INTECAMBIADORES DE CALOR Y COLUMNAS DE DESTILACION

JAVIER LARA LUIS MERIDA

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INTRODUCCION

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre

dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en

contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeración,

acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.

En los sistemas mecánicos, químicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe

ser transferido de un lugar a otro, o bien, de un fluido a otro. Los intercambiadores

de calor son los dispositivos que permiten realizar dicha tarea. Un entendimiento

básico de los componentes mecánicos de los intercambiadores de calor es

necesario para comprender cómo estos funcionan y operan para un adecuado

desempeño. El objetivo de este trabajo de investigación es presentar los

intercambiadores de calor como dispositivos que permiten remover calor de un

punto a otro de manera específica en una determinada aplicación.

Un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de

calor de un fluido a otro fluido. Entre las principales razones por las que se utilizan

los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes:

• Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura.

• Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con menor temperatura.

• Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con mayor

temperatura.

• Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido frío.

• Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras se condensa un fluido gaseoso

con mayor temperatura.

Debe quedar claro que la función de los intercambiadores de calor es la

transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas

diferentes. Se debe tener en mente que el calor sólo se transfiere en una sola

dirección, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura.

En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no están en contacto entre

ellos, el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor

temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto térmico con las paredes

metálicas que los separan

Tipos de intercambiadores

1. Intercambiador de calor de doble tubo: Uno de los fluidos fluye en el interior de

una tubería y el otro lo hace en el espacio anular entre ambas tuberías. Los fluidos

pueden circular en paralelo o a contracorriente.

Es útil principalmente para velocidades de flujo bajas.

2. Intercambiadores de tubos y coraza: Los flujos de estos intercambiadores son

continuos. Se usan muchos tubos en paralelo con uno de los fluidos circulando en

su interior. Los tubos, distribuidos en forma de manojo, están encerrados en una

sola coraza y el otro fluido fluye por el exterior de los tubos, dentro de la coraza.

a) El fluido frío entra y circula por los tubos en paralelo en un solo paso, mientras

que el fluido caliente entra por el otro extremo y fluye a contracorriente por el

exterior de los tubos. Se usan deflectores transversales de tal manera que el fluido

se ve forzado a fluir perpendicularmente por la batería de tubos en lugar de

hacerlo en paralelo. Esta turbulencia adicional generada por el flujo transversal,

aumenta el coeficiente de transferencia de calor de la coraza.

b) El líquido en los tubos fluye pasando dos veces (tal como se indica) y el líquido

de la coraza fluye en un solo paso. El primer paso por los tubos, el fluido frío fluye

a contracorriente del fluido caliente de la coraza y en el segundo paso por los

tubos fluye en paralelo con el fluido caliente.

1. Intercambiador de flujo cruzado. Uno de los fluidos, que es un líquido, fluye

dentro de tubos y el gas exterior fluye a través del manojo de tubos por convección

forzada o a veces natural.

a) El fluido del interior de los tubos se considera sin mezcla, ya que está confinado

y no puede mezclarse con ninguna otra corriente. El flujo de gas en el exterior de

16s tubos está mezclado, dado que puede moverse libremente entre los tubos y

habrá una tendencia a que la temperatura del gas se iguale en la dirección normal

al flujo. En el fluido no mezclado del interior de los tubos habrá un gradiente de

temperatura paralelo y normal a la dirección del flujo.

b) El gas fluye a través de un manojo de tubos con aletas y no se mezcla porque

queda confinado en canales de flujo separados entre las aletas conforme el gas

pasa sobre los tubos. El fluido dentro de los tubos no se mezcla.

PROCESO (síntesis de cloruro de etilo)

La síntesis del cloruro de etilo se logra haciendo reaccionar etileno (C2H4) y

cloruro de hidrogeno (HCl) en presencia de un catalizador de cloruro de aluminio.

