DISEÑO DE TORRESCARLOS ARTURO CESPEDES ZAMBRANO LUIS CARLOS CALDERON MATALLANA 244470 244461 ING. GERARDO RODRIGUEZ NIÑO UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA- SEDE BOGOTA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y AMBIENTAL TRANSFERENCIA DE MASA BOGOTA DC 2012 DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION DATOS PARA EL DISEÑO: 2012 Se desea dimensionar una columna de absorción para recuperar METANOL de una mezcla de AIRE-METANOL. La absorción se va a llevar a cabo con AGUA TORRE EMPACADA: Anillos Raschig cerámico de 1 pulgada.(0.0254 m) 0.1513333 Kg/s Flujo de gas 6 % molar Composición del gas de entrada 99,5% Porcentaje de Absorción 1.5 veces el mínimo Flujo de Liquido 101.325 KPa Presión de Operación 293.15 K Operación isotérmica 1,77032E-09 m2/s Difusividad del soluto en el liquido Empaque TORRE DE PLATOS: Tipo de plato: Perforado. 2 EQUILIBRIO: Donde y, x son fracciones molares. Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 RESULTADOS OBTENIDOS: TORRE EMPACADA DIÁMETRO DE LA COLUMNA(T)(m) ALTURA EMPACADA DE LA COLUMNA (Z)(m) ALTURA TOTAL(m) POTENCIA DEL COMPRESOR (W) (KW) POTENCIA DE LA BOMBA (W) (KW) 0.6096 2.5 3.7374 0.1645 0.1249 0.2205 hp 0.1674 hp TORRE DE PLATOS Diámetro de Orificio (do) (m) Arreglo Paso (p)(m) Altura de Rebosadero (hw) Separación entre platos (t) Diámetro de la Columna (T) Longitud de Rebosadero (W) Numero de orificios Vel. De Lloriqueo (Vow)(m/s) Velocidad Orificio (Vo)(m/s) Arrastre Fraccional (E) Criterio de Inundación (hw+h1+h3) t/2(m) Eficiencia (Eo)(%) Numero de Platos Ideales (Npi) Numero de Platos Reales(NPr) Espesor (C)(mm) 0.012 triangular 0.036 0.03 0.28 0.4889 0.3423 88 5.4 12.691 0.004 0.1361 0.14 56.7 10.63 24.37 ≈25 2.27 ≈3 3 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón 325 293.5 1.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 DATOS Y CÁLCULOS INICIALES: Datos Iniciales (En su mayoría proporcionados por el profesor) torres de absorción recuperación metanol Fase gaseosa Fase liquida Empaque (m) Flujo gas entrada(Kg/s)(G`entT) Composición entrada (%) Absorción (%) Flujo liquido (veces el mínimo) Presión operación(KPa) Temperatura(K) Difusividad liquido (m2/s) Cf empaque Tipo plato Ap (m2/m3) Equilibrio PM metanol(Kg/Kmol) PM aire (Kg/Kmol) PM agua (Kg/Kmol) PM (promedio gas entrada) (Kg/Kmol) Calculos iniciales fase gaseosa aire.metanol agua 0.2x 32.84 18 29.151333333 6 99.77032E-09 155 Perforado 190 y=12.15 1.04 28.032 ( ) 4 ( ) Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .0254 0.5 101. %absorción=99.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Ahora con el G` de entrada conocido y los porcentajes masicos de entrada que se acaban de hallar se obtienen los flujos de metanol y aire.5 5 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . 009970673 5.010020777 0.01039E-05 0.141312556 0.37834114 0.035443508 99.96809529 0. FASE GASEOSA % masica metanol gas entrada % másico aire entrada(Kg/s) (Kg/s) (Kg/s) (Kg/s) (Kg/s) % másico metanol gas salida % másico aire salida % molar metanol salida % molar aire salida G' gas medio Kg/s 6.96455649 0.146347997 6 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .031904711 99.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Estos y algunos otros cálculos basados en los anteriores se presentan tabulados a continuación.621658859 93. DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Cálculos iniciales fase liquida FASE LIQUIDA xmet entrada xmet salida(+) xagua entrada xagua salida (+) L metanol salida (kmol/s) L agua salida (kmol/s) L entrada T (kmol/s) L salida T (kmol/s) ideal (mínimo) 0 0. y ymet ent (calculada anteriormente).062965029 0.062965029 0.000311195 0. xagua salida=1.xmet salida Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .995081967 0.004918033 1 0.063276224 7 El xmet salida es calculado teniendo en cuenta la ecuación del equilibrio proporcionada por el profesor. 