OPERACIONES DE CONTACTO CONTINUODIFERENCIAL Tema 8. Absorción y destilación en torres de relleno: unidades de transferencia. HETP. Extracción Objetivos: • Establecer las expresiones para la altura de la unidad de transferencia y el número de unidades de transferencia, tanto individuales como globales. • Utilizar el concepto de HETP para el cálculo de la altura de relleno. • Describir el funcionamiento de las diferentes partes de una columna de relleno y las principales características de los materiales de relleno. Explicar las particularidades del equipo para cada operación. • Reflejar algunas correlaciones simples o detalladas para determinar HTUs. Describir métodos de medida y estimación de la HETP. • Calcular el diámetro de columna considerando los parámetros característicos del relleno y la caída de presión. . transf materia x Área x Fuerza impulsora Coef. DP.. Dx... Dy. transferencia de materia de A = ky · Ai · (yAi-yA) = kx · Ai · (xA-xAi) .ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO •Flujo de pistón en ambas fases • No existe dispersión axial •Aplicamos teoría de capa límite Vel. transferencia materia = Coef.) MOLES: Vel. transferencia de materia (k): Incluye difusividad y modelos de flujo Unidades consistentes con las de la fuerza impulsora Fuerza impulsora: gradiente de concentración (Dc. . transferencia de materia de A = ky · Ai · (yAi-yA) = kx · Ai · (xA-xAi) Dificultad 1: Ai: Área interfacial de contacto efectivo entre las fases.ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. Difícil de conocer (relleno no totalmente mojado) Empíricamente por unidad de volumen: área específica del relleno: a Vel. transferencia de materia A/Volumen = ky ·a· (yAi-yA) = kx ·a· (xA-xAi) Correlaciones para el cálculo de los valores agrupados kx·a o ky·a. yAi: Composiciones de A en la interfase. Difíciles de conocer. Calcular composiciones de interfase Trabajar con coeficientes globales . transferencia de materia de A = ky · ai · (yAi-yA) = kx · ai · (xA-xAi) Dificultad 2: xAi.ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. yA) Toda la variación de concentración en la interfase (capa límite d) En la interfase ambas fases (xAi. Para cada altura de la torre: Composición del flujo global de las fases constante (xA.ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. yAi) en equilibrio. transferencia de materia de A = ky · ai · (yAi-yA) = kx · ai · (xA-xAi) Dificultad 2: xAi. . yAi Teoría de capa límite: Resistencias en serie. yAi L A L A xA G G yA yAi xA* xA yA xAi L xA A yA* G yA . transferencia de materia de A = ky · ai · (yAi-yA) = kx · ai · (xA-xAi) Dificultad 2: xAi.ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. transferencia de materia de A = ky · ai · (yAi-yA) = kx · ai · (xA-xAi) Dificultad 2: xAi.ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. yAi Calcular composiciones de interfase Trabajar con coeficientes globales kx ·a· (xA-xAi) = ky ·a· (yAi-yA) = Kx·a·(xA-xA*) = Ky·a·(yA*-yA) 1 1 1 Kx a kx a m ky a 1 m 1 Ky a kx a ky a equilibrio y = m·x + b . NA = -NB Para dz: diferencial de altura de relleno. V. por unidad de superficie [=] moles·h-1·m-2. Ac: Área transversal de la torre (p·D2/4) [=] m2. enriquecimiento NA·a·Ac·dz =V·dyA = L·dxA = ky·a·(yAi-yA)·Ac·dz = kx·a·(xA-xAi)·Ac·dz NA: Vel. Flujo molar constante: L. L’. de transf.DESTILACIÓN BINARIA Flujo de pistón en ambas fases No existe dispersión