C2H5Cl (g)C2H4 (g) + HCl (g)

La reacción se lleva a cabo con el catalizador suspendido en cloruro de etilo

líquido. A medida que la reacción procede, la mayor parte del calor liberado se

emplea para vaporizar el líquido, lo cual permite mantener la temperatura de

reacción en por debajo de 50°C.

La corriente que sale del reactor contiene el cloruro de etilo formado en la reacción

y el que se vaporiza en el reactor .esta corriente pasa por un intercambiador de

calor (condensador) donde es enfría a 0°C, condensando casi todo el cloruro de

etilo y dejando solo el C2H4, HCl sin reaccionar y C2H6 en fase gaseosa.

Una porción del condensado líquido se re circula al reactor a una velocidad igual a

aquella a la cual se vaporiza el cloruro de etilo, y el resto se desprende como

producto.

Diagrama de flujo esquemático y simplificado

La función principal del condensador es ser el foco frío o sumidero de calor dentro

del ciclo termodinámico. Por tanto, su misión principal es condensar el vapor que

proviene del escape de la turbina de vapor en condiciones próximas a la

saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente) al exterior mediante

un fluido de intercambio

COLUMNAS DE DESTILACIÓN

Las columnas son uno de los equipos más utilizados dentro de la industria

química.

Existen numerosas aplicaciones para estos equipos, siendo la mayoría

operaciones de separación de componentes. De esta manera las columnas se

diseñan principalmente para llevar a cabo tres operaciones:

- Destilación

- Absorción

- Extracción

Objetivos:

Objetivos generales:

* Demostrar la eficiencia de las columnas de destilación en el campo de la

industria química.

Objetivos secundarios

* Dar a conocer la importancia de las columnas en los procesos de destilación.

* Conocer de alguna manera los diferentes medios que se usan para realizar una

buena destilación

JUSTIFICACION

La destilación, comúnmente hecha en una columna de destilación, donde debido a

la diferencias de volatilidades comprendidas entre los diversos compuestos

hidrocarbonados va separándose a medida que se desplaza a través de la torre

hacia la parte superior o inferior. El grado de separación de los componentes del

petróleo está estrechamente ligado al punto de ebullición de cada compuesto.

DESCRIPCION

La destilación es una de las operaciones unitarias más empleadas para la

separación de los componentes de una mezcla. Esta separación se produce

gracias a la diferencia de volatilidad entre las sustancias que forman la mezcla. El

componente de mayor volatilidad sale por cabeza mientras que el menos volátil se

obtiene por fondo.

Una columna de destilación está formada habitualmente por una carcasa

cilíndrica, un condensador y un hervidor. En el interior de la carcasa se suele

disponer un relleno o una serie de platos para que la separación se lleve a cabo

de la mejor manera posible y de esta manera se aumenta la eficacia.

- El hervidor proporciona la energía necesaria para llevar a cabo la separación.

- El condensador enfría el vapor para condensarlo y mejorar la eficacia de la

destilación, mientras que el acumulador de reflujo almacena el vapor condensado

para introducir una parte de éste de nuevo a la columna como reflujo.

- La alimentación se suele introducir en una de las etapas intermedias y a partir de

ahí se divide la columna en una sección de rectificación o enriquecimiento y en

una sección de agotamiento.

Normalmente es necesario realizar más de una etapa de destilación para alcanzar

la pureza requerida en los componentes destilados.

TIPOS

El proceso de destilación se puede realizar en diferentes tipos de columnas que

pueden clasificarse, en relación a sus dispositivos internos en:

a) Columnas de platos

b) Columnas de relleno

a) COLUMNAS DE PLATOS

En las columnas de platos la operación se lleva a cabo en etapas. El plato va a

proporcionar una mezcla íntima entre las corrientes de líquido y vapor. El líquido

pasa de un plato a otro por gravedad en sentido descendente, mientras que el

vapor fluye en sentido ascendente a través de las ranuras de cada plato,

burbujeando através del líquido.