02305419 fraccion masica media metanol 0.994169287 PM medio salida 18.003284072 xagua salida 0.094447544 xmet entrada 0 xagua entrada 1 L metanol salida (kmol/s) 0.996715928 fracc masica metanol Sali 0.001642036 PM mitad columna 18.094758739 xmet salida 0.002915356 fraccion masica media agua 0.5 veces el flujo mínimo L real entrada (kmol/s) 0.005830713 fracc masica agua sali 0.000311195 L real salida (kmol/s) 0.710026467 xmet mitad columna 0.997084644 8 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .04610837 L' salida (Kg/s) 1.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 con 1. Dens.00E-03 1. liquido gas 1.003284072 0.203234 1. MEZCLA PARTE INFERIOR Visc.332015263 x 9 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .8 998. (Kg/m3) MEZCLA PARTE SUPERIOR Visc.003294893 0.206962144 liquido gas 1.81166E-05 997.(Kg/m s) Dens.20299231 línea de operación y X Y 0.601495 1.06 0.2032342 1.00E-03 1.06382979 0 0.00E-03 1.00E-03 1.999756 1.19898003 1.81166E-05 998. MEZCLA MEDIA DEL EQUIPO Visc. Dens.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Propiedades: PROPIEDADES Visc.00031905 0 0.199022475 metanol liq agua liq aire metanol vap 5.8117E-05 NA 791.90E-04 1. Dens.00031915 liquido gas 1.81166E-05 996. 0854 0.061 0.00200401 0.004 0.058089091 0.00351229 0.0427 0.00654253 0.086130118 0.0122 0.0025 0.0549 0.02501025 0.00250627 0. X Y 0 0 0.0732 0.0061 0.012350678 0.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION Equilibrio 2012 Tabla equilibrio fracc.0671 0.0045 0.006 0.078981442 0.00755668 0.0075 0.0005 0.0183 0.0305 0.007 0.0366 0.093374153 0.00452034 0.0065 0.0035 0.00704935 0.0055 0.002 0.0488 0.0915 Tabla equilibrio rela.00603622 0. x y 0 0 0.051303616 0.001001 0.0015 0.018641133 0.00502513 0.031459515 0.044604617 0.006137438 0.03799045 0.064962726 0.0793 0.00050025 0.0244 0.00300903 0.001 0.00553042 0.003 0.071926251 0.00150225 0.100715465 10 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .005 0.00401606 0. 002 0.06 y = 18.004 0.001 0.05 y = 12.006 0.006 y = 19.07 0.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 0.06 0.0007 R² = 0.005 0.275x + 0.002 0.04 0.001 0.9997 eq relaciones linea operacion Linear (eq relaciones) Linear (linea operacion) 11 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .005 0.04 0.004 0.02 0.08 0.2x R² = 1 equilibrio fracciones linea de operacion 0.01 0 0 0.003 0.03 0.0.02 0.01 0.05 0.0003 R² = 1 y = 13.0003 R² = 1 0.001x .07 2012 0.01 0 0 -0.173x + 0.03 Linear (equilibrio fracciones ) Linear (linea de operacion) 0.003 0. generalmente el flujo de gas es más alto e invariante y por eso se toma como punto de referencia para hallar el diámetro de la torre. Y1. Ls G1. es decir. Ls G G2 . X1. Gs La cantidad de flujo que ingresa a una Torre de absorción generalmente determina el diámetro de la misma y el punto donde se debe calcular Para una torre de Absorción. Gs L1. el punto inferior de la misma. Y2.