R3 LEMIV Relleno de Columnas

POR MI RAZA HABLARÁ EL ESPÍRITU

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

MATERIA: LEM III

TRABAJO: REPORTE EXPERIMENTAL NO. 3

TEMA: RELLENO DE COLUMNAS

NOMBRES: ARIAS BARDALES OSCAR DANIELCRUZ CASTILLO JOSÉ ALBERTO

HERNÁNDEZ JIMENEZ JESSICA LILIANAZERMEÑO ALCAZAR LETICIA

CARRERA: 118 - INGENIERIA QUÍMICA

GRUPO: 1651

PROFESORAS:ELVIA MAYEN SANTOS

ABIGAIL MARTINEZ ESTRADA

OBSERVACIONES:

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CUAUTITLAN IZCALLI, ESTADO DE MÉXICO. A LOS 10 DIAS DEL MES DE SEPTIEMBRE DEL 2015


INTRODUCCION

Las torres empacadas, utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a contracorriente como corriente paralela, son columnas

verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El líquido se distribuye sobre ellos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas.Los empaques son principalmente de dos tipos:

o Empaques al azar:

Simplemente se arrojan en la torre durante la instalación y que se dejan caer en forma aleatoria.

o Empaques regulares:CUAUTITLAN IZCALLI, ESTADO DE MÉXICO. A LOS 10 DIAS DEL MES DE SEPTIEMBRE

DEL 2015


Ofrecen ventajas de menor caída de presión para el gas y un flujo mayor. Tienen una instalación más costosa.

OBJETIVOS

o Identificar diferentes tipos de empaques y conocer las propiedades más importantes

que se deben considerar para su elección. o Identificar el empaque indicado para cada equipo, así como para cada proceso, tanto

para espaciado como material.o Conocer los diferentes costos, proveedores.

GENERALIDADES

De manera general las características físicas que debe tener el empaque a tratar

Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido u el gas. La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado an debe ser grande, pero no en el sentido microscópico. Los pedazos de coque, por ejemplo, tienen una superficie grande debido a su estructura porosa, pero la mayor parte de la superficie será cubierta por la película de líquido que escurre. De todas maneras, la superficie específica del empaque an es casi siempre más grande que la superficie interfacial liquido-gas

Poseer las características deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen fraccionario vacío, ε, o fracción de espacio vacío, en el lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de grandes volúmenes de fluido a través de pequeñas secciones transversales de la torre, sin recargo o inundación debe ser baja la caída de presión del gas. Más aun, la caída de presión del gas debe ser debe ser principalmente el resultado de la fricción peculiar, si es posible puesto que es más efectivo que formar arrastres al promover valores elevados de los coeficientes de transferencia de masa

Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesado

Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación

Tener bajo precio.



Describimos algunas ventajas y desventajas del empacamiento regular y del aleatorio

Ventajas Desventajas

Empaques Aleatorios

Simplemente se arrojan en la torre durante la instalación y se dejan caer Los tamaños más pequeños de

empaques ofrecen superficies especificas mayores

Producen mayores caídas de Presión

Empaques Regulares

Una menor caída de presión para el gas y un flujo mayor

Poseen buenas características de transferencia de masa a baja presión

Requieren una instalación más costosa

El área superficial es una propiedad importante ya que es la parte en donde interacciona el sólido con lo que lo rodea, debemos considerar que a medida que el tamaño de una partícula disminuye el área superficial por unidad de masa aumentara; el cálculo de es similar al área normal de un cuerpo, la diferencia radica en que aquí se toma en cuenta la tercera dimensión del cuerpo, en este caso para calcular el área superficial de un cilindro se realiza con la siguiente formula:

AS=π∗¿La fracción de espacios vacíos será el porcentaje de espacio que los empaques no ocupan en cierta cantidad de agua debido a los huecos que existen en estos.

ε= vol . desplazado xempaquesvol de aguaespecifico

ε=V E

V L

El factor de empaque se calcula con el siguiente modelo matemático

F=AP

ε3

SiendoAp: area superficialƐ: fracción de espacios vacíos

METODOLOGIA

Material utilizado para la práctica.

Material Cantidad Equipo Cantidad

Vasos de precipitado

2 de 100mL Balanza analítica

1



Probeta 250 mL Vernier 1

Sillas Intalox de cerámica

Varias Anillos Rashing de cerámica (chico)

Varios

Anillos Rashing de

PVC

Varios Monturas Berl

Varios

Anillos Rashing de Cerámica (grande)

Varios




Relleno de columnas.

Seleccion de diferentes tipos de empaques,

cilindricos de diferentes materiales

(anillos rashing)

Separar en sus diferentes grupos

Medir su volumen, densidad, y area

superficial.