axial Teoría de capa límite. V·dyA moles de A/h transferidos hacia la fase vapor L·dxA moles de A/h transferidos desde la fase líquida . a: Área específica del relleno [=]m-1. V’ constantes. = f ( Re y Sc) .DESTILACIÓN BINARIA NA·a·Ac·dz =V·dyA = L·dxA = ky·a·(yAi-yA)·Ac·dz = kx·a·(xA-xAi)·Ac·dz Tomando como referencia la fase vapor. zona enriquecimiento: ky·a·(yAi-yA)·Ac·dz = V·dyA V dz dy A k y a AC ( y Ai y A ) V h1 · k y a AC y y A out A dy A H G NG y yA a lim entación Ai HG Altura de la unidad de transf. individual basada en la fase vapor HTU Valor constante en cada zona de la torre Valor promedio de ky. también denominado NTU .DESTILACIÓN BINARIA h1 V · k y a AC y y A out A dy A H G NG y yA a lim entación Ai NG: Número de unidades individuales de transferencia de materia basadas en la fase vapor. DESTILACIÓN BINARIA NA·a·Ac·dz =V·dyA = L·dxA = ky·a·(yAi-yA)·Ac·dz = kx·a·(xA-xAi)·Ac·dz Tomando como referencia la fase líquida. zona enriquecimiento: kx·a·(xA-xAi)·Ac·dz = L·dxA L dz dx A k x a AC ( x A x Ai ) h1 L · k x a AC x x A out A dx A HL NL x x Ai a lim entación A HL Altura de la unidad de transf. individual fase líquida: HTU Valor constante en cada zona de la torre. de materia fase líquida NTU . kx. = f ( Re y Sc) NL: Nº de unidades individuales de transf. xD xAi. yAi Calcular composiciones de interfase Trabajar con coeficientes globales kx ·a· (xA-xAi) = ky ·a· (yAi-yA) 1 y Ai y A k x a L H G x Ai x A ky a V HL 1 0.5 0.6 0.4 0. xw 0 0 línea q 0.2 xw.4 0. yA 0. z 0.DESTILACIÓN BINARIA Dificultad : xAi.8 xD.8 -kx/ky 0.7 0.9 .6 0.6 0.2 0.4 xD. xD línea q 0.8 1 z.3 0. yAi z. z xA. z 0. yA* xD.5 0.9 .5 z.DESTILACIÓN BINARIA Dificultad : xAi.7 0. yA línea q línea q z.3 0.6 xA. yAi Trabajar con coeficientes globales h1 h1 V · K y a AC y L · K x a AC x y A out A dy A H OG N OG y * yA a lim entación A x Aout A dx A H OL NOL x xA * a lim entación A 1 1 0. xD xA*.9 0.8 xA.7 0. yA 0.3 0.4 0.8 0. xD xD. z 0.4 0.6 0. yA xA. ADEMÁS. BASADOS EN FASE LÍQUIDA O VAPOR: ES PRECISO CALCULAR DE FORMA INDEPENDIENTE LAS ALTURAS DE CADA UNA DE LAS ZONAS DE LA TORRE DE DESTILACIÓN EN LAS QUE HAY VARIACIÓN DE LAS CORRIENTES DE LÍQUIDO O DE VAPOR (ENTRADAS O SALIDAS).DESTILACIÓN BINARIA EN TODOS LOS CASOS. EN ZONAS DE PENDIENTE DE EQUILIBRIO CONSTANTE . TRABAJANDO CON COEFICIENTES INDIVIDUALES O GLOBALES. TRABAJANDO CON COEFICIENTES GLOBALES ES PRECISO SUBDIVIDIR. .DESTILACIÓN BINARIA CONCEPTO FÍSICO DE HTU dy A Dcomposició n NG 1 potencial y A alimentación y Ai y A y A out HTU representa la altura de relleno para la cual la variación de concentración experimentada por una fase al atravesarla. fuese idéntica a la diferencia de concentración que fuerza la transferencia (potencial). Depende del tipo y tamaño de relleno.DESTILACIÓN BINARIA APROXIMACIÓN DE HETP Se asimila el relleno a platos o etapas discretas de equilibrio h = Nº de etapas teóricas · HETP HETP: Altura de relleno necesaria para obtener el cambio en la composición conseguido en una única etapa de equilibrio. . sustancias que se separan. velocidad de flujo de las fases. Para su cálculo se resta previamente el calderín. Factor de seguridad 1.DESTILACIÓN BINARIA APROXIMACIÓN DE HETP Si se pueden considerar línea de operación y equilibrio rectas: mV H OG ln L HETP mV 1 L Solución aproximada. operación y equilibrio paralelas HETP = HOG Kremser aplicable para resolver torres de relleno .7 Si L/m·V=1.