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Torre empacada: L2. X2. Proceso analítico utilizado en el diseño de la torre: : Flujo másico de líquido por unidad de tiempo y área transversal: : Flujo másico de Gas por unidad de tiempo y área transversal: EL PRIMER CRITERIO DECISIVO en el diseño de la Torre (a) 12 ( ) Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . el ΔP/m escogido fue ⁄ . Constante de inundación(Cf) Volumen vacío en el lecho (ε) Superficie especifica del empaque(ap) 155 0. por lo tanto de la figura 6. de esta manera Finalmente el diámetro es igual a: 13 → √ Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . se obtiene el valor de b De esta expresión conocida .3 de Treybal.73 190 Por lo tanto ya tenemos los datos necesarios para calcular G’ y de los cálculos preliminares se conoce G. Treybal).DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 CAIDA DE PRESION POR METRO DE EMPAQUE: Normalmente los absorbedores y desorbedores están diseñados para caídas de presión del gas de 200 a 400 N/m2.34 del libro de Operaciones de Transferencia de Masa (Robert E.despejando G’ se tiene: √ Las características del empaque (anillos Raschig cerámicos de 1 pulgada) son tomadas de la Tabla 6. 15113 T comerc (m) 0.1755615 25.39 300 0.3392689 27.5363479 0.39 200 0.2056591 0.022 0. Para determinar el valor del área transversal se utiliza la ecuación que describe el área de un círculo de diámetro T y G’ se determina como el cociente entre Q y el área transversal recalculada: Conocido At.5746989 T (in) 24.583396684 At 0.66980998 0.2.51851 b 0.01738 14 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . este dato es multiplicado por 1.39 400 0.29186 G' 0.5117161 0.029 0.2594004 T (m) 0. G’ se determina así: ( ) Para tener una mayor comprensión del proceso de diseño se busco calcular este diámetro teniendo en cuenta 3 valores distintos de la caída de presión y posteriormente se escogió el más viable de acuerdo a las necesidades .735845499 0. y aproximado a un valor de diámetro comercial (el cual en este caso fue suministrado por el profesor de acuerdo a las dimensiones del diámetro calculado) Hallando un diámetro de sobrediseño se recalcula At y G’.2259347 0. De esta manera se obtiene: parámetro a caída de presión parámetro b G' (kg/m2 s) 0.6096 At (rec) 0.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Con el fin de evitar posibles inundaciones.035 0. 5 del Treybal. Anillos Raschig de Cerámica Tamaño Nominal 1 in ds (m) 0.73) y el valor de que se refiere a la retención del líquido en la torre. se obtiene a partir de la expresión reportada en la tabla anterior.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION El modelo tomado del Norton para la referencia del diámetro comercial fue: Model 845 "orifice type" metal distributor Ahora para hallar el L inund se tiene: 2012 Calculo de la Altura Empacada: Para los anillos Raschig el coeficiente de la fase gaseosa esta dado por la siguiente correlación: * Por lo tanto: * + + Algunos de los datos necesarios para su cálculo están en la tabla 6.0356 es el espacio vacío de operación cuando se está utilizando agua como líquido absorbente que esta dado por el valor de ε corresponde al volumen vacío (0. y ScG es el numero a dimensional de Schmidt que equivale a: 15 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . dependiendo del L’ que se tenga: Anillos de Raschig Tamaño Nominal (in) 1 Rango L’ (kg/m2. ̅ ̅̅̅ ̅ Para calcular el coeficiente global para el líquido se utiliza la siguiente ecuación: 16 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .0389 L’-0.4 de Treybal podemos encontrar los valores de m.47 ̅ es simplemente el promedio de los flujos de gas entrante y saliente en moles.1 m 68.4 de [1]. Además se tiene: ̅ se define como: ̅ Donde . n y p se tomaron de la tabla 6.0-6.s) 2.