Medir sus diametros interno, externo y sus respectivas longitudes

seleccionde las Monturas Berl y las Silas

Intalox

Medicion de las propiedades de cada tipo de empaque, asi

como el desplazamiento de agua

Anotar los resultados experimentales


RESULTADOS EXPERIMENTALES

Empaque D.I(cm)

D.E(cm)

Espesor(mm)

Peso por pieza(gr)

Peso prom(gr)

Piezas Longitud(cm)

Volumen(mL)

Volumen final(mL)

Anillo Rasching Plástico

1.78 2.14 2 2.95082.95243.1642.942

2.8306

2.96796

5 6.6 150 160

Montura Berl 2.5 3.76443.52273.47023.43153.4368

3.52512

8 7.7 150 164

Anillo Rasching Porcelana

1.84 2.72 3 14.9315.536815.796216.876917.1733

16.062645 8.3 150 184

Metal Intalox 5 0.86790.93420.83450.8543

0.87272520 6.7 150 152

Anillo Rasching porcelana chico

1.18 1.66 2 3.53064.06483.64074.02663.71324.2361

3.868666667 5 5 150 158



ANALISIS DE RESULTADOS

Según los requerimientos de los empaques, las propiedades que el equipo consideró que son mejores son las siguientes:

Empaque Peso por volumen

[g]

Longitud[cm]

Diámetro exterior

[cm]

Diámetro interior

[cm]

Espacio vacío(%)

Diferencia de Volumen

desplazado[ml]

Resultados experimentales

Anillo Raschig Plástico 162.6 2.7 2.6 1.73 79.54 90

Anillo Raschig ¼ 30.3 1.9 2.13 1.7393.75 20

Intalox/metal 33.9 3.35 93.75 20

Montura Intalox 49.1 g 3.2 90.90 30

Resultados teóricos

Anillo Raschig 3/4 300 27 2.5 1.6 80 110

Anillo Rasching 1/4 125 2.1 1.6 1.3 72

Intalox/metal 35 3.7 97.5

Montura Intalox 57.7 4 80

Para poder comparar los datos obtenidos experimentalmente con la literatura se utilizará la tabla 6.3 del Treybal

Para comparar estos resultados es necesario volver a la tabla de resultados experimentales.

Anillos de Rasching porcelana grandes (18.4 mm)El diámetro nominal lo podemos situar entre los 19 mm

El espesor obtenido durante la experimentación es de 3 mm y el reportado en la tabla es de 2.4 para un diámetro nominal de 19 mm, por lo que se puede decir que se obtuvo un valor cercano, el resultado pudo variar debido al desgaste que presentaban los empaques

Anillo Rasching porcelana chico (18.1 mm) El espesor obtenido fue de 2 mm y el reportado para un diámetro más pequeño

que el experimental es de 1.6 por lo que es aceptable el valor del mismoEl diámetro de los anillos medidos se encuentra dentro del rango de diámetros nominales reportados en la literatura.



Los costos aproximados de los empaques reportados de un proveedor vía internet son los siguientes:

Silla intalox de cerámicaMedida de la silla costo

25 mm 15.40 dólares por kilogramo13 mm 12.70 dólares por kilogramo3/8 in 09.80 dólares por kilogramo

Anillo Rashing de cerámica38 mm 0.76 dólares la unidad6 mm 10 dólares por kilogramo40 mm 15.20 lote de 20 pzas.

Anillo Rashing PVCTodos los tamaños 220 a 500 dls m3

Los cuales dependen del tamaño nominal.Los resultados del área superficial se presentan en la siguiente tabla:

Empaque Área superficial(cm2)

As por unidad de volumen(cm2/cm3)

Fracción de espacios

vacíosSuperficie especifica

Anillo Raschig Plástico

AS=π∗(2.14+1.78 )∗6.6=36.945cm2

Ap=36.945 cm2

2cm3 =18.47cm2

cm3ε=1 50ml

160ml∗100=93.75 %36.945cm2

1 0mL=3.69cm2/mL

Anillo Raschig Porcelana

AS=58.735cm2

¿33.75cm2

cm3

¿91.46 % ¿1.152cm2/mL

AS=33.011cm2

¿4.85c m2

c m3

¿81.52 % ¿4.195 cm2/mL

Intalox/metal AS=b∗h=7∗0.7=4.9cm2

¿49c m2

c m3

¿98.68 % ¿2.45c m2/mL

Montura Berl AS=7. 8cm2

¿4.875c m2

c m3

¿94.9 % ¿0.975c m2/mL



MEMORIA DE CÁLCULO

Para el área superficial:

AS=π∗¿

Empaque Longitud(cm)

Diámetro exterior

(cm)

Diámetro interior

(cm)

Área superficial(cm2)

As por unidad de volumen(cm2/cm3)


