcin del tamao y tipo de relleno.

PASOS:1. Asumir el relleno a utilizar y ver el valor 2. Calcula el valor con las propiedades del lquido y gas a las condiciones medias de la columna.3. Con este valor ver en el grafico a que ordenadas corresponde utilizando la curva de inundacin.4. Calcular el valor Gv de : 5. Calcular el cociente y de aqu obtenemos el dimetro mnimo.

6. Como en la prctica una torre no puede operar en las condiciones correspondientes al punto de inundacin, este razonamiento da el dimetro mnimo de la torre. Prcticamente se consideran como seguras las velocidades prximas al 50% del punto de inundacin, por lo que la seccin real de la torre ser aproximadamente al doble de la calculada, sea y de aqu determinamos el dimetro real.7. Comprobarlos parmetros de diseo, que se cumpla que el dimetro del relleno sea 6.6 al 10% del dimetro de la torre, de lo contrario repetir el procedimiento asumiendo otro relleno y as sucesivamente hasta que se cumpla esta condicin. EJEMPLO DE CLCULO PARA EL DIAMETRO DE UNA COLUMNA DE RELLENOS Para separar el 95% de amoniaco de una corriente de aire que contiene 40% de amoniaco en volumen, se utilizan 488lb/mol-h de una cierta disolucin por cada 100 lb/mol-h de gas que entra lo que supone un valor superior al mnimo necesario. Los datos de equilibrio se dan en la figura a continuacin La presin es a 1 atm y la temperatura 298K Elijase el relleno y calclese el dimetro de la columna Supngase que la disolucin absorbente tiene las propiedades del agua SOLUCION Es preferible realizar los clculos en el fondo de la columna donde las velocidades de flujo son mayores

Calculo de los flujos de gas y de lquido

=2cp

G= 0.077Lb/ft3

L= 63Lb/ft3

Eleccin del Relleno Se eligi como relleno las monturas de Intalox de 1,5 in con un F (Factor de Relleno) de 52, eligiendo un P =0.4 Calculo de la abscisa con los datos de propiedades de fluidos

= 0.14

Utilizando el grafico de Treyball se calcula el valor de

Con los datos ya obtenidos hacemos el clculo del dimetro

= 63ft

La relacin entre el dimetro de la columna y el dimetro del relleno es (1.63*12)/1.5=13

Que viene siendo una relacin satisfactoria

BIBLIOGRAFIA. Ingeniera Qumica: unidades SI. Operaciones bsicas, Coulson y Richardson, tomo II, editorial Revert, pag 691-695 VIAN, OCON, Elementos de Ingeniera Qumica, Quinta Edicin, pg. 510 MARCILLA Gomis, Introduccin a las Operaciones de Separacin Textos Docentes, Editorial Spagrafic, Murcia, 1999, Pag 118, 119 Vian-Ocon. (1976). Elementos de Ingeniera Qumica. Espaa: Aguilar. Pp 540 Mc Cabe-Smith. (2007). Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Mxico: Mc Graw Hill. Pp 612 Geankoplis C.. (1998). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Mxico: Continental pp 692 Treybal, R. E., & Garcia Rodriguez, A. (1986).Operaciones de transferencia de masa(2a ed.). Mexico, Mac Graw-Hill.pp 304