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Para calcular ΦLtw inicialmente es necesario calcular L’ corregido con el área real. se define como: ( ) Los valores de m. es decir teniendo en cuenta el Tcome rcial.2 n 0. En la tabla 6.0793 p -0. n y p. utilizando coeficientes de transferencia de masa tipo F. realizando un simple [( ) ] 5) Corroboración: 17 Como ya sabemos el valor de hallamos el Cociente en la mitad de la Torre es decir como un promedio Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . Para resolver este problema se toma en la mitad de la línea operatoria un punto y se le aplicamos la ecuación de las fuerzas impulsoras. pues este es uno de los objetivos de la línea impulsora por lo que hay que suponer un para hallar un y satisfacer condiciones. que esta corte o llegue hasta la línea de equilibrio. para hallar la fuerza impulsora y con ello.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION Donde kL es igual a: → ( ) ( ) 2012 Ahora se debe hallar pero este depende de la concentración de metanol que no se conoce por que es variable. ALGORITMO 1) Suponer un 2) Se halla con (que sea menor que el x escogido en la mitad de línea operatoria) y supuesto el que es simplemente: ( 3) Se halla por medio de en ( ) ( ) ) 4) Se sustituye despeje: y se despeja . ) que es el que se va a hallar. Por medio de SOLVER. aparte de eso la ecuación tiene el punto ( . 7E-05 1.6E-03 2.7E-05 2.0E+00 1.0033 6.72E-5 50 puntos yai ec eq 0.3E+03 1.2E-04 1.0E+00 1.1E-04 5.2E-04 1.6E-03 6.0E+0 0 8.0E+00 1.3E-03 4. dado un xAL y un yAL específico se varió xAi hasta que las dos ecuaciones sean iguales: Los resultados obtenidos son: ec línea operación Intervalo 0 0.1E-03 4.0E+00 Fl 1.2E-03 5.4E-04 8.8E+02 3.8E-02 1.8E-02 1.7E-03 Ntg 3.0E+00 1.8E-02 1. obtenemos la concentración del gas en la interface: ⁄ ⁄ ⁄ [ ( ) ] Teniendo en cuenta estas dos ecuaciones se realizó un procedimiento iterativo.0E-04 4.0E-04 2.7E-04 18 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .2E-03 2.3E-03 xai 2.3E-03 4.0E-03 9.1E-04 7.9E+02 4.0E+0 0 6.8E-02 1.9E-03 5.8E-02 1.2E+02 2.9E-03 1.7E-03 Y= 19.9E-03 4.6E-03 2.6E-03 2.8E+02 3.2E-04 3.0003 X 0.5E-03 2.275 X + 0.0E+02 5.8E-02 yai 3.8E-02 1.1E-03 4.1E-04 6.2E-04 2. Calculo Ntg: Estos datos son remplazados en la siguiente ecuación: ⁄ ⁄ ⁄ ( ) Despejando yAi de esta ecuación y de la distribución en el equilibrio.4E-04 4.6E+02 3.3E+03 8.0E+00 1.5E-03 3.3E-04 2.5E-03 6.7E-04 3.2E-04 4.9E-03 5.7E-03 8.0E-04 1.5E-03 3.7E-04 Y x y 3.1E-04 xbm 1.0E-05 1.0E+00 1.0E+00 1.1E-03 4.0E-04 5.8E-02 1.0E+00 1.0E-04 9.4E-03 4.7E-04 6.3E-04 4.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 El valor de XBML supuesto es obtenido con la herramienta de solver en Excel.8E-03 3.3E-12 8.0E-04 0. 0E-02 2.3E-02 3.8E-03 2.8E-02 1.0E-03 3.8E-02 1.4E-02 2.8E-02 2.0E+00 1.0E+00 1.0E-02 3.0E-03 2.5E-02 1.9E-03 2.8E-02 1.0E+00 1.9E-02 4.9E+01 5.6E-03 3.1E+01 6.6E-02 1.7E-03 2.7E-03 1.9E-02 2.0E+00 1.2E-03 4.0E+00 1.5E-02 2.6E-03 2.3E-02 4.0E+00 1.8E-02 1.0E+00 1.8E-02 1.8E-03 1.2E-02 4.7E-02 8.5E-02 4.8E-02 2.1E-02 2.8E-03 1.2E-02 3.0E+00 1.8E-02 1.0E+00 1.0E+00 1.1E-03 2.8E+01 5.2E-02 1.5E-02 1.5E-03 2.3E-02 2.2E-02 2.5E-03 1.7E+01 8.3E-02 2.6E-02 3.9E-02 3.8E-02 1.0E+00 1.4E+02 1.4E+01 8.0E+00 1.4E-03 1.2E-02 2.7E-02 1.3E+02 1.8E-02 1.9E-02 3.8E-02 1.8E-02 1.1E-03 1.0E-02 2.0E+00 1.8E-02 1.0E+00 1.0E-03 1.0E+00 1.1E-02 1.8E-02 1.3E+01 9.9E+01 7.8E-03 2.7E-02 5.0E-04 6.7E-03 1.8E-02 1.1E-02 1.0E-02 3.3E-03 2.0E-03 1.5E+01 5.8E-02 1.4E-03 8.1E-02 4.4E-02 2.0E+00 1.2E-02 1.6E+02 1.4E-02 3.3E-03 2.8E-02 1.0E+02 1.7E-02 1.1E-03 1.6E-03 1.1E-03 2.7E-04 9.3E+02 2.8E-02 1.4E-03 1.4E-03 2.6E-02 2.2E-02 5.9E-02 3.9E-03 3.9E-02 2.7E-03 3.6E-02 1.7E-03 2.0E-03 9.2E+01 7.1E-02 2.7E-02 2.0E-03 2.1E-02 5.3E-02 3.8E-02 1.9E-02 6.1E-02 3.0E+00 