Calculo Del Diametro de Una Columna de Absorcion

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADORINGENIERIA QUIMICA OPERACIONES UNITARIAS IV CÁLCULO DEL DIAMETRO DE UNA COLUMNA DE ABSORCION DE RELLENO Integrantes: Aguilar Lesly Chamorro Paula Mafla Stephanie Quishpe Lucía En la zona que se halla por debajo de la línea A. la cantidad de líquido contenida e el relleno es razonablemente constante en el cambio de la velocidad de gas. que se denominó “punto de carga” corresponde a una velocidad del gas que es lo suficientemente elevada como para originar el aumento del líquido retenido por el relleno. En la región entre Ay B. Este punto de carga nunca queda tan rigurosamente definido. La figura muestra datos típicos de la caída de presión en una torre empacada.1. la retención liquida aumenta rápidamente en el flujo de gas y la caída de presión se acelera. expresada en masa de . disponible para el flujo de gas. La caída de presión por unidad de longitud (o profundidad) del empaque se debe a la fricción del fluido. la caída de presión aumenta con el aumento del flujo de líquido. Al llegar a la línea A. se grafica en coordenadas logarítmicas frente a la velocidad de flujo del gas Gy. Esta caída de presión se indica en el siguiente diagrama: Para una velocidad dada de gas. a razón de la presencia del líquido. CALCULO DE UNA TORRE DE ABSORCION DE RELLENO Diámetro de una Columna de Relleno Para determinar el diámetro adecuado de una torre de relleno. tenemos que analizar la caída de presión sufrida por el gas que se ve influenciado por los regímenes de flujo de gas y del líquido. debido principalmente a la reducida sección libre. 8.8. y la columna completa puede llenarse con líquido Calculo del diámetro fijando una caída de presión: . Temporalmente se utilizan flujos de gas más elevados. El punto en el que la retención de líquido comienza a aumentar. Al aumentar todavía más la velocidad del gas. la caída de presión aumenta con la velocidad elevada a una potencia de 1. debido a que el líquido en la torre reduce el espacio disponible para el flujo de gas. considerando que la torre está vacía. Gy está relacionada con la velocidad superficial del gas por medio de la ecuación Gy = u0 ρy. Si el empaque está irrigado con un flujo constante de líquido. donde ρy es la densidad del gas. hecho que se aprecia por un cambio de la pendiente de la línea de la caída de presión. y las líneas se hacen casi verticales cuando la caída de presión es del orden de 2 a 3 in. Cuando el empaque está seco. la caída de presión se incrementa aún más rápido. pero el líquido se acumula con mayor rapidez. En determinadas regiones de la columna. la línea para el empaque irrigado tiene una pendiente cada vez más pronunciada. Por consiguiente. Para velocidades moderadas del gas.gas por hora y por unidad de área de la sección transversal. De agua por pie de empaque (150 a 250 mm de agua por metro). la fracción de huecos no varía con el flujo de gas. debido a que el gas impide el flujo descendente del líquido de forma que aumenta la retención de éste con la velocidad de flujo del gas. Sin embargo. La caída de presión es mayor que en el empaque seco. recibe el nombre de punto de carga. la línea que se obtiene es recta y tiene una pendiente del orden de 1. la relación entre la caída de presión y la velocidad de flujo del gas sigue al principio una línea paralela a la del empaque seco. el líquido se transforma en una fase continua y se dice que la columna está inundada. Por lo tanto. Sin embargo. como se aprecia en la figura no es fácil obtener un valor exacto para el punto de carga. de 0. es importante determinar el denominado “punto de inundación” que es aquel en donde las líneas se hacen verticales (línea A) y este representa la fricción del gas y del líquido cuando esta es lo suficientemente grande como para que ocurra uno o varios cambios que pueden ser: 1. Calcular el factor 3.05/0. Determinar el diámetro Una vez reconocidas las zonas del gráfico anterior. La aparición de una capa de líquido en la porción superior del relleno. a través de la cual burbujea el gas.1 inH2O/Ft para vacío.1.2/0.0/1. Calcular el flujo de gas por unidad de área 6. 