Al plato se le exige que sea capaz de tratar las cantidades adecuadas de líquido y

vapor sin una inundación o un arrastre excesivos, que sea estable en su

funcionamiento y resulte relativamente simple en cuanto a instalación y

mantenimiento. También es importante conseguir que la caída de presión en el

plato sea mínima.

El número de platos necesarios para efectuar una separación dada vendrá

determinado por distintos factores, que se analizarán a continuación. Por lo

general cuanto mayor sea el número de platos de la torre, mayor será la

separación conseguida.

Se pueden encontrar diferentes tipos de platos:

* Platos de campanas de barboteo: ha sido el plato más ampliamente utilizado, las

campanas están colocadas sobre unos conductos de subida.

* Platos perforados: su construcción es mucho más sencilla, requiriendo la

perforación de pequeños agujeros en la bandeja.

* Platos de válvulas: es un intermedio entre los de campanas de barboteo y los

platos perforados. La construcción es similar a los de campanas, cada agujero

tiene por encima una válvula que se eleva ante el paso del vapor.

1. plato de barboteo 2. Plato de válvulas 3. plato perforado |

Normalmente el tipo de plato más empleado es el plato perforado, debido

principalmente a su economía. Si se requiere una mayor flexibilidad entonces se

hará uso de los platos de válvulas; actualmente los platos de barboteo aparecen

únicamente en los casos en que es necesario controlar el tiempo de residencia

para que se dé una determinada reacción química o si el flujo de vapor es

insuficiente y se produce un goteo del líquido.Plato de barboteo Distintos tipos de

válvulas

IMPORTANCIA

La máxima capacidad de un plato para el manejo de los fluidos de gas y de líquido

tiene gran importancia, porque determina el mínimo diámetro posible en la

columna. Para un caudal de líquido constante, el aumento de la velocidad del gas

produce arrastre excesivo e inundación. En el punto de inundación es difícil

obtener un descenso neto del líquido y cualquier cantidad añadida a la columna

será arrastrada por el gas de cabeza. También se puede llegar a inundación

aumentando la velocidad de líquido mientras se mantiene la del gas constante. El

caudal excesivo de líquido puede sobrepasar la capacidad de los bajantes u otros

conductos, con el resultado de un aumento de del contenido del líquido, mayor

caída de presión y demás características propias de la condición de inundación.

La mínima capacidad admisible de una columna de platos está determinada por la

necesidad de obtener una dispersión eficaz y un buen contacto entre las fases.

Los distintos tipos de platos difieren en su capacidad para admitir caudales bajos

de gas y de líquido. Un plato de malla con flujo cruzado puede actuar con un

caudal gas reducido hasta un punto en que el líquido drena a través de las

perforaciones y la dispersión del gas es inadecuada para obtener una buena

eficacia. Los platos de válvulas pueden operar con caudales de gas muy bajos,

gracias al cierre de las válvulas. Para todos los dispositivos existe un caudal

mínimo de gas por debajo del cual se produce una dispersión inadecuada para

obtener el contacto íntimo entre fases

b) COLUMNAS DE RELLENO

En las columnas de relleno la operación de transferencia de masa se lleva a cabo

de manera continua. La función principal del relleno consiste en aumentar la

superficie de contacto entre el líquido y el vapor, aumentar la turbulencia y por

tanto mejorar la eficacia. A medida que aumenta el tamaño del relleno disminuye

la eficiencia de la transferencia de materia y aumenta la pérdida de carga, por

tanto para determinar el tamaño óptimo de relleno habrá que llegar a un

compromiso entre estos dos factores.

La selección del material de relleno se basa en criterios como resistencia a la

corrosión, resistencia mecánica, resistencia térmica y características de mojado.

Además, es necesario disponer un distribuidor de líquido en la parte superior de la

columna para asegurar que el líquido moje de manera uniforme todo el relleno y

no se desplace hacia las paredes.