1.1E-03 2.1E-03 1.5E-03 2.6E-02 4.5E-02 3.1E-03 3.0E+00 1.6E-03 7.4E-04 8.0E-03 2.5E-03 1.1E-02 1.1E-04 6.4E-03 2.7E-04 9.4E-03 8.4E-03 1.4E-03 2.4E-02 3.0E+00 1.0E-03 3.4E-02 2.8E-02 1.9E-03 2.9E-02 2.8E-03 2.1E+02 1.5E-03 1.5E-02 5.0E-02 3.8E-02 2.2E-03 1.3E-03 2.5E-02 3.3E-02 1.2E+02 1.7E-04 7.4E-02 3.8E-02 1.7E-02 4.0E+00 1.8E-03 1.0E+00 1.4E-02 1.3E-02 3.0E+00 1.0E-03 1.1E-02 2.0E-02 4.9E-03 3.1E-04 9.6E-03 1.8E-02 1.6E-03 2.3E-02 2.7E+01 6.0E-03 3.9E+01 6.0E+01 5.0E+00 1.0E+00 1.0E+02 9.9E-03 2.4E-04 6.7E-02 3.5E-02 2.8E-02 6.8E-02 1.4E-04 1.6E-02 2.6E-02 4.0E+00 1.7E-03 2.4E+01 7.6E-02 1.1E-02 2.1E+01 6.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 5.3E+01 19 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .0E+00 1.0E+00 1.5E-02 3.8E-02 1.8E-02 1.6E+01 5.2E-02 1.8E-02 1.4E-02 3.2E-02 2.8E-02 1.5E-02 5.3E-03 3.8E-02 1.1E-04 8.7E+01 7.0E-02 3.9E-02 4.4E+01 5.6E-02 1.6E-02 1.4E-02 5.1E-02 3.5E+02 2.2E-03 9.7E+02 1.1E-02 1.0E-03 2.8E-02 1.6E-03 2.3E-02 1.5E-03 2.8E-02 1.6E-02 3.8E-02 3.6E-03 1.9E-03 4.0E+01 8.8E-03 1.9E-03 3.0E+00 1.7E-02 2.0E-03 4.7E-02 1.5E-03 2.4E-02 3.1E+02 1.2E-02 4.8E-02 1.9E-03 2.7E-03 2.1E-03 1.1E-03 1.7E-02 3.7E-02 1.3E-02 5.1E-03 4.4E-02 1.2E-03 2.5E-02 3.4E-02 3.5E-03 1.1E+01 7.4E-03 1.4E-04 1.1E+02 1.8E-02 1.8E-02 1.5E-02 2.0E+00 1.7E-03 1.0E-02 5.0E+00 1.2E-03 1.8E-02 1.3E-03 4.5E-03 3.0E+00 1.0E+00 1.5E+01 6.7E-02 3.0E+00 1.2E-03 2.1E-03 2.8E-02 2.3E-03 2.5E-02 2.2E-02 3.4E-02 2.1E-03 1.8E-02 6.4E-04 8.4E+01 6.8E-02 1.4E-02 4.9E-02 2.7E-04 7.3E-03 1.4E-02 1.7E-03 1.0E-03 9.0E-02 4.8E-02 1.7E-02 2.0E-02 2.1E-02 3.4E-03 2.0E+00 1.8E-02 5.9E-03 1.2E-03 1.0E+00 1.2E-02 5.2E-03 3.6E-02 5.2E-02 2.7E-02 4.8E-03 3.7E-02 3.4E-03 2.6E-02 2.1E-02 5.0E-02 5.1E-04 8.0E+00 1.4E-02 4.8E-02 1.3E-02 1.8E-02 1.4E-04 6.8E-02 2012 2.3E-02 3.3E-03 1.1E-02 1.6E-02 2.1E-03 1.7E-03 1.9E-02 2.8E-02 5.5E-02 2.2E-03 9.8E-02 2.1E-02 1.8E-02 1.0E-02 2.8E-03 2.6E-03 7.8E-02 1.5E+02 1.5E-03 1.0E+00 1.3E+01 6.0E-03 3.0E-04 1.3E-03 1.9E+02 1.9E-02 3.8E-02 1.2E-02 1.2E-03 2.8E-02 1.6E-02 1.0E+00 1.0E-02 5.3E-02 5.9E-03 3.6E-03 2.0E-02 2.0E+00 1.8E-03 1.2E-03 2.7E+01 9.8E-02 3.3E-02 1.3E-03 1.3E-03 1.4E-03 3.8E-02 1.3E+02 1.2E-02 3.5E-02 1. 9E-02 3.0E-02 4.0E-02 4.8E-02 3.9E-02 5.6E-03 1.2E-03 3.2 0.001213286 0.4E-02 3.2E+01 4.70939887 12 2.146347997 0.8419004 1.501426156 0.2E+01 3.324134874 0.0E+00 1.0E-02 5.5E-03 1.2E-03 3.8E-02 2012 3.000328 1 18.0E+00 1.7E-03 1.8E-02 6.2E-03 6.1E-02 3.023054 20 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .8E-02 4.9E-02 4.060395311 0.200186266 11.669604689 0.77E-09 5.0356 1.3E-03 5.402235189 2.2E-03 6.017328494 0.5 m n p aAw (m2/m3) ds (m) Dab liq (m2/s) L' (Kg/m2 s) visc liq (Kg/m s) dens liq (Kg/m3) Sc liq kl (m/s) xbm PM medio 68.430275424 0.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 3.1E+01 Los resultados obtenidos son: Sc gas G' (Kg/m2 s) G (kmol/m2 s) ds (m) L (kmol/m2 s) β φltw ε εld Fg (Kmol/m2 s) G' (kg/s) Htg (m) Ntg Ntg absoluto z (m) z (m) valor entero 0.148 -0.73 0.3E-02 3.00E-03 997.0E+00 1.6015 567.92672 0.937547319 0.3E-03 6.8E-02 5.47 71.34498 0.0356 0.8E-02 5. 0E+03 1.0E+03 altura y = 4.0E+03 0.7050375 2012 6.654x-0.861 R² = 0.0E+03 3.0E-02 3.0E-02 4.0E-02 Calculo de la Altura Total: La altura del líquido de sello se calculara de la siguiente forma: Donde 21 Por lo tanto la altura del sello del líquido va ser igual a: Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION C (Kmol/m3) Fl (Kmol/m2 s) L (Kmol/m2 s) L' (Kg/s) 55.0E+00 0.0E+00 1.0181579 0.3241349 1.0E+03 altura Power (altura) 2.0E-02 6.0E-02 5.0E-02 7.9931 5.0E+03 4.0E-02 2.351412 0. 