pasos para diseñar una torre de extraccion liquido-liquido con relleno

8/13/2019 pasos para disear una torre de extraccion liquido-liquido con relleno

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Repblica Bolivariana de Venezuela.

Ministerio del Poder Popular para la Defensa.

Universidad Nacional Experimental Politcnica de la Fuerzas

Armadas

Ncleo Carabobo-Extensin Bejuma

Diseo de torre extractiva

PROFESOR: INTEGRANTES:Ing. VILLEGAS ELEASIB Br: Herrera Yesibel

Br: Padovani luisa

Seccin PQ-001-DIXSemestre Ing. Petroqumica

Bejuma, Junio del 2012


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Pasos para disear una torre extractiva con relleno

Las torres empacadas, utilizadas para el contacto continuo del

lquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente

paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con

dispositivos de superficie grande. El lquido se distribuye sobre estos y

escurre hacia abajo, a travs del lecho empacado, de tal forma que

expone una gran superficie al contacto con el gas. Son usadas para

destilacin, absorcin de gases, y extraccin liquido-liquido.

Torre de extractiva empacada, liquido ligero disperso.


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El diseo de una columna de relleno supone las siguientes etapas:

1. Seleccionar el tipo y el tamao del relleno.

Tipos de rel leno

Los principales requisitos que debe cumplir el relleno de una columna

son:

a) Proporcionar una gran rea superficial: rea interfacial alta entre el gas

y el lquido.

b) Tener una estructura abierta: baja resistencia al flujo del lquido

extractivo.

c) Facilitar la distribucin uniforme del lquido de alimentacin sobre su

superficie.

d) Facilitar el paso uniforme del fluido extractivo a travs de toda la

seccin de la columna.

En la Figura 1 se muestran los principales tipos de rellenos

comerciales.

Cada uno de estos tipos tiene sus caractersticas de diseo -tamao,

densidad, rea superficial, factor de relleno (constante determinada

experimentalmente, relacionada con el cociente entre el rea del relleno y

el cubo de la fraccin hueca del lecho, que se utiliza para predecir la

cada de presin y la inundacin del lecho en funcin de las velocidades

de flujo y de las propiedades de los fluidos).


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Figura 1 principales tipos de rellenos comerciales


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el cermico se pueden romper fcilmente. En general, el mayor tamao

de relleno aceptable en una columna es de 50 mm. Los tamaos ms

pequeos son ms caros que los mayores, pero por encima de 50 mm la

eficacia en la transferencia de materia disminuye considerablemente. El

uso de partculas de relleno demasiado grandes puede causar una

distribucin pobre del lquido.

Cuerpo de la torre

Esta puede ser de madera, metal, porcelana qumica, ladrillo a prueba de

cidos, vidrio, plstico, metal cubierto de plstico o vidrio, u otro material,

segn las condiciones de corrosin. Para facilitar su construccin y

aumentar su resistencia, generalmente son circulares en la seccin

transversal.

2. Determinar el dimetro de la columna (capacidad) necesario en

funcin de los fluidos involucrados.

Dimetro de la columna

La capacidad de una columna de relleno viene determinada por su

seccin transversal. Normalmente, la columna se disear para operar

con la prdida de carga que resulte ms econmica y que asegure una

buena distribucin de los fluidos.

Es importante tener en cuenta que para columnas con relleno al

azar, la prdida de carga normalmente no excede los 80 mmH2O/m de

altura de relleno. En estas condiciones, la velocidad del lquido extractivo

ser de, aproximadamente, un 80 % la velocidad de inundacin.

La seccin de la columna y su dimetro para una prdida de carga

seleccionada puede determinarse a partir de la grfica presentada en la


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Figura 2, donde se correlaciona la relacin entre las velocidades de flujo

del lquido de alimentacin y el lquido extractivo, las propiedades fsicas

del sistema y las caractersticas del empaquetado con el flujo msico del

fluido extractivo por unidad de rea para distintos valores de la prdida de

carga.

(1)


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Donde;

= factor de flujo Los valores de este factor cubren el intervalo habitualde trabajo.

= flujo msico del Lquido extractivo por unidad de rea (kg/m2s), = densidades promedia del lquido de alimentacin y del liquidoextractivo, kg/m3.

Densidad de la mezcla (1/ = (xi/ i))

(2)

Donde;

= densidad promedio de la mezcla;;= es la fraccin en masa de cada uno de los compuestos;;= densidades de cada uno de los compuesto que se encuentranen la mezcla.