4. . Escoger el valor de DP/Z deseada • Se recomienda un valor de 0. 2.4 inH2O/ft para presión atm y 1. Determinar la razón de flujos (L/G) en unidades másicas. Utilizando el diagrama con el factor determinar el valor de la ordenada y 5.5 inH2O/ft para altas presiones. 1. comenzando en el fondo o en una restricción intermedia.1: Líquido en la porción superior del relleno 2. ya que se produce allí un cambio gas-líquido. O. la rápida elevación de burbujas de espuma a través del relleno.1. tal como un soporte del relleno. El llenado de la torre con el líquido.Figura 1. Figura 1. comenzando en el fondo o en una restricción intermedia 3.1: Llenado de la torre con el líquido. Figura 1.1.1: Elevación de burbujas de espuma . y la caída de presión a la cual aparece. El punto de inundación depende del tipo de relleno utilizado. Se recomienda que la mayoría de torres de absorción operen justo por debajo del punto de inundación. la determinación del diámetro se basa en la selección de una fracción de la razón de flujo del gas a condiciones de inundación.Recomendaciones para la determinación del diámetro de la columna de absorción      No es práctico operar en una torre en condiciones de inundación. El punto de inundación disminuye a medida que es mayor al tamaño de la unidad del relleno. deberán operar a la parte más baja de la zona de carga. Es un gráfico de 2 funciones como se indica: . se puede seleccionar una caída de presión específica. se aplica una modificación a la correlación para torres empacadas al azar en base a condiciones de inundación. Una vez que las condiciones de la corriente han sido fijadas. El punto de inundación también es afectado por la viscosidad del líquido ocasionando que la pérdida de presión disminuya a medida que la viscosidad del líquido aumenta. es decir. Alternativamente. se ha establecido para relacionar los datos de un gran número de investigaciones. Para obtener dicha razón de flujo del gas entrando a la columna de absorción en base a la relación (L/G). Grafico De Treybal La curva del siguiente diagrama. en el factor (3600) de unidades de Badger. Treyball. G= Caudal del liquido y gas [ ] Kg 3 m [ ] Kg h m 3 m .8 [ ] 2 a= superficie especifica del relleno ρG .Recomendaciones: Usar grafico de R. Kg Donde: Gv= caudal de gas en h m2 [ ] m s2 g = aceleración de la gravedad 9. ρL = densidad del gas y liquido L. un flujo de líquido superior a 50 000 lb/h puede dar lugar a inundación. por ejemplo. Con este valor ver en el grafico a que ordenadas corresponde utilizando la curva de inundación. mientras que un flujo de líquido inferior a 15 000 lb/h puede dar lugar a que una gran parte del relleno de la columna opere en seco. Calcula el valor L G √ ρG ρL a 3 ϵ ( ) con las propiedades del líquido y gas a las condiciones medias de la columna. se especifica un flujo de líquido basado en un múltiplo de una saturación a la salida correspondiente al flujo mínimo de líquido para un número infinito de unidades de transferencia. los flujos de gas y líquido están fijados y hay que determinar NTU. Todos los parámetros de flujo y el diámetro de la columna son función del tamaño y tipo de relleno.Datos a ϵ3 ( ) en Badger. Sin embargo. No se puede garantizar sin más que los valores de L y G obtenidos a partir de un balance de materia y relaciones de equilibrio puedan operar en un determinado equipo. PASOS: 1. los valores de la HTU dependen del tipo de relleno y del diámetro de la columna. pág. También existen limitaciones con respecto a la caída