403712713 0. a continuación se presentan: in cabeza elim arrastre espacio distribuidor liq espacio z empaque espacio diámetro tubería espacio sello hidráulico altura total 4 8 4 6 4 NA 6 6 NA NA m 0.13305 0.3*400*z sello = hL 2012 1300 0.1524 0.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION sello hidráulico dP=1.00595709 0.12165331 8.135763 0.1016 0.13305225 Las otras alturas son arbitrarias.087090772 comercial 0.12165331 20.2032 0.1524 0.1016 0.4216 0.5 0.73742 Para la tubería del gas se tiene: diámetro tubería entrada gas Q (m3/s) V media (m/s) área (m2) diámetro (m) 0.1391666 22 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .13305225 3.1016 2.014476139 diámetro externo 0.1524 0. DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Calculo de las potencias ( ) ( ) ( ) 23 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . 005856 3.1249 2.16453 3.04 POTENCIA DE LA BOMBA: bomba dP velocidad altura KW KWH Hp pesos/día 36538.1674 641.9976 0.94878 0.2205 845.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION POTENCIA DEL SOPLADOR: 2012 soplador presión inicial presión final velocidad gas altura KW KWH HP pesos/día 102625 101325 0.7374 0.4168 3.49 TORRE DE PLATOS 24 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .7374 0.86 0. 7T. Inicialmente se suponen los siguientes datos: Cálculos para el Plato Perforado do [m] 0. McGraw-Hill 1988 .1 Operaciones de transferencia de masa. d.5 a 5 veces el diámetro de orificio.036 hw [m] 0. la cual es de 0. Fijar una altura del rebosadero hw supuesta. Arreglo tipo Triangular de longitud de paso p’ de 3do. ed. Fijar el diámetro del orificio.03 t [m] 0.28 Calculo del diámetro de la columna Para realizar este cálculo inicialmente es necesario calcular la velocidad de inundación del gas: ( ) ⁄ 25 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . 2a. se fija automáticamente la distancia desde el centro de la torre al vertedero. sabiendo que este de debe encontrar en un rango de 2. Robert E.50 m cuando hay el diámetro de torre menor de 1m (Tabla 6. Treybal) e.1 Operaciones de transferencia de masa. y el porcentaje de área de la torre utilizada por el vertedero igual a 8.3562T. Treybal). El procedimiento utilizado se debe iniciar realizando fijando algunos parámetros y realizando algunas suposiciones importantes como: a. Treybal . Robert E. Suponer una separación entre platos t que generalmente se encuentra entre 0. tr. Santafé de Bogotá. (Tabla 6.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Para llevar a cabo los cálculos de diseño de la torre de platos se emplearan las ecuaciones y el procedimiento que se encuentran descritos en el capítulo 6 del libro: Operaciones de transferencia de masa. Se tomo este valor ya que es el más típico para derramaderos rectangulares rectos.808%.15 y 0. el cual se debe encontrar en un rango de 3 a 12 mm Para este c. f.45 m. b. Amelia García Rodríguez. Fijar la longitud de derramadero W como 0. Robert E.012 Arreglo triangular P Paso [m] 0. Fijar el arreglo de orificio. Con el anterior parámetro. Para nuestro caso la separación entre platos la tomamos como 0. Normalmente la velocidad de operación se establece entre 0. el cual es igual a: A continuación se calcula el área transversal.75 Vf y 0. siendo 0. Para este caso el liquido no espuma Teniendo en cuenta que: → Donde Q es el caudal del gas.1 se debe poner en la ecuación es el obtenido. es decir mayor a 0. los valores de α y β son calculados: Dado que: ( )( ) Si el termino anterior es mayor a 0.1.85 Vf. de lo contrario se usa 0.