Modelo del Mecanismo de laCada dePresinpara columnasquecontenganempaquesestructuradosElisabettaBrunazziyAlessandroPaglianti Dpto.deIngenieraQumica,QumicaIndustrialyCienciasdelosMateriales, I-56126Pisa,Italia Unmodelomecnicofuedesarrolladoparapredecirlacadadepresinylasinundacionesencol umnasderellenoequipadoconempaquescorrugadodeltiporegular.Sedesarrolldespusdeco nsiderarlainteraccindepelculadescendentedelquidoalafasedegas,considerandolasecuac ionesde conservacin de la masa y la conservacindelmomento.Entrelosempaquesestructuralesmscomn,seanalizelcomport amientodelostiposdeempaquedeMellapakyBX.Elobjetivodeestetrabajoesdemostrarcmo losmodelosmecnicos,desarrolladoparalageometrasimple,Puedentambinserutilizadopar acalcularlascadasdepresinenloscasosenquelageometraesmscompleja,empleandoune mpaqueestructurado.Esteenfoqueestabasadoenlascaractersticasgeomtricasdelosparme trosmediblesydeempaquetalescomoelretenciondellquido,nospermiteeldesarrollodeunmo delobsico,limitandoelnmerodeparmetrosajustables,quesonnumerososentodoslosmode losdisponibles.Debidoasunaturaleza,estemodeloesmuyfcildeextenderalosdiferentestipos deempaquesestructurados. INTRODUCCION Enlosltimosaos,lamayoratencinsehadedicadoalaoptimizacindelprocesodeabsorcin, debidoenpartealaumentodelasensibilidadyalacontaminacindelmedioambiente.Porlotant o,losinvestigadoresylosfabricanteshanestudiadoydesarrolladonuevostiposdeinterioresdel acolumna.Entrelosinteriores,tenemosempaquescorrugadosdeltiporegular,tambinllamad aempaquesestructurados,recibiendolamayoratencindebidoasubuendesempeo. Sesabequelosregularespermitenminimizarlascadasdepresinporetapaterica,alpermitiru nareduccinenelconsumodeenerga(Brunazzietal.,1996). Empaquesestructuradapuedeserdematerialesplsticosometlicos,dependiendodelaaplicac in.Desdeelpuntodevistageomtrico,losempaquesestnhechosdelminascorrugadasogasa scolocadasencapasparalelas y asi sucesivamentequetieneunnguloopuestodeondulacin,comosemuestraenlaFigura1. Canalesdeflujoresultantedeesteacuerdoseinclinanenunngulode60o45conlahorizontal.P arapromoverlaturbulenciadelassuperficiesdelascapassonamenudoenrelieveyestriado.Laf ormaparticulardelempaquepermiteobtenerunasuperficiemuyespecfica(250m2/m3o500m2 /m3 )enlosempaquesmsutilizados,estosvaloresnotienenencuentaelreaadicionalproporcio nadaporlaestructuradelasuperficie. Conlareduccinenelvolumenrealmnimolibre-cercadel2%. Uninconvenienteenelusodeempaquesregularessualtocostoporunidaddevolumenyporlotan tolaaltainversindecapitalnecesarioparalascolumnasequipadasconestosmaterialesencomp aracinconlascolumnasquecontienenempaquescomunes,objetodedumping. Porlotanto,paraeldiseocorrectoesnecesarioevaluarlasinversionesycostosoperativosconel findeelegireltipodeinteriorconelmenorcostototal.Aunqueconempaquesalazarlasobreestim acineneldiseodeunacolumnaderesultadosenslounpequeoaumentoenelcostodelainver sin,estonosecumpleparalascolumnasequipadasconempaquesestructurados.Unmodelode diseofiableesnecesario.