de presión. Por tanto.ft2 en un lecho de relleno de 30 pulgadas de diámetro. Las columnas de relleno solamente se pueden acomodar a un restringido intervalo de valores de L/G. 3.2 Gv 2 a 4. U L0. debemos especificar ahora el relleno a utilizar y calcular el diámetro de la columna que se requiere para tratar los flujos de gas y de líquido. Por tanto. Asumir el relleno a utilizar y ver el valor 2. La altura de la columna se podía obtener si se disponía de valores de HTU o k a partir de medidas experimentales o de correlaciones. Con un flujo de gas de 500 lb/h. con la consiguiente pérdida de eficacia. Calcular el valor Gv de : 3600 ϵ 3 ρG ρL g ( ) ( )( ) . 440 Determinación del diámetro de la Columna: En situaciones donde hay que absorberse una especificada cantidad de gas. ósea 2 A= π D2 4 y de aquí determinamos el diámetro real. Como en la práctica una torre no puede operar en las condiciones correspondientes al punto de inundación. se utilizan 488lb/mol-h de una cierta disolución por cada 100 lb/mol-h de gas que entra lo que supone un valor superior al mínimo necesario. Prácticamente se consideran como seguras las velocidades próximas al 50% del punto de inundación. Comprobarlos parámetros de diseño. Los datos de equilibrio se dan en la figura a continuación La presión es a 1 atm y la temperatura 298K Elijase el relleno y calcúlese el diámetro de la columna Supóngase que la disolución absorbente tiene las propiedades del agua SOLUCION Es preferible realizar los cálculos en el fondo de la columna donde las velocidades de flujo son mayores  Calculo de los flujos de gas y de líquido . 6.6 al 10% del diámetro de la torre. EJEMPLO DE CÁLCULO PARA EL DIAMETRO DE UNA COLUMNA DE RELLENOS Para separar el 95% de amoniaco de una corriente de aire que contiene 40% de amoniaco en volumen. Calcular el cociente Kg 2 G h πD = = A= Gv Kg 4 2 hm y de aquí obtenemos el diámetro mínimo. de lo contrario repetir el procedimiento asumiendo otro relleno y así sucesivamente hasta que se cumpla esta condición.5. por lo que la sección real de la torre será aproximadamente al doble de la calculada. 7. que se cumpla que el diámetro del relleno sea 6. este razonamiento da el diámetro mínimo de la torre. h mol .488 lb 38 lb de NH 3 )∗( 18 mol H 2O ) +( )∗( 17 mol NH 3 )=9430 Lb/h mol .5 in con un F (Factor de Relleno) de 52.4 Calculo de la abscisa con los datos de propiedades de fluidos L G  √ 60 lb de aire 60 lbde NH 3 )∗( 18 mol NH 3 ) +( )∗(17 mol NH 3 )=2420 Lb /h mol . eligiendo un ∆P =0. h ρg ρ L+ρ = 0.h  L=(  G=(  µ=2cp  ǷG= 0.1) ρg ∗gc ρL+ ρ g .14 g Utilizando el grafico de Treyball se calcula el valor de (Gv) ² F∗µ(0. h mol .077Lb/ft3  ǷL= 63Lb/ft3  Elección del Relleno Se eligió como relleno las monturas de Intalox de 1. 1) =0.17∗108) Gv= =1158 Lb /h .1)  Con los datos ya obtenidos hacemos el cálculo del diámetro .037∗0.037 ρg ∗gc ρL+ ρ g  Despejamos Gv ( 0.077 )∗( 63−0.(Gv) ² F∗µ(0.077)( 4. ft 2 52∗2(0. 63*12)/1. (1986). España: Aguilar. México: Continental pp 692 Treybal. 510 MARCILLA Gomis. R. 119     Vian-Ocon. Elementos de Ingeniería Química. Editorial Spagrafic.pp 304 . Mac Graw-Hill. “Introducción a las Operaciones de Separación” Textos Docentes. Operaciones básicas. Operaciones de transferencia de masa (2a ed. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. OCON..1416 = 63ft La relación entre el diámetro de la columna y el diámetro del relleno es (1. “Elementos de Ingeniería Química”. pag 691-695 VIAN. (1976).5=13 Que viene siendo una relación satisfactoria BIBLIOGRAFIA. Murcia. 1999.. Pp 612 Geankoplis C. México: Mc Graw Hill. editorial Reverté. tomo II. Pp 540 Mc Cabe-Smith. Pag 118.√ (2420/1158)∗4 3. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. A. (1998).  Ingeniería Química: unidades SI. & García Rodríguez. México. E. Quinta Edición. Coulson y   Richardson. (2007).). pg.