Se tienen varios tipos de relleno:

* Al azar: este tipo de relleno es bastante económico y suelen ser de materiales

resistentes a la corrosión (metálicos, cerámicos o de plástico). Los rellenos más

empleados eran los anillos Rashig y lassillas o monturas Berl, pero ahora han sido

reemplazados por otros más eficientes como los anillos Pall, las monturas Intalox y

los anillos Bialecki.

* Estructurado: es bastante más caro por unidad de volumen que el relleno al azar,

pero ofrece mucha menos pérdida de carga por etapa y tiene mayor eficiencia y

capacidad.

El empleo de columnas de relleno frente a las de platos se ve favorecido en los

siguientes casos:

* cuando las columnas son de pequeñas dimensiones (menos de 0,6m de

diámetro y una altura de relleno inferior a 6m)

* si se tienen sustancias corrosivas o se forma mucha espuma

* si se requiere que la pérdida de carga en la columna sea pequeña

* si la velocidad del líquido es elevada

FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento de toda columna de destilación se basa en que existe un vapor

que asciende por la columna el cual se encuentra con un líquido que desciende,

entonces se produce una transferencia de materia y energía en cada etapa (bien

sea un plato o una porción de relleno). Aunque la alimentación sea un líquido sub

enfriado, el vapor aparece como consecuencia del hervidor situado en la parte

inferior de la columna, hay que tener en cuenta que los únicos aportes de calor a

lo largo de la columna se realizan en el hervidor y en el condensador.

El vapor, a medida que se aproxima a la parte superior de la columna, se

enriquece en los componentes volátiles de la mezcla, mientras que el líquido que

circula en contracorriente arrastra los componentes más pesados.

Las corrientes que salen de cada etapa se encuentran en equilibrio pero las que

entran no lo están. Las corrientes de líquido están en sus puntos de burbuja y las

corrientes de vapor en sus puntos de rocío, por tanto se produce un intercambio

calorífico entre ambas corrientes.

Para determinar las composiciones de cada corriente se pueden usar diagramas

semejantes al que se muestra:

Diagrama de puntos de ebullición para una sección de rectificación

(Todas las fracciones molares que se muestran aquí y en las secciones sucesivas

están referidas al componente más volátil de la mezcla).

La facilidad de la separación va a depender del valor de la volatilidad relativa: |

donde Ki son las constantes de equilibrio (Ki = yi/xi) |

En el caso de una solución ideal: | |

| siendo | |

Cuanto mayor sea la volatilidad relativa, mayor será la separación. |

Se puede emplear un condensador parcial o uno total para la destilación. La

elección depende de la pérdida de carga del acumulador de reflujo, así como de

otras características del proceso. Se recomienda la utilización de un condensador

total si la pérdida de carga es aproximadamente de 1,48 MPa y si ésta es superior,

entre 1,48 y 2,52 MPa, se usará un condensador parcial.

CÁLCULO DEL NÚMERO DE PLATOS

Para conocer el número de platos de una columna de destilación hay que tener en

cuenta las característicasde la alimentación:

1) DESTILACIÓN BINARIA: en este caso se puede optar por varios métodos,

entre ellos:

* Sorel: se trata de un método analítico en el que se van realizando balances de

materia y energía plato a plato.

* Lewis: es una simplificación del método anterior. Se aplica la condición de reflujo

molar constante, esto es posible cuando los calores de vaporización de los

componentes de la alimentación son aproximadamente iguales.

* Mc Cabe-Thiele: consiste en un método gráfico y es el más extendido

académicamente por su simplicidad.

2) DESTILACIÓN MULTICOMPONENTE: se trata de un cálculo más complejo

debido a la existencia de un mayor número de componentes. El método riguroso

de cálculo lleva consigo una simulación de la columna y donde se realiza la

optimización del diseño.

OTROS CÁLCULOS

Si se quieren calcular otras características de la columna como el diámetro o la

altura, hay que tener en cuenta si se trata de una columna de platos o una

columna de relleno.