Unopuedeencontrarmuchosestudiossistemticosenlaliteraturasobrelatransferenciademas aylascadasdepresinenlascolumnasequipadasconempaquesalazar,mientrasquehaypocosi nformespublicadosconlosmodernosempaquesestructurados.Estoesunafaltagrave,yaquese haestimadoqueel25%detodaslastorresdelarefineradevacoentodoelmundoestnequipado sconestenuevotipodeempaques. Otracaractersticafavorabledeempaquesestructurados,queveremosporBillet(1989)y confirmado en varios informes, es que si se instala estos empaques permiten reducir los problemas relacionadosconlamaladistribucinqueseobservaamenudoen capasconvencionalesdeempaques.Estascaractersticasexplicanporquestosempaquesseap licanenlamayoradelasoperacionesenlaindustriaqumica,talescomoladestilacindeaminas ,glicoles,alcoholesgrasossuperiores,cidos,yelmetanol,ascomoenlaproduccindeaguape sada. Elusopotencialdeesteequipoesrealmenteextensa,perohastaelmomento,lascolumnasequipa dasconestetipodeinterioreshansidodiseadosutilizandolasecuacionessemiempricasconin ciertos lmites deaplicacin.Hastaahoraelenfoquecomnmenteseguidoporvariostrabajadoreshasidoeldes arrollodedistintosmodelosparapredecirlacadadepresin(Stichlmairetal,1989;.Bravoetal, 1986;.Billet,1989;Rochaetal,1993;.Robbins,1991;SpiegelyMeier,1992)ylaEficienciaenla transferencia de masa /Bravoetal,1985;.SpiegelyMeier1987;Breunazzietal,1995;.Nardinietal,1996). Recientemente,Bravoetal.(1992)proponeunmodelointegralquepermitalaevaluacinglobal deldesempeodelascolumnasequipadasconestetipodeinterior. Los modelos propuestos se ha utilizado con resultados aceptables, pero debido a la gran cantidad de parmetros ajustables, su aplicacin en rangos fuera de la regin a prueba pueden conducir a errores considerables. Enelpresentetrabajo tenemos un modelosimpleparacalcularlacadadepresinenunacolumnaenlaqueelgasyelflujodelquido esta encontracorriente,yalmismotiemposehadesarrollado,Losmodelosquesebasanenlaestimaci ndelasuperficieencontactoconelempaque,deacuerdocon los trabajospreviosrealizadosporlos presentes autores concernientes a la transferencia de masa ,yenlaaplicacinde la cantidad de momento y la conservacin de la masa. Mecanismo del Modelo Enlascolumnasequipadasconempaquesestructurado,ellquidofluyesobrelasuperficiedeca dacapaencapafina,mientrasqueelgasfluyeatravsdeloscanalesdecontactoconellquidodeta lformaquesepuedeconsiderarsimilaraunarreglodeparedmojada.Debidoalascaractersticas geomtricasehidrodinmicas,ydeacuerdocontrabajospreviosenmateriadetransferenciade masaenempaquesestructurados(Brunazzietal,1995;..Nardinietal,1996),loscanales en el empaque se han elaborado como un conjunto de columnas con una seccin circular, con una inclinacin con respecto al eje horizontal en un ngulo igual al ngulo formado por la ondulacin con el mismo eje.

Ladimensincaractersticadelcanaldelflujo,segnlopropuestoporShiyMersmann(1985)ya doptadoporBilletySchultes(1993),sedefinecomo

Encasodefraccindevaco,e,ylasuperficieespecfica,ag,sonlosparmetrosgeomtricosdel empaque. De acuerdoconelesquemadeempaques estese describeysemuestraenlaFigura2,lasprdidasderivadasdelafriccindelflujo y delafasedegasatravsdelacolumnasepuedeatribuiradosmandatos.Elprimertrminotieneen cuentalasprdidasdistribuidasenlasparedesdelcanalenelgasInterfazdelquido,mientrasqueelsegundoconsideralasprdidasconcentradasresultantesdel oscambiosenlasdireccionesdeflujo,

Lagradientedepresinporunidaddealturadelacolumnaestdadaporlasumadelostrminosde friccin,lagravedadylaaceleracin,

Laexpresindetalladadecadatrminoenelcasoenseco,ascomoenelcasoderiegoseexaminae nlasseccionessiguientes.

Cadadepresinsin fluido Sinlquidoquefluyeenlacolumna,eltrminodeaceleracinsepuedeexpresarcomo

Lavelocidadefectivadelosgasesenelcanal,Vb,puedesercalculadaapartirdelavelocidadsuper ficialdelgas,Usg,teniendoencuenta en los empaques la fraccindevaco,e,yelngulodeinclinacin, ,

Eltrminogravitacionalsecalcula,teniendoencuentaelflujoincompresible,por

Dondeesrelativaafluirhaciaarribaohaciaabajo. Eltrminodistribuidoporfriccinpuedesercalculadamedianteunbalancedemomentoenelflu jodegasenunsolocanal:

Donde Ag es el rea de la seccin transversal del canal disponible para la fase de gas y Sg es el permetro mojado del canal por el gas. En el caso cuando no hay fluido , estos dos trminos estn dados por

Mientras twg es el esfuerzo cortante en la pared del canal con respecto a la fase gaseosa que fluye solo en el canal y se define como

Donde el factor de friccin con el gas, Fg, es una funcin del nmero de Reynolds de la fase gaseosa (ver la ecuacin. 15). El trmino se calcula

Donde Leq es la longitud del canal a una cada de presin equivalente a la que se produce el cambio de direccin del flujo debido a la curva, y Nc es el nmero de cambios en la direccin del flujo en una unidad de altura por empaque Por lo tanto, la cada de presin por friccin en seco para la altura por unidad de empaque se puede resumir en la siguiente relacin:

Adems de las condiciones de funcionamiento y las caractersticas geomtricas de los empaques, los parmetros necesarios para evaluar las cadas de presin por friccin, por medio de la ecuacin. 12, son la relacin entre la longitud del canal equivalente de cada

curva y la dimensin caracterstica de la canal, Leq / de , el nmero de curvas por altura de la unidad de empaque, NC, y el factor de friccin de gas, fg. El trmino Leq / de est relacionado con el ngulo de ondulacin del empaque, el valor de este parmetro debe disminuir, aumentando el ngulo de la curva con respecto al eje horizontal. Los valores se adoptaron las siguientes (Boucher y Alves, 1973): 25 para un ngulo de 60 grados corrugado, que corresponde a una curva dando un cambio en la direccin del flujo de 120 grados, y 35 para un 45 ngulo de grados corrugado, que corresponde a una cambio en la direccin del flujo de 90 grados. El nmero de curvas en una unidad de altura de empaque, Nc, depende de la altura del elemento de empaque, H, y el dimetro de la columna, D. De acuerdo con la Figura 2, si la columna tiene un dimetro pequeo (figura 2a), el nmero de curvas se relaciona con el dimetro de columna y ngulo de inclinacin, mientras que si el dimetro de la columna es grande (Figura 2b), el nmero de curvas por unidad de altura de empaque slo depende de la altura del elemento. Segn este esquema, se deduce que

Si

Luego

Mientras que si

Luego

Este enfoque explica la razn por la presin baja cuando se mide de manera experimental, que operan a gas constante especfica y las cargas lquidas, las columnas con dimetros crecientes cada vez se utilizan mas (Sulzer, 1991). Asimilacin de los canales de flujo en el empaque a un conjunto de columnas idnticas ha llevado a la ecuacin 12 para la evaluacin de las prdidas por friccin debido al flujo de gas en el empaque. Esta expresin es similar a la que generalmente se adopta para el flujo en tuberas. El factor de friccin depende del nmero de Reynolds del gas y la rugosidad de las paredes del canal. Bravo et al. (1986) demostraron que el canal y el factor de friccin en empaque de pared estructurada, tanto para laminar y las condiciones de turbulencia, se puede correlacionar con la relacin general:

El mismo tipo de dependencia del nmero de Reynolds de la fase gaseosa se ha asumido en este trabajo mediante la definicin del nmero adimensional como

Donde de es el diametro equivalente para el flujo de gas

y coincide, para el caso en seco, con la dimensin caracterstica del empaque. Constantes B1 y B2 aparecen en la ecuacin 15 dependen del tipo de empaque, y sus resultados de la evaluacin del ajuste de los valores experimentales de la cada de presin en seco. El factor de friccin para el flujo turbulento en tuberas se puede calcular por la ecuacin de Colebrook, aplicada a los tubos hidrulicos (Cheremisinoff, 1983), que relaciona el factor de friccin a la rugosidad absoluta y el dimetro de la tubera. De acuerdo a esta ecuacin, en el presente trabajo la siguiente relacin se ha obtenido para calcular el factor de friccin, f'g, para un empaque estructurado, cuyo dimetro es equivalente canal de, a partir del conocimiento de la fg factor de friccin, medida con una estructura empaque cuyo dimetro es equivalente canal de.

Hay que resaltar que este enfoque puede ser seguido slo si los dos empaque muestran la misma rugosidad absoluta. Cada de presin con fluido En este trabajo es un enfoque basado en la teora, similares a las desarrolladas para la geometra simple como las tuberas de transporte, ha sido adoptada, por lo que es posible calcular la cada de presin en columnas de relleno, a pesar de la geometra ms compleja. El gradiente de presin se calcula, para el caso en seco, es la suma de los trminos gravitacionales, aceleracin, y de friccin. La fase lquida puede fluir al mismo tiempo o en contracorriente con respecto a la fase de gas, y en ambos casos el modelo actual supone que los dos - patrn de flujo de fase es independiente, con la fase lquida que fluye en la parte inferior de cada canal y la fase gaseosa por encima de ella . El primer problema a resolver en la presencia de flujo de lquido es la identificacin de la parte del empaque estructurado que en realidad es mojado por la fase lquida La razn de esto es que, de acuerdo con el modelo hidrulico actual, los esfuerzos cortantes, tanto en las paredes del canal y en el gas - Interfaz de lquidos contribuyen a

las prdidas por friccin, y para evaluar el conocimiento tanto del gas - zona interfacial lquido y de la fraccin en vaco del canal de la pared es necesario. Como se muestra en Brunazzi et al. (1995) para el empaque de Mellapak, y por Nardini et al. (1996) para el empaque de BX, esta informacin est relacionada con el retencion de lquido dinmico se mide en la ausencia de la carga de gas. El punto de partida de esos modelos es el supuesto de que la fase lquida fluye en el empaque estructurado como una pelcula descendente.Si el lquido es de Newtoniano y el flujo es laminar, es posible calcular el espesor de lquido, y de este valor, junto con la retencin de lquido, la superficie del empaque estructurado que se humedece por la fase lquida. De acuerdo con estos supuestos, se deduce que:

dondea e es la superficie efectiva de contacto con el medio, la superficie geomtrica ag, hlel retencion lquido dinmico (Nardini et al., 1996), y Usl la velocidad del lquido superficial. En cuanto al caso en seco, la aceleracin, la gravedad, y las condiciones de friccin ser analizada. El trmino est relacionado con la aceleracin de efectos de la expansin del gas y se puede expresar por la ecuacin 4, donde Vb debe tener en cuenta la presencia de la fase lquida, y puede ser calculado como

donde h (l, c) es la retencin de lquido dinmica en relacin con el canal y se relaciona con el retencion de lquido en la columna por medio de la simple relacin (Brunazzi et al., 1995)

.e

Si el flujo de masa de gas es constante, el trmino se convierte en aceleracin trmica

Este trmino puede pasarse por alto cuando retencion lquido y la densidad del gas se supone que se mantienen constantes a lo largo de la columna, como puede ser la hiptesis de valores bajos de prdida de presin. Dado que el trmino gravitacional se puede expresar como se muestra en la ecuacin. 6, el ltimo trmino que se debe evaluar es la friccin.

El trmino se deriva del balance de momento en relacin con la fase gaseosa y se puede escribir de la forma siguiente:

,

donde Ag, rea de la seccin disponible para el flujo de gas, se puede calcular como

y Sg es el permetro del canal en contacto por la fase gas, Si es la longitud de la cuerda interfacial, y ti y t wgtensines de corte en el gas - Interfaz de lquido y la pared, respectivamente. El esfuerzo cortante en la pared del canal se define, como en el caso en seco, por la ecuacin. 10, mientras que el esfuerzo cortante interfacial se calcula

donde es relativa a la configuracin de contracorriente o paralelo y la velocidad del lquido efectivo, Vl, se puede calcular como

Como en el caso en seco, el trmino concentrado puede ser evaluado por

Donde el factor de friccin fm se deriva de una media ponderada del rea de contacto con el medio, entre el factor de friccin de la pared, fg, y el factor de friccin interfacial, fi. Por ltimo, las cadas de presin son esencialmente las funciones de los gases efectivo y las velocidades de lquido. Debido a la compleja geometra, para calcular estas cantidades, es necesario saber que el lquido superficial y las velocidades del gas, la longitud de la cuerda interfacial, el espesor de la pelcula que fluye en cada canal. El lquido y las cargas de gas son las condiciones de trabajo de la columna, mientras que el acorde interfacial, Si, y el permetro del canal afectado por el flujo de gas Sg, son simples funciones de la superficie mojadaae.

En el presente trabajo se ha supuesto que la longitud de la cuerda interfacial es igual a la longitud del permetro del canal mojado por el lquido. Tambin hemos asumido que el rea de contacto con el medio no es significativamente influenciado por la carga de gas, segn lo sugerido por Bravo et al. (1992) y Henrquez de Brito et al. (1994). Si y por lo tanto Sg dependen exclusivamente de la carga de lquido y puede ser calculado mediante la aplicacin de la relacin entre el rea mojada con el rea geomtrica especfica, segn lo sugerido por Brunazzi et al. (1995) y Nardini et al. (1996), y dada por la ecuacin. 19. El parmetro que queda por probar es el espesor de la pelcula descendente. Para ello, si el gas y el lquido tienen velocidades efectivas que permanecen constantes a lo largo de la columna, la ecuacin de momento en la pelcula de lquido que cae se puede escribir como

Donde se refiere a la configuracin de contracorriente o paralelo. Si el lquido es de Newtoniano y los flujos en condiciones laminar, es posible la integracin de esta ecuacin, obteniendo el espesor de la pelcula

Donde

Para resolver el modelo es necesario calcular la friccin de los factores de fg y fi. El primer factor se puede obtener a partir del anlisis de las prdidas de carga seca, como se describe en la seccin anterior (ver las ecuaciones. 12 y 15), mientras que un anlisis

detallado a continuacin para el segundo factor. Varios trabajos sobre los dos , el flujo en paralelo en tuberas verticales se pueden encontrar en la literatura, mientras que menos obras se han publicado en el esquema de contracorriente. En uno de estos ltimos trabajos, Bharathan (1978) mostr que la correlacin desarrollada por Wallis (1969) subestima en gran medida el factor de friccin interfacial cuando se aplica al flujo a contracorriente cerca del punto de inundaciones, y sugiri la siguiente relacin