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION En donde Cf está dado por la siguiente ecuación: 2012 [ ( )( ) ]( ) Donde σ corresponde a la tensión superficial del líquido Ya que ( ) ( ) .1.75 Vf el valor correspondiente al líquidos que producen espuma. la cual es igual a: 26 ⁄ Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . se lee de la tabla 6. sin embargo es necesario verificar si los datos supuestos están bien. los cuales van a ser iguales a: → De esta manera ya se tienen calculadas todas las variables correspondientes al plato.7 T.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Donde Ad/At. teniendo en cuenta los siguientes criterios: 27 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . y se compara con los valores comerciales Por lo tanto: Y el área real con el diámetro corregido es igual a: Dato con el cual se pueden calcular las áreas restantes: Teniendo el área de orificios (Ao).1 de Treybal en el ítem 4. Se despeja entonces el T: → √ A este diámetro calculado se le realiza un tratamiento similar al de la torre empacada con un criterio del 30%. se puede hallar el número de orificios.808%. con el cual tenemos que para un W=0. el porcentaje de área utilizada por un vertedero es de 8. con V/Vf y intervalo aceptable es E<0.7 T: Si se tiene Vo>Vow no habrá un lloriqueo significativo de lo contrario se tiene que rediseñar el sistema. esto se establece al comparar la velocidad del gas a través de los orificios con la velocidad de lloriqueo que se calcula con la siguiente ecuación: ⁄ ⁄ ( ) ( ) ( √ ) Donde la relación l/do la podemos hallar en la 6. 2. CRITERIO DE INUNDACIÓN ⁄ Donde: - ( )( ) y el hw fue supuesta inicialmente.1 de Treybal. se introduce una nueva variable W ef. ⁄ ⁄ [ ( ) ( ) ( √ ) ] ( ) Z es la distancia desde el centro de la torre y se halla en la tabla 6. Para resolver estas variables se tienen dos ecuaciones: Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón 28 . Este dato es calculado según la Figura 6. ARRASTRE FRACCIONAL Este criterio busca determinar cuánto líquido es arrastrado por el gas. 3.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 1. VELOCIDAD DE LLORIQUEO 2012 Este criterio busca determinar si el líquido que baja por los orificios es significativamente alto. Para calcular h1. para nuestro caso y teniendo en cuenta que W= 0.2. la cual corresponde a la longitud efectiva del derramadero.2 de Treybal.17 de Treybal. consistió en despejar W ef de las dos ecuaciones. de tal manera que las dos ecuaciones fueran iguales. y por medio de la herramienta de Excel (Solver) hallar un h1.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION ( ) ⁄ ⁄ 2012 ) ( ( ) ( ) {*( ) + } El método utilizado para hallar las dos variables. * ( ) ( ) + ( ) ( ) ( ) + ( ) ( ) f es el coeficiente de fricción de fanning. h3 es igual a: Donde ho es la caída de presión en el plato seco: * Despejando. el cual fue hallado teniendo en cuenta el Reynolds de los orificios. el cual fue igual a: 29 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . entre Ad y [(hw/2)*W ) Si se tiene ⁄ no habrá inundación en la torre. EFICIENCIA GLOBAL 30 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 ( Donde Ada es la menor área. DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION [( ) ] 2012 [ ] [ ] * + ⁄ [ ( ⁄ ⁄ )] Para el cálculo de los platos ideales o teóricos . Se tiene: Ls/Gs ambos conocidos m: pendiente del equilibrio en relaciones A: (Ls/Gs)/m Y finalmente: [( )( ) ( )] 31 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . 8117E-05 9.5 Q gas % a uti vert l Z 7.02165044 0.14 1.08808 0.4156075 9.7703E-09 sello hidráulico dP sello = hL 656.8 0.14633314 1.