* columna de platos

* Diámetro de plato

* Pérdida de carga en el plato

* Eficacia de plato

* columna de relleno

* Diámetro de la columna

* Altura de la columna

* Método de los coeficientes de transferencia de materia

* Columnas de platos

* DIÁMETRO DEL PLATO

Si se quiere conocer el área transversal de una columna de platos hay que tener

en cuenta que el área total de un plato es: A = Aa + 2Ad

Paradeterminar el diámetro de la columna evitando la inundación

| De aquí el área resulta: |

Donde:

* MV: peso molecular del vapor

* V: flujo de vapor

* f: porcentaje de inundación. Normalmente suele tomar un valor de 0,8 para

productos que no forman espumas.

* Uf: velocidad de inundación

* Ad/A: relación entre el área de la bajante y el área total.

Para calcular la velocidad de inundación se emplea la expresión:

* C: parámetro de capacidad de Souders y Brown.

siendo | | respectivamente las densidades del líquido y del vapor |

Este parámetro se puede calcular de dos maneras distintas:

* por medio de la siguiente ecuación, si se conoce el diámetro de las gotas, dp

* bien empleando la expresión:

C = FST· FF· FHA· CF

Donde:

* FST: factor de tensión de superficie. Donde la tensión superficial se expresa en

(dyn/cm)

* FHA: factor de fracción perforada

* FF: factor de espuma. Para sistemas que no forman espuma FF=1, pero en otras

ocasiones FF puede ser 0,75 o incluso menor.

Para estimar el valor de CF se hace a través del diagrama de la correlación de

Fair. El valor de la separación entre platos debe ser especificado, normalmente se

suele elegir una separación de 24 pulgadas, que suele ser óptima para una amplia

gama de condiciones, además es necesario calcular el valor de FLV:

La estimación de Ad/Aa se hace a partir de la siguiente expresión:

Para obtener el diámetro dela columna se debe calcular el diámetro de los platos

donde las condiciones de caudal son extremas. Esto suele ocurrir en el plato

superior y en el inferior de la columna así como en platos cercanos a la

alimentación. Se elige el mayor diámetro de los calculados para toda la columna, a

no ser que la diferencia entre estos sea muy grande. Si así fuese se procederá a

construir una columna con diámetros distintos.

* PERDIDA DE CARGA EN EL PLATO

La pérdida de carga en un plato se debe principalmente a tres factores:

las unidades de medida vienen dadas en pulgadas de líquido

El primer término representa la pérdida de carga del plato seco:

* u0: velocidad a través de los agujeros (en ft/s)

* c0: es función del porcentaje del área perforada y de la relación entre el espesor

del plato y el diámetro del agujero.

Siendo respectivamente las densidades del líquido y del vapor

El segundo término expresa la altura equivalente de líquido claro en el plato:

* hW: altura del vertedero (en pulgadas)

* qL: velocidad del flujo de líquido a través del plato (en galones/min).

densidad efectiva relativa de la espuma

Donde:

* Ks: parámetro de capacidad (en ft/s).

* Ua: velocidad superficial del vapor basada en el área activa Aa.

* LW: longitud del vertedero (en pulgadas)

El último término se refiere a la pérdida de carga debida a la tensión superficial:

donde DB(Max) es el diámetro máximo de las burbujas elcual se puede tomar

como el diámetro de las perforaciones.

La pérdida de carga típica en un plato para el flujo de vapor suele ser de 0,05 a

0,15 psi/plato.

Por último para comprobar que no existe inundación en el plato se debe verificar

que la altura alcanzada por el líquido en el plato no supera la separación entre los

platos de una etapa y la siguiente.

Para ello se tiene que calcular la altura de líquido claro en la bajante:

hdc = ht + hl + hda

Los valores de ht y hl se calculan según los métodos ya explicados.

* hda es la pérdida de carga producida por el paso del flujo de líquido bajo el

faldón de la bajante, en pulgadas de líquido.