Donde p y q son funciones del dimetro de la tubera, d. Esta ecuacin tiene una validez limitada, ya que no toma en cuenta las propiedades fsicas de los fluidos de trabajo. De acuerdo con las sugerencias dadas por los Willets (1987) y Andreussi (1990), parece ms correcto introducir una dependencia de las propiedades fsicas de los fluidos de trabajo, por lo que en este trabajo la relacin propuesta por Bharathan (1978) ha sido cambiado, dando el siguiente formulario final de flujo a contracorriente:

Donde Bo y Wel son, respectivamente, el nmero de Bond y Weber para la fase lquida:

Con dl el dimetro equivalente de la fase lquida se define como

Los valores de los coeficientes de B3, B4, y se presentan en la Tabla 1 para los tipos de empaque estructurado que han sido examinados en este trabajo. El segundo trmino entre corchetes de la ecuacin. 34 tiene en cuenta la presencia de la fase lquida para las cargas de gas baja, mientras que el tercer trmino tiene en cuenta el efecto del espesor de la pelcula cada vez ms en el factor de friccin interfacial. Las observaciones experimentales realizados en la configuracin de contracorriente a una velocidad constante de flujo de lquido muestran que si la velocidad superficial del gas se eleva induce un aumento tanto en el espesor de la pelcula y, en consecuencia, del factor de friccin interfacial. Por el contrario, el trabajo ocurre a una velocidad constante de flujo de lquido, si el caudal de gas es mayor, la disminucin de espesor de la pelcula es inducido. En este trabajo, para la configuracin paralela, un supuesto conservador de dejar de lado el tercer trmino de la ecuacin. 35 se introduce. Esto implica asumir el valor mximo del espesor de la pelcula y por lo tanto el valor mximo del factor de friccin interfacial.

Por ltimo, para resolver el modelo es necesario conocer el retencion lquido dinmico, hl, para definir las constantes B1, B2, B3, B4, y (disponible en la Tabla 1 para los empaque ms utilizados), y para llevar a cabo y procedimiento iterativo para evaluar el esfuerzo cortante y espesor de la pelcula. En este trabajo, Mellapak y empaque BX estructuradas fueron estudiados. Estos tipos de empaque se diferencian entre s en algunas de las propiedades geomtricas (ngulo de corrugacin, superficie especfica fraccin de vaco) y en el material de que estn hechos: plstico o metal para el tipo Mellapak plstico o de tela metlica para el tipo de BX. Cada de presin experimentales y los datos del retencion del lquido se obtuvieron en las columnas piloto, tanto en contracorriente y en corriente directa fluye el lquido de gas. Por otra parte, los datos experimentales publicados en la literatura fueron considerados Cada de presin sin fluido En el presente trabajo, la presin de los datos experimentales seca las gotas en una columna equipada con Mellapak empaque 250Y hoja de metal (100 mm de dimetro interior y altura de 2 m de empaque) se obtuvieron. Anlisis experimental de la presin baja permite el clculo de las dos constantes, B1 y B2, necesaria para la evaluacin del factor de friccin con el gas. El factor de friccin calculado de esta manera se ha corregido, teniendo La ecuacin. 18 en cuenta, para la prediccin del factor de friccin con el gas en empaqueMellapak con diferentes superficies especficas. Esta es una mejora importante en los otros modelos publicados, que estn obligados a definir los parmetros ajustables diferentes para cada tipo de caso de empaque. Este enfoque hace que sea posible calcular con precisin la cada de presin en seco en empaque con diferentes superficies especficas, como se muestra en la figura 3, donde algunos datos experimentales generados por Spiegel y Meier (1992) se comparan con los resultados obtenidos con el modelo actual. B1 y B2 constantes tambin se han valorado por otros empaque (ver Tabla 1), basando el anlisis en datos experimentales realizados en el presente trabajo y en los datos comunicados por los fabricantes. El modelo actual puede ser utilizado para predecir las cadas de presin en empaque estructurados hecho tanto de las hojas, tales como el tipo Mellapak (ver Figura 3), y de gasas, tales como el tipo BX (ver Figura 4). Esta ltima cifra demuestra que una buena prediccin de los datos experimentales se obtiene tanto por el actual modelo y el modelo sugerido por Stichlmair et al. (1989), mientras que el modelo de Rocha et al. (1993) tiende a subestimar los datos experimentales, los mismos resultados se han obtenido tambin si los datos experimentales realizados por el fabricante (Sulzer, 1991) se analizan. La cada de presin con fluido y las inundaciones En el presente trabajo nuevos datos experimentales sobre las cadas de presin de riego se han obtenido tanto con Mellapak 250Y y con empaque BX tela metlica. Uno de los objetivos del trabajo es responder a la falta de datos experimentales de cada de presin en columnas de trabajo con las fases de lquido que no sea agua. Por esta razn, adems de agua, se emplearon dos lquidos comerciales de alto punto de ebullicin , se consideraron: Genosorb 300, una mezcla de dimethyletherspolietilenglicol, que tiene una viscosidad de alrededor de 7,7 cp y una tensin superficial de 38 dinas / cm, y

