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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS
EXTRACTIVAS
INTEGRANTES:
García Hernández FernandoMartínez Ángeles EfraínOrdoñez Barrera Cynthya EdénParedes Ramírez Jair
DISEÑO DE EQUIPOS
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METODO DE SOUDER-BROWN
• Se utiliza para obtener la velocidad de vapor máxima permitida en recipientes de separaciones líquido-vapor.
• Este método supone que la velocidad máxima permisible del vapor dentro de la columna , es aquella que origina una fuerza de empuje hacia arriba igual a la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre las gotitas del líquido formadas. Lo anterior implica que el arrastre del líquido al plato superior es despreciable.
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METODOLOGIA
1) Calcular la velocidad máxima permitida de vapor en el recipiente. Ecuación de Souders-Brown:
W= masa velocidad de vapor máxima permisible. ρL=densidad del líquido, Kg/m3. ρV= densidad del vapor, Kg/m3 C=Constante adimensional cuyo valor depende de detalles del plato
y de la tensión superficial del líquido.
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VALORES RECOMENDADOS PARA C
La GPSA recomienda los siguientes valores de C a las siguientes presiones de operación):
* A presión de 0 bar C=0.107m/s.* A presión de 7 bar C=0.107m/s.* A presión de 21 bar C=0.101m/s.* A presión de 42 bar C=0.092m/s.* A presión de 63 bar C=0.083m/s.* A presión de 105 bar C=0.065m/s.NOTA:C=0.107 a una medida de presión de 7 bar. Se resta 0.003 por cada 7 bar arriba de una presión de 7 bar.Para soluciones de glicoles y aminas, multiplicar valores de k por 0.6 a 0.8.
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• En ocasiones se recomienda usar un factor de seguridad del 10 al 20 %, dividiendo W entre 1.10 a 1.20
• Si se trabaja a presiones comprendidas entre .35 a 17.5 kg/cm2.
• El diámetro obtenido y se ajusta mediante el método de Bolles.
W
VD f
4
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PROBLEMAEn cierto proceso industrial se requiere diseñar una torre de destilación para purificar una mezcla de n pentano isopentano, para lo cual se emplean cachuchas de burbujeo como dispositivo de contacto, el diseño preliminar indica una columna con 28 platos requeridos y el balance de materia y energíaproporcionan los siguientes datos:Propiedades del material:Densidad del liquido a 74 ºc ----------------0.6800 g/cm^3Densidad del vapor a 74 ºc------------------0.0077 g/cm^3Tensión superficial a 74 ºc-------------------26.5 dinas/cmFlujos esperados:Gasto máximo del liquido--------------------72,500 kg/hr= 29.62 L/seg.Gasto máximo del vapor---------------------64,000 kg/hr=2.31m^3/seg.Gastos mínimos 60%de los gastos máximos.Condiciones de operación:Temperatura------------------------------------74 ºcPresión-------------------------------------------1.8 atm
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• Determine:• 1. - Diámetro de la torre.• a) .-Usando el método de Souders-Brown.• b).- Empleando el método de Bolles.• 2.-Distribución de las áreas en el plato.• 3.- Altura del vertedero de salida y el sello de lamampara.• 4.- Especificación general de las cachuchas deburbujeo.• 5.- Tipo de flujo y la distancia entre platos.• 6.- La dinámica del plato (verificación hidráulica dela torre).
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A.-Materiales de construcción:
1.-El material para cachuchas recomendable es de aleación resistente a la corrosión.
2.-Para la coraza ,el piso del plato y soportes del mismo, el acero al carbón es satisfactorio.
B.-Calculo del diámetro de la columna.
1.-METODO DE SOUDERS-BROWN.
De acuerdo a la tabla 2 pág.. 23, se selecciona una
distancia entre platos tentativa de 61cm .(24”) sujeta a
cambiarse si es necesario.
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Con dEp=61cm y con tensión superficial=26.5 dinas/cm de la Fig.10 se obtiene:
C=205,000 m/hr
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• Obteniendo C=205,000 m/hr
Aplicando la Ec. 1 de la pag.18:
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Método de Bolles• 1.- De acuerdo ala tabla N° 5 pg. 29, se
seleccionan cachuchas de 7.6 cm o 10.16 cm. (4’’) de diámetro nominal de aleación resistente a la corrosión.
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• 2.-De tabla N°6 pg.30 se eligen dimensiones de las cachuchas entramos con 10.16 de tamaño nominal acero al carbón.
• Dext=10.39 cm• Dint=9.84 cm• N° ranuras=26• Mr=3.175 cm• Mr.- Es la altura de ranura
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• Se obtiene el área de ranuras mínimas para el manejo del flujo máximo de vapor esperado se obtiene con.
• Donde:• Ar= area de ranuras por cachucha• Cr=Constante que depende dela forma de la
ranura• R=ancho de la ranura en la parte superior
entre el ancho de la ranura en la parte inferior
𝑉𝑚𝑎𝑥=𝐶𝑟∗√𝑀𝑟∗𝜌 𝐿−𝜌𝑣𝜌𝑣
∗ 𝐴𝑟
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• De la tabla N° 8 se elije la ranura mas eficiente en este caso trapezoidal R=0.5 y Cr=0.141
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• Despejamos Ar:
• Sustituyendo valores:
𝐴𝑟=𝑉𝑚𝑎𝑥
𝐶𝑟 ∗√𝑀𝑟 +𝜌 𝐿− 𝜌𝑣
𝜌𝑣
𝐴𝑟=2.5393
𝑚3
𝑠𝑒𝑔
0.141∗√3.175+ 0.68−0.0070.007
=1.031𝑚2
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• Selecciona una distancia entre faldas de la cachucha de 2.54 por lo que el espacio es:
• Sustituyendo:
• El espaciado del 25% de diámetro de la cachucha para que el coeficiente de distribución de vapor disminuya para que el gradiente hidráulico sea bajo
*100
*100= 25 %
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• Para el calculo del área necesaria para la colocación de la cachucha. Entramos a la tabla N°1 con =25 y con el tamaño de la cachucha que es de 10.16 se lee el factor = 0.36
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• Sustituyendo valores se obtiene:
• Suponiendo que el área de colocación delas cachuchas ocupa el 60 % del área de la torre.
𝐴𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛=𝐴𝑟𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
𝐴𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛=1.031𝑚2
0.36=2.8637𝑚2
𝐴𝑡=𝐴𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛% 𝑠𝑢𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜
𝐴𝑡=2.86370.60
=4.7728
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• Calculamos el diámetro total:
• De acuerdo con la tabla N°5 se observa que la cachucha seleccionada es la adecuada al diámetro dela torre.
𝐷𝑡=√ 𝐴𝑡0.785
𝐷𝑡=√ 4.77280.785=2.4658𝑚
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