* qL es el flujo de líquido en gpm

* Ada = Lw · ha , es el área del paso bajo el faldón de la bajante, en pies

cuadrados.

donde ha es la separación entre el faldón y el plato, en pies (normalmente ha = hw

- 0,5)

Debido a la formación de espuma, la altura real de líquido en la bajante es:

donde el divisor es la densidad relativa de la espuma que se puede tomar como

0,5.

Se debe cumplir que:

hdf < (separación entre platos + hw )

* EFICACIA DE PLATO

El cálculo de los requerimientos de cada etapa teórica se ha realizado asumiendo

que las fases se encontraban en equilibrio. Es bastante razonable suponer que las

corrientes que abandonan una etapa están a la misma temperatura, siempre que

ésta no varíe en gran medida de una etapa a otra. Sin embargo la suposición de

equilibrio aplicada a latransferencia de materia no es siempre adecuada ya que la

fracción molar de vapor, y, de la corriente que sale de una etapa no está

relacionada con la fracción molar de líquido, x, simplemente por la constante K;

van a entrar en juego otros factores como las condiciones de operación.

Como consecuencia de lo aquí expuesto el número de platos real y el teórico ya

no van a ser coincidentes. Es necesario introducir el concepto de la eficacia de

plato.

Se comprueba que la eficacia global de una columna es:

E0 = Nt / Na

Donde:

* Nt es el número de etapas de equilibrio teóricas calculadas

* Na es el número real de platos en la columna

Para determinar la eficacia se debe tener en cuenta que ésta es función de:

* diseño del plato

* propiedades del fluido

* modelo de flujo

Si los platos están bien diseñados y la velocidad de flujo está próxima al límite de

capacidad, entonces E0 depende principalmente de las propiedades físicas de los

fluidos.

En el caso de una destilación binaria, sobre todo si se tienen mezclas cuyos

componentes poseen puntos de ebullición próximos, la viscosidad del líquido es

baja por lo que la eficiencia de la etapa a menudo supera el 70% e incluso el

100%, en columnas de grandes diámetros y con flujo cruzado. Sin embargo si se

trata de una absorción de hidrocarburos la eficiencia de la etapa suele ser inferior

al 50%.

Se suelen seguir los siguientes métodos para estimar la eficacia de una

determinada columna:1. Por comparación con datos de columnas que se

encuentren en operación en plantas industriales y que contengan los mismos

sistemas o similares.

2. Usando modelos empíricos obtenidos a partir de los datos anteriores.

En cuanto a las correlaciones empíricas obtenidas, éstas son distintas

dependiendo si se trata de una columna de destilación o de absorción.

3. Usando modelos semiteóricos basados en tasas de transferencia de calor y de

materia.

Uno de los modelos más ampliamente extendidos es el de Murphree que hace uso

de la siguiente expresión para calcular la eficacia:

donde EMV es la eficacia Murphree para el vapor en la etapa n e y* es la

composición del vapor en equilibrio con el líquido que abandona la etapa n

4. Escalando los datos obtenidos en columnas piloto o en laboratorio.

En cuanto a la eficacia dentro de un mismo plato se considera que la operación de

éste es lo suficientemente eficiente elevada siempre que:

* el goteo sea pequeño en comparación con el líquido que cae por el vertedero

* el arrastre de líquido por el gas no sea excesivo

* la altura de la espuma en la bajante sea inferior a la separación entre los platos

Observando el siguiente gráfico se deduce cual es la zona óptima de operación de

un plato.

A partir de lo calculado anteriormente para deducir la pérdida de carga en un plato,

se comprueba si aparece o no goteo. Por tanto para prevenir este hecho es

necesario para toda el área activaque:

Para calcular la fracción de líquido que es arrastrada por el vapor, definida como:

se suele emplear la correlación de Fair.

El efecto del arrastre se ve reflejado en el cálculo de la eficacia Murphree:

Cuanto mayor es el valor de EMV mayor es el efecto del arrastre.

* COLUMNA DE RELLENO

* DIAMETRO DEL RELLENO

Para definir las características de una columna de relleno se debe comenzar por

calcular el diámetro antes que la altura del relleno.