Genosorb 1843, un mezcla de dibutyletherspolietilenglicol, que se caracteriza por una viscosidad de alrededor de 5 cp y una tensin superficial de 34 dinas / cm. Otro de los objetivos del presente trabajo es generar algunos datos de las columnas de trabajo al mismo tiempo, porque, a pesar de una serie de ventajas relacionadas, no hay datos, nunca se han publicado para esta configuracin Los nuevos datos obtenidos con diferentes sistemas de aire-agua se presentan en la Figura 5. Esta figura muestra un grfico de la paridad de la trama de riego con los dos diferentes tipos de lquidos en una columna de trabajo en contracorriente y estn equipadas con Mellapakempaque 250Y para cargas lquidas que van de 6 a 30 m3 / (h.m2 ). La comparacin entre los datos experimentales y calculados se ha limitado al modelo actual y los resultados obtenidos con Sulpak, es decir, un paquete de software especial que se utiliza a las columnas de diseo equipada con empaques estructurados. Esta opcin es obligatoria debido a que el modelo propuesto por Stichlmair et al. (1989) ha sido probado nicamente en sistemas aire-agua, mientras que el modelo propuesto por Rocha et al. (1993), aplicada por los autores al servicio de destilacin, as, utiliza el retencion lquido como un parmetro fundamental, pero para el retencion lquido da una relacin a prueba slo con sistemas aire-agua. Tenga en cuenta que el actual modelo predice los datos experimentales con una buena precisin (error de la media cuadrtica de aproximadamente 20%), mientras que Sulpak sistemticamente tiende a sobreestimar los valores experimentales. El modelo actual tambin puede ser utilizado para predecir la cada de presin en las columnas que trabajan con sistemas aire-agua, y en este caso los resultados pueden ser comparados con los resultados obtenidos mediante la aplicacin de otros modelos publicados. La Figura 6 muestra los datos experimentales obtenidos en este trabajo el uso de aire y agua como fluidos de trabajo, con cargas lquidas de entre 8 y 16 m3 / (h.m2). La columna de prueba tiene un dimetro interior de 0,1 m y est equipado con el metal Mellapakempaque 250Y estructurado. Se hace una comparacin entre el modelo actual , el modelo propuesto por Stichlmair et al. (1989), el de la Rocha et al. (1993), y los resultados obtenidos con Sulpak. Tambin en este caso el modelo propuesto permite la estimacin de los datos experimentales con una buena precisin, mientras que los otros modelos de introducen errores sistemticos. En particular, estos resultados experimentales muestran que el paquete Sulpak tiende a sobreestimar los datos experimentales de presin baja, mientras que los modelos sugeridos por Stichlmair et al. (1989) y Rocha et al "(1993) sobreestiman la capacidad mxima de la columna. Los datos experimentales obtenidos en el presente trabajo se han dibujado en las figuras anteriores, y se ha demostrado que el modelo propuesto permite una buena prediccin de los datos experimentales. Este comportamiento ha sido confirmado por el anlisis de los datos experimentales generados en distintos laboratorios , con columnas de dimetros diferentes. En particular, en la Figura 7 se comparan los datos calculados y experimentales realizados por Meier et al. (1979) en una columna de prueba con un dimetro de 0,3 m, con una carga de lquido de entre 5 y 60m3 / (h.m2), y muestra una buena prediccin de los datos experimentales. Mismos buenos resultados tambin se puede obtener de los datos experimentales realizados por los fabricantes en las columnas equipadas con plstico Mellapak 250Y (Sulzer, 1991). Los resultados experimentales han demostrado que el modelo actual permite una buena prediccin de cadas de presin en las columnas equipadas con Mellapak empaques Y estructurado. Ahora se mostrar cmo el mismo modelo tambin puede ser utilizado