3 2.14 1.78 AS=π∗(2.14+1.78 )∗6.6=36.945cm2

Ap=36.945cm2

2cm3 =18.47cm2

cm3


8.3 2.72 1.84 AS=58.735cm2

¿33.75cm2

cm3

5 1.66 1.18 AS=33.011cm2

¿4.85c m2

c m3

Intalox/metal 20 0.7 7 AS=b∗h=7∗0.7=4.9cm2

¿49c m2

c m3

Montura Berl 8 1.5 5.2 AS=7. 8cm2

¿4.875c m2

c m3

De los datos experimentales podemos obtener el volumen de cada empaque.

vo lempaque=vo ldes

no .deempaques= 10ml

5emp=2

mlemp

Para la fracción de espacios vacíos:

ε=vo linicial

vo ltot

Empaque Masa por pieza [g]

No. Piezas

Volumen inicial (mL)

Volumen final (mL)

Fracción de espacios vacíos


2.98796 5 150 160 ε=1 50ml160ml

∗100=93.75 %

Anillo Raschig 3.52512 8 150 164 ¿91.46 %



Porcelana 16.06264 5 150 184 ¿81.52 %

Montura Berl 0.872725 20 150 152 ¿98.68 %

Metal/Intalox 3.8686 5 150 158 ¿94.9 %

Con los valores obtenidos podemos determinar el factor empaque de la siguiente manera

F= Apε3 =

0.9331cm2

c m3

0.83333 =1.6125c m−1

Empaque Área superficial total cm2

Piezas(unidades)

Volumen total

desplazado (ml)

Factor de empaque


¿18.47cm2

cm3

5 160 18.47cm2∗516 0mL

=0.5771 cm2/mL


¿33.75cm2

cm3

8 164 ¿1.64c m2/mL

¿4.85c m2

c m3

5 184 ¿0.1317c m2/mL

Intalox/metal¿49

c m2

c m3

20 152 ¿6.44 cm2/mL

Montura Intalox ¿4.875

c m2

c m3

5 158 ¿0.1542c m2/mL

Para el cálculo de la densidad del empaque se requiere la formula

ρ= masavolumen

Empaque Piezas(unidades

)

Peso por

volumen [g]

Diferencia de

Volumen desplazad

o[ml]

Densidad de empaque

Anillo Raschig plástico

5 14.8398 10 ρ=162.6 g90ml

=1. 483gml

Anillo Raschig porcelana

8 80.3132 14 ¿2.36g

mL5 23.212 34 ¿1.658

gmL



Intalox/metal 20 3.4906 2 ¿1.74g

mLMontura Intalox 5 17.6256 8 ¿2

gmL

Para calcular el valor de las piezas por volumen que hay se necesita:

pzas por volumen=Piezas totalesvolumen total

En el cálculo de la masa por volumen se considera lo siguiente:

masa por volumen= masatotalvolumen total

Empaque Masa [g]

No. Piezas

Volumen [mL]

Volumen agua [mL]

Volumen total desplazado (ml)

Piezas por volumen

Masa por volumen


14.8398

5 150 160 10 510mL

=0.5 pza/mL14.839160mL

=0.09 gr /mL


80.3132

8 150 164 14 ¿0.57 pza /mL ¿0.4897 gr /mL

23.212 5 150 184 34 ¿0.1470 pza/mL¿0.1261 gr /mL

Intalox/metal 3.4906 20 150 152 2 ¿10 pza /mL ¿0.0229 gr /mL

Montura Intalox

17.6256

5 150 158 8 ¿0.625 pza/mL ¿0. gr /mL

Para el cálculo de la superficie específica:

¿ Esp= Área superficialvolumen

Empaque Masa [g]

No. Piezas

Volumen [mL]

Área superficial total cm2

Superficie especifica

Anillo Raschig ¾

14.8398 5 10 ¿36.945 cm2 36.945cm2

1 0mL=3.69cm2/mL

Anillo Raschig ¼

80.3132 8 14 ¿58.735cm2 ¿1.152cm2/mL

23.212 5 34 ¿33.011cm2 ¿4.195 cm2/mL

Intalox/ 3.4906 20 2 ¿4.9 cm2 ¿2.45c m2/mL



metal

Montura Intalox

17.6256 5 8 ¿7. 8cm2 ¿0.975c m2/mL

CONCLUSIONES

Los valores de la experimentación con respecto a los valores reportados con la bibliografía, son muy parecidos, no existe algún empaque que sea 100% al reportado en la literatura pero se acercan los valores de forma significativa.Para la elección del mejor empaque el equipo

BIBLIOGRAFIA

Treybal, (1981), Operaciones en Transferencia de Masa, 3a Edición, México DF, Mc Graw-Hill

http://es.aliexpress.com/w/wholesale-ceramic-intalox-saddle.html , http://es.aliexpress.com/wholesale?SearchText=anillo+raschig&catId=0 http://ace-product.com/es_ceramic_packing.html


http://ace-product.com/es_ceramic_packing.html

http://es.aliexpress.com/wholesale?SearchText=anillo+raschig&catId=0

http://es.aliexpress.com/w/wholesale-ceramic-intalox-saddle.html

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