A la hora de abordar la estimación del diámetro se deben tener cuenta factores

como: la carga de líquido, la inundación y la caída de presión.

La carga de líquido específica depende de las características del relleno y de la

viscosidad, la densidad y la velocidad superficial del líquido, según la expresión

adimensional:

Donde:

número de Froude para el líquido

número de Reynolds para el líquido

relación entre el área hidráulica específica, ah, y el área superficial específica del

relleno, a.

Los parámetros a y Ch dependen del tipo y el tamaño del relleno y se encuentran

tabulados. Por otra parte, se debe asegurar que la velocidad superficial del líquido,

uL, supere ciertos valores, uLmin, a fin de que el relleno se moje completamente y

de manera eficaz.

Los valores aproximados de uLmin dependiendo del tipo de material son:

Material del relleno | uLmin, m/s |

Cerámico | 0,00015 |

Metal oxidado o grabado | 0,0003 |

Metal pulido | 0,0009 |

Plástico | 0,0012 || |

El diámetro de la columna se debe determinar de forma que se evite la inundación

y que ésta opere en la zona estable con una pérdida de carga que no supere los

0,054 psi/ft de relleno (1,22 Pa/m) . Además el diámetro nominal de las piezas

empleadas como relleno aleatorio no debe ser mayor de 1/8 del diámetro de la

columna.

En el siguiente gráfico conocido como la correlación generalizada para la pérdida

de carga, propuesta por Leva, se observa una relación entre el parámetro FLG, ya

definido en un apartado anterior, y el parámetro Y.

son correcciones a las propiedades del líquido

Esta correlación se usa para calcular u0, la velocidad superficial del gas en la

inundación, normalmente se elige una fracción de inundación, f, entre 0,5 y 0,7.

Por tanto el diámetro de la torre resulta:

* ALTURA DEL RELLENO

Diversos estudios realizados para determinar la pérdida de carga de una columna,

tanto si el relleno es aleatorio como estructurado, encontraron que ésta depende

en gran medida del factor de empaquetamiento, FP, con lo que Kister y Gill

propusieron la siguiente ecuación:

las unidades de la caída de presión vienen dadas en pulgadas de columna de

agua por pie de altura de relleno.

existen tablas para obtener este factor.

Una correlación que se emplea para obtener la pérdida de carga del gas seco fue

desarrollada por Billet y Schultes a partir de un gran número de estudios

experimentales usando diferentes tipos de materialesde relleno e incluyendo los

rellenos estructurados.

De esta expresión se deduce lT que es la altura del relleno, el resto de términos se

calculan de la manera siguiente:

KW se denomina factor de pared

diámetro efectivo del relleno

coeficiente de resistencia del relleno seco

donde NRe es el número de Reynolds modificado para el gas y CP es una

constante del relleno que se encuentra tabulada para distintos rellenos.

Cuando se comienza a introducir el líquido en la columna se produce un aumento

de la pérdida de carga que se ve reflejado en la expresión siguiente:

* TRANSFERENCIA DE MATERIA

El cálculo de columnas de relleno por el método de coeficientes de transferencia

de materia es más adecuado que otros ya que este procedimiento refleja mejor la

realidad física de lo que sucede en el interior de la columna. |

La velocidad con que se produce la transferencia de materia se expresa a través

de los coeficientes de transferencia de materia de cada fase. Se trata de

coeficientes volumétricos donde a representa el área de transferencia por unidad

de volumen de relleno.

Para evitar la determinación de la composición de la interfase se usan los

coeficientes globales Kx, Ky.

donde a representa el área de la transferencia de materia por unidad de volumen

de relleno y x*, y* son las fracciones molares ficticias en equilibrio con las

correspondientes fracciones molares y, x , para cada una de las fases vapor y

líquida respectivamente.

Combinando las dos ecuaciones anteriores se llega a las expresiones siguientes

para calcular cada uno de los coeficientes globales de transferencia.