para predecir las cadas de presin en las columnas equipadas con diferentes empaques estructurados. La figura 8 muestra una comparacin entre los valores experimentales y calculados en relacin a una columna equipada con 250X de cargas lquidas de 25 a 125 m3 / (h.m2 )Mellapak. Este empaque se diferencia del tipo anterior de Mellapak por el ngulo de ondulacin. La figura muestra que en este caso el modelo actual tambin puede ser utilizado para predecir la cada de presin y las condiciones de inundacin, mientras que el mantenimiento de una alta precisin. La comparacin se ha limitado al modelo actual y el modelo Sulpak porque ambos Stichlmair y los modelos de Rocha se puede aplicar slo a las columnas equipadas con el empaqueMellapak 250Y. En cuanto al caso en seco, el anlisis experimental mismo se puede aplicar no slo al metal / empaque de plstico, sino tambin a las gasas. Figura 9 muestra un grfico de la paridad de las cadas de presin en los datos experimental que se han generado en este trabajo y se han obtenido con una columna de metal equipado con empaque estructurado BX [dimetro interior de 50 mm, la carga de lquido que va desde 7.4 a 25m3 / (h.m2 ). Esta cifra se compara con el modelo actual y los modelos propuestos por Rocha et al. (1993) y Stichlmair et al. (1989). Se puede observar que el modelo propuesto por Rocha et al. (1993) subestima en gran medida los valores experimentales de la cada de presin, el actual modelo subestima ligeramente los mismos datos, y el modelo propuesto por Stichlmair et al. (1989) presenta un buen ajuste de los datos experimentales. La situacin cambia si una columna ms grande se analiza. La figura 10 muestra los datos experimentales obtenidos en una columna con un dimetro interior de 508 mm, y los datos experimentales se ajustaron por las ecuaciones empricas sugeridas por Robbins (1991). En este caso el modelo propuesto por Stichlmair et al. (1989) tiende a sobreestimar los datos experimentales, mientras que el modelo propuesto en este trabajo y el modelo propuesto por Rocha et al. (1993) dan una prediccin de datos de buena calidad. Anlisis de las Figuras 9 y 10 muestra que los modelos propuestos por Rocha et al. (1993) y Stichlmair et al. (1989) no son capaces de predecir la influencia del dimetro de la columna. El modelo propuesto por Rocha et al. (1993) tiende a subestimar las cadas de presin en columnas pequeas, mientras que el modelo sugerido por Stichlmair et al. (1989) tiende a sobreestimar las cadas de presin en las columnas de gran tamao. Las figuras 9 y 10 tambin muestran que el modelo actual es capaz de explicar el efecto de dimetro de la columna, si un empaque de metal utiliza una gasa. Por otra parte, buenas predicciones tambin se han obtenido analizando los datos experimentales realizados por el fabricante (Sulzer, 1991) con empaques fabricados con materiales de plstico. Por ltimo, una comparacin puede hacerse entre los modelos disponibles, con el cambio de lquido y sus propiedades fsicas, empaque estructurado, y el dimetro de la columna. La figura 11 muestra un grfico de la paridad de las cadas de presin: en la figura 11a los valores calculados se obtienen mediante la aplicacin del modelo propuesto, los valores experimentales se refieren a diversos sistemas gas-lquido, los dimetros de la columna, y los tipos de empaque. Figura 11b compara datos experimentales cada de presin con los resultados obtenidos mediante la aplicacin del paquete de Sulpak, que muestra la prediccin sistemtica a lo largo del valor experimental. Finalmente, en la figura 11c, los valores calculados se obtienen mediante la aplicacin de los modelos propuestos por Rocha et al. (1993) y Stichlmair et al. (1989) (slo los datos experimentales en los sistemas de aire-agua y el 250Y Mellapak y los tipos de empaque BX fueron considerados).

Cabe sealar que el modelo sugerido por Rocha et al. (1993) tiende a subestimar sistemticamente, mientras que se muestra similitud entre los valores pronosticados y experimental con el modelo de Stichlmair (1989).Sin embargo, tienen las siguientes limitaciones estos dos modelos cabe recordar ; Los parmetros ajustables se dan slo para sistemas de aire-agua no se tiene en cuenta el efecto de dimetro, y los modelos se pueden aplicar slo a BX y Empaques MellaPak 250Y. Como ha sealado Billet (1989), ninguna teora general de utilidad ha sido desarrollado para predecir correctamente el punto de inundaciones en las columnas de absorcin. El diseo industrial de las columnas se deja a la utilizacin de los esquemas semiempricos basados en la evaluacin del factor de flujo Usl / Usg. ( l / g) 0.5 como se sugiere en Sherwood y Pigford (1952). No hay duda de que este mtodo es adecuado porque nos resulta estimaciones aproximadas, mientras que el actual modelo permite calcular las condiciones de inundacin, teniendo en cuenta las velocidades de flujo y las propiedades fsicas de los fluidos de trabajo. La figura 12 muestra las comparaciones entre los diversos datos experimentales y las relaciones semiempricos disponibles en la literatura. Ningn modelo se puede encontrar en la literatura que permite calcular las cadas de presin en columnas de trabajo , al mismo tiempo no hay datos experimentales obtenidos para esta operacin , a pesar de las ventajas (altas cargas de gas y un equipo ms pequeo, con cadas de presin baja) que se derivan de la aplicacin que opera a corriente directa, en algunos casos particulares, tales como la reduccin de algunos cidos en fase gaseosa con soluciones custicas. El modelo presentado en este artculo puede ser fcilmente implementado para esta operacin tambin. La figura 13 muestra los datos experimentales y calculados vs factor F para una columna equipada con empaque estructurado BX con aire-agua como fluidos de trabajo, mientras que la figura 14 se muestra la comparacin entre los datos experimentales y calculados por el cambio de los empaques estructurados, BX y Mellapak 250Y, y fluidos de trabajo. Como se puede observar a partir de estas cifras, el modelo propuesto tambin ofrece un ajuste global aceptable para los valores experimentales de las columnas de trabajo en corriente directa. Retencion del Liquido El modelo propuesto permite, con un procedimiento iterativo, la evaluacin de la dependencia de espesor de la pelcula sobre el lquido y los caudales de gas. Dado que la superficie mojada es una funcin de la carga de lquido y no depende de la velocidad de flujo de gas sobre una amplia gama de valores de este parmetro, es posible, a partir de las ecuaciones. 31 y 19, evaluar el comportamiento de la retencin de lquido en el gas y cambio de cargas lquidas. La figura 15 muestra una comparacin entre los datos calculados y experimentales con dos sistemas diferentes, con aire-Genosorb 300 (Figura 15a) y aire-agua (figura 15b), respectivamente. Podemos ver que el modelo actual es capaz de evaluar la dependencia del retencion del lquido en el factor F con empaqueMellapakcambiando, propiedades fsicas del liquido, y los dimetros de la columna. Hay que destacar que el modelo actual puede predecir tanto los datos experimentales realizados en el presente trabajo y los datos experimentales disponibles en la literatura. Como se muestra en la cada de presin, tambin es posible aplicar el modelo para predecir la tendencia experimental de la retencin de lquido en las columnas de trabajo en corriente directa. La figura 16 muestra una comparacin entre las tendencias experimentales y calculos del retencion del lquido contra F factor de dos diferentes