El trmino K4 en la Figura 2 es la funcin:

| (3)

Donde;

= constante de correlacin de la perdida de cargaFp = factor de relleno, propio del relleno seleccionado de la tabla 1

= viscosidad promedio del lquido de alimentacin, Ns/m2Viscosidad promedio de una mezcla liquida


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La viscosidad de la mezcla de dos o ms lquidos puede estimarse

utilizando la ecuacin de Refutas. El clculo se realiza en tres pasos:

El primer paso es calcular el nmero de fusin Viscosidad (VBN) (tambin

llamado el ndice de mezcla de viscosidad) de cada componente de la

mezcla:

En donde v es la viscosidad cinemtica en centistokes (CCT). Esimportante que la viscosidad cinemtica de cada componente de la

mezcla se obtenga la misma temperatura.

El siguiente paso es calcular la VBN de la mezcla, utilizando la

siguiente ecuacin:

Donde Xx es la fraccin de la masa de cada componente de la

mezcla. Una vez que la viscosidad de la mezcla numero de una mezcla se

ha calculado utilizando la ecuacin (2), el paso final es determinar la

viscosidad cinemtica de la mezcla de la solucin de la ecuacin (1) para

v:

Donde;

Exp= e (antilogaritmo)


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VBN Blend= es la viscosidad de la mezcla numero de la mezcla

Cmo calcular el dimetro de la torre?

1. Calcular los valoresy , anteriormente determinar la densidady viscosidad promedio de la mezcla para poder determinar estos

valores.

2. Despus de tener ambos valores entrar al grafico (figura 2) y

obtener el valor de la cada de presin.

3. A partir de esta cada de presin, y con la grfica anterior(figura 2),

se proceder a calcular el porcentaje de inundacin en estas

condiciones con la siguiente frmula:

4. Con la cada de presin obtenida en el paso # 2 y el porcentaje de

inundacin determinada en el paso # 3 se determinar la velocidad

de flujo que ser necesaria para operar.

; Cada de presin=velocidad de flujo=porcentaje de inundacin

5. La velocidad de flujo est directamente relacionada con el caudal y

con el rea de la seccin transversal. Con la siguientes formula se

determinaran el rea transversal y posteriormente el dimetro de la

columna de relleno.

A = Q/V


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Donde:

A= rea de la seccin trasversal

Q= Caudal volumtrico

V= velocidad de flujo a travs de la columna

D =dimetro de la columna

3. Determinar la altura de la columna que se necesita para llevar

a cabo la separacin especfica.

Altura de l lecho empaquetado

Z = Htu* NOL

Donde;

Z= altura de La torre

Htu=altura de unidad de transferencia

NOL = nmero de unidades de transferencia

Para el diseo de las columnas de extraccin de relleno se suelen

utilizar los conceptos de nmero de unidades de transferencia (NOL) y

altura de una unidad de transferencia (HTU). Valores tpicos de HTU para

empaquetamientos al azar (de acuerdo el tamao del relleno se encuentra

el HTU) son: 0.3-0.6 m si el relleno tiene un tamao de 25 mm, 0.5-0.75 m

si el relleno tiene un tamao de 38 mm y 0.6-1.0 m si es de 50mm.

Para conocer la altura necesaria de la columna bastar con determinar

el nmero de unidades de transferencia y su HTU.


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Cmo calcular la altura de la torre?

encontrar el valor de HTU por el tamao del relleno como se te

explico anteriormente.

Calcular el NOL por mdio de las siguientes formula; existe otros

mtodos como el del rectangulo que te seran utiles para calcular

este valor.

NOL

| [( ) ] Fraccin molar del soluto en el lquido extractivo en el fondo yen el tope de la columna respectivamente.

|=factor de absorcin debe encontrarse entre 1,5 y 2,0.

4. Seleccionar y disear los dispositivos interiores de la

columna: distribuidor del lquido de alimentacin,

redistribuidores de lquido, platos de soporte y de inyeccin

del lquido extractivo y platos de sujecin.

Dispos it ivos inter iores de torres de relleno

Distribuidor de lquido de alimentacin. El relleno, por s solo, no

conduce a una adecuada distribucin del lquido de alimentacin.

Un distribuidor ideal tendra las siguientes caractersticas:

a) Distribucin uniforme del lquido.

b) Resistencia a la oclusin y ensuciamiento.

c) Elevada flexibilidad de operacin (mximo intervalo entre los caudales

mximo y mnimo con los que puede operar).

d) Elevada rea libre para el flujo de gas.


