Torres de absorción de platosLas torres de absorción de platos son dispositivos que permiten el contacto discontinuo entre el líquido y el gas. Constan de una serie de platos o etapas y en cada una de ellas se ponen en contacto las fases, separándose después para entrar a una etapa nueva. En la etapa llamada ideal o teórica las fases se ponen en contacto íntimo y salen de ella en equilibrio. En las etapas reales las corrientes salientes no están en equilibrio. Las torres de platos se utilizan para grandes flujos de líquido y de gas y para diámetros mayores de 1 metro también si se presenta acanalamiento. Las torres de platos se utilizan también cuando en la absorción se produce una gran generación de calor por la disolución del gas en el líquido. Un balance en una torre de absorción de platos daría: ~~ ~ ~ ~ ~ L ( X a− X 0 ) =G 1 ( Y N+1 −Y 1) Cálculo analítico del número de etapas ideales Cuando la línea de equilibrio y la de operación son rectas.~ ~ ~ L1 Y N +1−Y 1 = ~ ~ G X −~ X 1 a 0 El cálculo del número de etapas ideales se efectúa mediante el empleo del método de Mc Cabe -Thiele. Por ejemplo para el caso de la absorción: En donde el número de etapas ideales o teóricas es igual al número de escalones. Este caso se presenta con mezcla diluidas de gases y líquidos que siguen la ley de Henry. Para el caso de absorción. el número de etapas ideales se pueden también obtener en forma analítica. ya que el L /G es constante y si la línea de equilibrio es recta si se expresa en fracciones mol. log ⌊ N= Donde ( Ỹ N +1−H x 0 Ỹ 1 −H x 0 1 + ⌋ () A−1 ) A A LogA A= Ḹ1 Ĝ1H tambien llamado factor de absorción . En el caso de que hubieran pequeñas variaciones del L/G de un extremo a otro de la columna.4 un valor frecuentemente recomendado.Souder y se pueden presentar en forma gráfica.25 y 2. Altura equivalente de un plato teórico Es la comparación entre la torre de platos y la empacada. de los flujos de gas y líquido y de la composición de las corrientes. Esta magnitud se determina experimentalmente y es función del tamaño y tipo del relleno. Ver apéndice.0 siendo 1. Eficiencia Debido a los cortos tiempos de contacto. Por lo general el valor de A debe estar comprendido entre 1. se pueden tomar las medias logarítmicas de esos valores para el cálculo del número de etapas teóricas. Entre las eficiencias más empleadas están: Eficiencia total Está definida por la relación siguiente: .Para desorcion: 1 N +1 1 − x0 −x N A A = N +1 Ỹ 1 x 0− N +1 −1 H A ( ) ( ) Esas ecuaciones se conocen con el nombre de ecuaciones de Kremser Brown . La altura equivalente a un plato teórico HETP está definida como la altura necesaria de empaque que verifica la misma función que un plato teórico. las etapas de una torre de platos no trabajan idealmente por lo que es necesario evaluar el rendimiento o eficiencia. Eo = Numero de etapas ideales / Número de etapas reales Eficiencia de etapa La eficiencia de etapa o eficiencia Murphree se define por : Ỹ N −Ỹ N +1 = Ỹ N ˚ −Ỹ N +1 EM En esta fórmula y* es la composición de la corriente gaseosa que está en equilibrio con la corriente de líquido que deja la etapa. La eficiencia de punto es diferente de la del plato ya que la composición del líquido varía al viajar por el plato. . es la composición del gas en ese punto del plato y que está en equilibrio con el líquido. Eficiencia de punto La eficiencia de punto está definida por : p Ỹ N −Ỹ N +1 = Ỹ ˚ p −Ỹ N N +1 Ep En donde p Ỹ ˚N Ep es la composición del gas en un punto dado del plato. La eficiencia de punto está relacionada con el número de unidades de transferencia de masa por medio de: E p=1−e−NOG En donde NOG es el número de unidades de transferencia totales del lado gas. tendría una distribución parecida a la siguiente: Área de bajantes Área activa 12% 76 % Longitud del vertedero W 77% del diámetro Longitud de paso del líquido l 64 % del diámetro Área de flujo del gas Ah 10% del arrea activa. . Un plato típico con vertederos segmentados.Distribución de un plato La selección del diámetro de los platos se hace con base a las velocidades permisibles de la fase gaseosa. . El espaciamiento entre platos se obtiene en función del diámetro Diámetros en pies 4 o menos De 4 a 10 De 10 a 12 De 12 a 24 Espacionamiento enpulgadas 18 24 30 36 El diámetro de la torre se calcula en función de la velocidad de inundación. 