Para determinar la altura del relleno se recurre a realizar una integración sobre un

elemento diferencial de altura de la columna Si se resuelve la integral se obtiene:

lT es la altura del relleno que se puede expresar como producto de dos factores,

siendo HOG la altura de una unidad de transferencia (HTU) y NOG el número total

de unidades de transferencia (NTU).

Para calcular NOG se emplea la siguiente ecuación como resultado de la

integración de la expresión anterior, donde A=L/KG:

Aunque no se deben confundir los términos NTU con Nt (número de etapas

teóricas) y HTU con HETP, ocurre que cuando la curva de equilibrio y la recta de

operación son ambas rectas y paralelas, entonces NTU = Nt y HTU = HETP. En

otro caso estos valores no tienen porqué coincidir y además:

APLICACIONES

Existen infinidad de aplicaciones de la operación de destilación. Se emplean en

numerosas industrias desde la industria petroquímica a la farmacéutica. Se puede

afirmar que prácticamente en cualquier proceso químico va a aparecer una

destilación debido a la necesidad de separación de ciertos componentes de otros

menos valiosos.

Algunos ejemplos de aplicación son:

* Uno de los procesos más empleados es el de separación del aire con el fin de

obtener nitrógeno y oxígeno puros para su empleo en la industria electrónica.

* En las refinerías de petróleo aparecen numerosas unidades de destilación que

separan diversos productos según su aplicación.

* En primer lugar aparece la torre de destilación atmosférica a partir de la cual el

petróleo crudo se separa en diferentes fracciones en función de su punto de

ebullición

* Después el residuo atmosférico pasa a una torre de destilación a vacío

* Otras destilaciones asociadas al proceso son:

* en las unidades de fraccionamiento catalítico para la posterior separación de las

diferentes fracciones

* para la separación de los compuestos aromáticos.

Separación de BTX Torre de destilación atmosférica

* En plantas petroquímicas, por ejemplo en la producción de etileno. El etileno se

produce principalmente por craqueo con vapor de naftas, etileno o GLP y es

necesario efectuar una destilación para la obtención del producto final.

Planta productora de etileno

Otras áreas en las que se emplea la destilación son:

* Plantas productoras de bebidas alcohólicas (destilerías)

* Plantas que procesan gas natural

* Obtención de aceites esenciales a partir de materias aromáticas.

CONLCUSIÓN

El diseño térmico de los intercambiadores es un área en donde tienen numerosas

aplicaciones los principios de transferencia de calor.

El diseño real de un intercambiador de calor es un problema mucho más

complicado que el análisis de la transferencia de calor porque en la selección del

diseño final juegan un papel muy importante los costos, el peso, el tamaño y las

condiciones económicas.

Así por ejemplo, aunque las consideraciones de costos son muy importantes en

instalaciones grandes, tales como plantas de fuerza y plantas de proceso químico

las consideraciones de peso y de tamaño constituyen el factor predominante en la

selección del diseño en el caso de aplicaciones especiales y aeronáuticas.

En la parte de este trabajo de investigación que nos toco realizar efectivamente se

demuestra que en las torres de destilación es fundamental controlar la

temperatura para obtener la condensación de las diferentes mezclas a diferentes

niveles, de donde son extraídas. Las fracciones más pesadas terminan en la parte

más baja mientras que las más ligeras salen por la parte superior. La presencia de

cenizas y componentes casi sólidos en el petróleo natural, la diversidad de los

petróleos naturales, la inmensa cantidad de componentes y la naturaleza compleja

de las mezclas a obtener, hace que este proceso no es tan simple como la

destilación de una mezcla de simples líquidos

REFERENCIAS

• http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_%28termodin%C3%A1mica%29

• http://books.google.com/books?id=UxA3kcGM-

i0C&pg=PA185&lpg=PA185&dq=proceso+cloruro+de+etilo&source=bl&ots=5Wz2

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• Principios elementales de los procesos químicos.

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