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e) Adaptabilidad a la fabricacin con numerosos materiales de

construccin.

f) Construccin modular para una mayor flexibilidad de instalacin.

Figura 3. Distribuidores de lquido de alimentacin. a) Tipo orificio. b)

Tipo vertedero. c) Tipo vertedero-canal.

Los dos distribuidores ms ampliamente utilizados son los de

orificios y los de tipo vertedero (Figura 3). En los de tipo vertedero se

utilizan tubos verticales con vertederos en forma de V para la bajada del

lquido, lo que permite un mayor flujo al aumentar la carga de altura. En

los de tipo orificio, el lquido de alimentacin desciende a travs de los

orificios y el flujo extractivo asciende por unos tubos. Las conducciones

del lquido extractivo deben tener un rea tal que la prdida de carga al

circular el flujo extractivo sea pequea, los orificios deben ser lo

suficientemente pequeos para asegurar que hay un nivel de lquido

sobre el plato an a la menor velocidad de lquido, pero lo suficientemente


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grandes para que el distribuidor no se sature a la velocidad mayor. Los

distribuidores de tipo vertedero-canal son ms caros pero ms verstiles

(Figura 3). El lquido se distribuye proporcionalmente a travs de una o

ms bandejas de particin y despus pasa a los canales con vertederos.

A continuacin se presentan una serie de Distribuidor de lquido de

alimentacin que te ayudaran para optimar tu diseo.

Redistribuidores de lquido. Son necesarios para recoger el

lquido que baja por las paredes, o que ha coalescido en alguna

zona de la columna, y redistribuirlo despus para establecer un

modelo uniforme de irrigacin. Los criterios de diseo son similares

a los de un distribuidor del lquido de alimentacin. En la Figura 4

se muestra un distribuidor tipo Rosette que va soldado a la pared

de la columna y un redistribuidor que efecta una recoleccin total

del lquido antes de su redistribucin.

La altura mxima de lecho que puede existir sin redistribuidor de

lquidos depende del tipo de relleno y del proceso. Como

orientacin, se puede considerar que la mxima altura de lecho sin

redistribuidor no debe exceder de 3 veces el valor del dimetro de

la columna cuando el relleno es de anillos Raschig, y de 8 a 10

veces si el relleno es de anillos Pall y sillas. En las columnas de

dimetro grande, la altura del lecho estar limitada por el mximo

peso de relleno que pueda soportar el plato de soporte de relleno y

las paredes de la columna (alrededor de 8 m).


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Figura 4. Redistribuidores de lquido. a) Tipo Rosette. b) Tipo metlico.

Platos de soporte y de inyeccin del fluido extractivo. Adems

de soportar el peso del relleno, los platos de soporte deben de

estar diseados para permitir un flujo relativamente no restringido

del lquido de alimentacin y del fluido extractivo. Con los tipos de

platos que se muestran en la Figura 5, el lquido desciende a travs

de las aberturas hacia el fondo y el lquido extractivo asciende a

travs de la seccin superior.

Figura 5. Platos de soporte e inyectores del lquido extractivo. a) Tipo

rejilla. b) Tipo tubo perforado.

Platos de sujecin (limitadores de lecho). Los platos de sujecin se

colocan en la parte superior del relleno para evitar el desplazamiento,

la dispersin o la expansin del lecho a causa de elevadas cadas de


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presin u oleadas de lquido. La Figura 6 muestra algunos diseos de

platos de sujecin. Se usan principalmente con relleno de cermica,

que puede romper fcilmente, y con relleno de plstico, que puede

flotar y salir del lecho. Con frecuencia se utilizan recubrimientos de tela

metlica situados sobre el relleno, juntamente con los platos de

sujecin para prevenir el arrastre de lquido a la salida del vapor.

Platos de soporte para dispersin lquido-lquido. Las columnas

de relleno pueden ser utilizadas para efectuar el proceso de extraccin

lquido-lquido. En la parte inferior de la torre, la funcin de los platos

de soporte es la de actuar como soporte y dispersor de la fase ligera.

Tambin se colocan cada 2 4 metros de lecho, actuando como

soportes y redispersores para la fase ligera, que tiende a coalescer.

Cuando se colocan en la parte superior de la torre se pueden utilizar

para dispersar la fase pesada o bien hacer continua la fase ligera. En

general, la fase dispersa entra a travs de los orificios y la pesada

pasa a travs de secciones disponibles para descender.

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