1. La inundación se obtiene partir de gráficas del tipo: C sb=Un √ ρG ρL −ρG a .Representación esquemática de una torre de platos perforados.Fig. Para líquidos con otra tensión superficial la corrección se hace por medio de: C ơ 20 0.L G √ ρG ρL En donde Un es la velocidad de inundación del vapor en el área efectiva en pies / segundo. Con el área total se obtiene el diámetro de la torre. AT = An / % del área efectiva .2 ( ) (¿¿ sb)ơ=20= C sb ¿ Se recomienda que el diseño se haga para el 70% de la velocidad de inundación An=Ca/U 70 El área total de la torre deberá ser mayor que el área neta para tener lugar para las bajantes y el espacio cercano a la pared. las gráficas fueron diseñadas para emplearse con líquido de tensión superficial igual a 20 dinas/cm. Las gráficas para platos perforados y platos con cachuchas se presentan en el apéndice. . El gas asciende a través de las chimeneas de las campanas y se distribuye por las ranuras burbujeando en el líquido.2. La perforación más empleada es la de 3 / 16 de pulgadas en arreglo triangular y con espaciamiento entre perforaciones (pitch) de 5 diámetros. El líquido pasa de plato a plato a través de las bajantes o vertederos. La altura del vertedero es generalmente de 2 a 4 pulgadas o menor del 15 % del espaciamiento o distancia que existe entre plato y plato. Fig.Plato perforado Platos con cachuchas En estos platos el dispositivo de contacto es la cachucha o campana de burbujeo. El gas pasa a través de las perforaciones y burbujea en el líquido permitiéndose el contacto íntimo entre las fases. el dispositivo de contacto es un plato con perforaciones o plato criba.. El líquido pasa de plato a plato a través de las bajantes o vertederos que pueden ser segmentados o circulares.TIPOS DE PLATOS Platos perforados En las torres de platos perforados. 6. 3. Tipos de cachuchas. Las campanas se pueden colocar en el plato en arreglo triangular o en arreglo cuadrado. Si el diámetro de la torre va de 5 a 20 pies el diámetro de la campana es de 4 pulgadas. siendo los tamaños más frecuentes los siguientes: Si el diámetro de la torre va de 2 a 5 pies el diámetro de la campana es de 3 pulgadas.. El claro entre campanas debe ser de una pulgada o más. Fig. El diámetro de las campanas o cachuchas se selecciona de acuerdo con el diámetro de la torre..Representación esquemática de un plato con cachuchas.Fig. PROBLEMA DE APLICACIÓN .Plato con cachuchas. Si el diámetro de la torres es mayor de 20 pies el diámetro de la campana es de 6 pulgadas. 1 en fracción mol de benceno. La operación es isotérmica. Bajo las condiciones descritas determine el número de platos teóricos requeridos si se utiliza 1. La solución más concentrada entra en el plato superior de la torre y la menos concentrada en el plato en que la concentración del benceno se acerque más a la suya. La segunda de 10 kg mol /h es una solución de benceno en el mismo tipo de aceite con 0.05 en fracción mol de benceno.005 en fracción mol de benceno. se puede aplicar la ley de Raoult y a 120 º C la presión de vapor del benceno es de 2400 mm de Hg. . El líquido saliente de la torre no debe contener más de 0.Línea de equilibrio ~ y =m ~ x m= presion de vapor presion total ~ ~ Y X =m ~ ~ 1+ Y 1+ X .Como resultado de un proceso de absorción hay dos corrientes que deben ser separadas del soluto. La primera de 25 kgmol /h es una solución de benceno en un aceite no volátil y que contiene 0. Traducción Planteamiento.25 veces el flujo mínimo de vapor. Cada solución se precalienta hasta 120 ºC y se separa con vapor en la misma torre a 1 atm de presión absoluta. 025 0.12 - ~ Y 0 0.25 Debido a que hay dos secciones en la torre habrán dos lineas de operación. 2400 m= =3.218 0.06 0.1 0. Con ~ ~ X n .01 0.0323 0.1 ~ X 0= =0.0525 1−0.512 Línea de operación máxima.00505 1−0.404 0. El choque de la línea de operación con la de equilibrio da la línea de operación máxima debido a que se trata de una desorción.00505 Los puntos mínimos se deben obtener del diagrama.111 1−0. Una desde el fondo hasta la introducción de la solución diluida y la otra desde ese punto hasta la entrada de la solución concentrada.16 atm 760 ~ ~ Y X =3.134 0.04 0.005 ~ Y n+1=0 ~ ~ LI Y −0 max= ~ ~ GI X−0.16 ~ 1+ Y 1+~ X A partir de la ecuación anterior se pueden construir los puntos de la línea de equilibrio. Y n+1 se mueve la línea hasta tocar la de equilibrio y de allí se obtiene la pendiente. Cálculos .Línea de equilibrio. ~ X 0 0.085 0. . 0.005 ~ X n= =0.05 0.-Línea de operación ~ ~ G I op=GI min ×1.05 ~ X 01= =0.1 0. 9 ) +10 ( 0.9 ~ 0.9 h kgmol ~ G I op=8.215 ~ X=0.06 ~ LI 0.215−0 max= =3.06−0.A partir del diagrama: Pendiente máxima ~ Y =0.2(1.2 3.25)=10.25 h .95 )=32 h 32 kgmol ~ G I min= =8.00505 GI - Flujo mínimo de vapor kgmol ~ L I =25 ( 0. .2= 0.Numero de platos teoricos.0525. Cabe con la línea de equilibrio junto a las de operación se grafican los platos teóricos.2 ~ G 10. Resultado .5=22.0525 hasta X = 0.0475 ~ Y =0.005 hasta X= 0.5 ~ L I 22. Además se puede observar que la solución diluida se alimenta en el tercer plato. Siguiendo el método de Mc.~ LI 32 = =3.5 = =2.0527 ~ Y =0.148 hasta Y = ? y de X =0.276 Las dos líneas de operación se grafican junto a la línea de equilibrio tal como se ve en el diagrama.12 ~ G 10.25 ~ L I =32−9.25 I Con esto se puede graficar esta línea que va desde Y =0 a Y =? y de X = 0.12= ~ ~ Y −0 Y = 0. punto en que se introduce la solución diluida 3.0525−0.111−0.005 0.25 I Con esta pendiente se traza la línea desde el punto Y =0.148 2.111 ~ Y −0.148 - Segunda línea de operación (parte de arriba) La segunda línea de operación se obtiene a partir de los flujos: ~ G I =10. De la figura se observa que el número de platos teóricos es de 9. .Se requieren 9 platos teóricos. la solución diluida se alimenta en el tercer plato.