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION 2012 Estos platos reales también se corrigen con un factor de diseño del 30% y se aproximan a un valor entero Finalmente se obtiene: σ (N/m) dens liq dens gas L (kmol/s) G (kmol/s) L' (Kg/s) G' (Kg/s) visc gas gc (L'/G')(dg/dl)0.8 0.00505704 1.1427 0.00513398 0.40461701 0.34832798 h1 q z g Ada t/2 DL 0.601495 1.36E-02 997.12579742 0.20299231 0.00170914 0.2 0.70503754 0.0671548 32 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .09460314 0. 012 T1 0.0024214 25.03 wef Re 0.527471 0.74966 0.02165 hw 0.08447 limite h1 + hw hw 0.356 1.6203377 no se inunda θ 1.03689 1.5395 hD hr Va 0.18777 0.128281 0.851972349 0.85 Menor a: 0.004 0.9787 A Eo 1.567016 33 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .036 Ao/Aa 1 0.645545 no hay lloriqueo Vow Vo 5.1 η + Pe Emg 0.851972399 -5.032562 0.067508 0.100778 t 0.02277 0.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION do 0.533378 0.0169633 0.023512 0.618796041 corroboración 0.0984 0.14 Ntl Ntg Ntog Eog DE Pe η 1.342265 0.48895 0.69082 El Tcom se tomo del catalogo Norton modelo: Model 818 “gas-injection” metal support plate gráficamente (L'/G')(dg/dl)0.28 α1 β1 cf1 0.3396 26.1091447 0.119687 No real 88 Tcom w At real Ad An Asop Aa Ao No 0.3183 0.456877 1.5 0.0516504 0.05 .05633 0.76554 12.0375 Co 0.390371422 p' 1 0.07835 0.928831515 Emge 0.17 treybal v/Vf E 0.1712283 0.2789522 hL hG h2 h3 0.47 f 0.13612 0.04712 2012 vf1 v1 An1 At1 1.00991 87.15257 0.007454 0.1 no hay arrastre solverh1 0.0.00147E-08 h1 0.404617 figura6.016538 0.2916 10112. 1391666 34 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .08856172 diámetro 0.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION m eq rela 13.014476139 externo 0.2032 7 0.135763 0.1391666 0.00616002 0.0003191 Xo 0 2012 Npteoricos 10.689984732 0.125797424 20.067548779 7.63 Np Np reales sobrediseño reales altura total 18.001 Ls 0.37209 25 7 in cabeza altura platos espacio diámetro tubería espacio sello hidráulico altura total 8 NA 8 NA 8 NA NA m 0.06383 0.0049 A 1.12579742 0.2032 0.74776243 24.48262 Ynp+1 Y1 0.2032 0.4216 8.8159 Para la tubería se tiene. diámetro tubería entrada gas Q (m3/s) V media (m/s) área (m2) diámetro (m) comercial 0.094448 Gs 0. 66996631 7.11543486 2.985 101325 0.27 aprox.3500 1341. 3 mm 35 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón .1547 592.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION Para el calculo de la potencias se calculan de manera análoga a la torre empacada: 2012 soplador presión inicial presión final velocidad gas altura KW KWH HP pesos/día 102177.2688 0.81592141 0. E= eficiencia de soldadura que se toma como 1 y el valor del espesor se aproxima a su entero superior mas cercano La ecuación es: (( ) ) C= 2.7704 0. multiplicado por 1.009102 7.87 bomba dP velocidad altura KW KWH Hp pesos/día 76412.51 Para el espesor se decidió asumir que era un tanque de almacenamiento para el cual se utilizo la ecuación tomando la altura como la suma de hw + h1 que representa el liquido por consiguiente el peso mas relevante dentro de la torre.3 factor de corrección.8159 0.314 0.2612 6. Francisco José Lozano. 1999. rev. Pierre. Vol. Perry. Roberge R. James O. Amelia García Rodríguez. Manual del Ingeniero Químico. Handbook of Corrosion Engineering. Green. téc. México McGraw-Hill 2000. 36 Universidad Nacional de Colombia | Facultad de Ingeniería Carlos Arturo Céspedes Luis Carlos Calderón . McGraw-Hill. Catálogo Comercial TREYBAL. New York. Don W.DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION BIBLIOGRAFÍA 2012 Norton: Packed Tower Internals. Robert E. I y IV. Operaciones de Transferencia de Masa.