tipos de empaqueMellapak 250Y (Figura 16a) y BX (Figura 16b), en columnas de diferentes dimetros. El modelo propuesto permite una buena prediccin de la tendencia experimental en ambos casos. Conclusin En este trabajo que nos presenta un modelo mecnico basado en la masa y la conservacin del momento se ha desarrollado ecuaciones para predecir las cada de presin y retencion de lquido en las columnas de trabajo, tanto en contracorriente y corriente directa , equipadas con empaque del tipo estructurado. La precisin de la prediccin del modelo propuesto ha sido probado en cuenta no slo con los datos experimentales obtenidos en este estudio, sino tambin con los datos experimentales reportados en la literatura. Los datos experimentales en otros sistemas de aire-agua, tambin se obtuvieron, junto con datos inditos de corriente directa de gas-lquido del flujo. El nuevo modelo se basa en un enfoque muy fundamental y debido a su naturaleza pueden ser utilizados para encontrar todas las regiones de operacin ,desde el flujo de gas seco hasta el punto de inundacin, y se puede extender fcilmente a diferentes tipos de empaques estructurado. Reconocimientos Gracias al autor Ing. M. Maiorano de Sulzer Italia por haber proporcionado el empaqueMellapak, Ing. P. Bomio de SulzerChemtech por el permiso para utilizar el programa PC-Sulpak la versin 4, y el Prof. Billet, Dr. Meier, y el Dr. Stichlmair por su amabilidad en ladisposicion para la toma de sus resultados. Nomenclatura de :diametro equivalente F=Usg( g)0.5 factor de capacidad del gas g :constante gravitacional Hog:altura de la unidad de transferencia en la fase gas P :presin W:velocidad de flujo volumtrico por unidad de rea transversal x: coordenada axial y: coordenada en un plano normal para z y orientacin del flujo del liquido z: coordenada normal para el canal de la pared : espesor de la pelicula liquida o:espesor de la pelicula de liquid en ausencia del flujo de gas : viscosidad l,0 : viscosidad del agua a 20C =3.74159... p :densidad a :tension superficial del liquido subindices y superndices chan: canal fl : inundacin

I : fase liquida TOT: total FIGURAS

FIGURA 1 Empaque Estructurado

Figura 2 Canales de flujo en el empaque

Figure 3 Cada de presin sin fluido Vs F factor

Figure 4 Cada de presin sin fluido Vs F factor

Figure 5 Cada de presin con fluido

Figure 6 Cada de presin con fluido Vs F factor

Figure 7 Cada de presin con fluido Vs F factor

Figure 8 Cada de presin con fluido Vs F factor

Figure 9 Cada de presin con fluido

Figure 10 Cada de presin

Figura 11 Cada de presin con fluidoen contracorriente

Figure 12 Velocidad del gas y el punto de inundacin

Figure 13 Cada de presin con fluido Vs F factor

Figure 14 Cada de presin con fluido en corriente directa

Figura 15 Retencin del lquido Vs F factor

Figure 16 Retencin del Lquido Vs F factor