REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA UNEFA - Extensin Puerto Pritu

columnas empacadas y de platos

Bachilleres:C.I: 29.936.813 Bonett LeonardoC.I: 23.310.331 Mendoza FrancisC.I: 26.182.478 Rangel GionayC.I: 25.358.791 Rivas MaibertC.I: 22.545.205 Torres MartinC.I: 23.770.678 Vsquez Flix

Profesor:Elas BlancoIngeniera Petroqumica6to semestreSeccin 01

DISEOS DE COLUMNAS EMPACADAS Y DE PLATOS PARA SISTEMAS LQUIDO- VAPOR Y LQUIDO-LQUIDO:

La absorcin de gases es una operacin de separacin que consiste en transferir uno o varios gases contenidos en una mezcla gaseosa hacia un lquido solvente selectivo por medio del contacto directo entre ambas fases. Se lleva a cabo en columnas o torres de separacin.Clasificacin de columnas: 1. Columna de pared hmeda o pelcula. 2. Columna de platos. 3. Columna empacada. 4. Columna agitada.

TORRE EMPACADA O COLUMNAS EMPACADAS

La torre empacada es un dispositivo simple en comparacin con las torres de platos. Estas torres utilizan empaques como dispositivos de contacto. Las columnas empacadas se especifican por lo comn cuando los dispositivos de platos no son factibles, debido a caractersticas indeseables del fluido o algn requisito especial de diseo. Las columnas empacadas representan el cuerpo de la torre, esta puede ser de madera, metal, porcelana qumica, ladrillo a prueba de cidos, vidrio, plstico, metal cubierto de plstico o vidrio, u otro material, segn las condiciones de corrosin. Para facilitar su construccin y aumentar su resistencia, generalmente son circulares en la seccin transversal. En su interior se alojan materiales que la rellenan (Empaques). Las columnas empacadas son utilizadas en una gran gama de procesos, como destilacin, extraccin, humidificacin (deshumidificacin) y en absorcin gaseosa.Las torres empacadas se usan como equipos de contacto para sistemas liquido-gas y liquido-liquido. Estas torres consisten bsicamente de: 1. Carcasa o envolvente. 2. Empaque. 3. Soportes. 4. Distribuidores de lquidos. 5. Redistribuidores 6. Boquillas de Entradas y salidas del lquido y gas.Dentro del recipiente se colocan los dispositivos que permiten el contacto entre las fases, las cuales pueden ser empaques o platos.El diseo de una columna de relleno o empacada supone las siguientes etapas: 1. Seleccionar el tipo y el tamao del relleno.2. Determinar el dimetro de la columna (capacidad) necesario en funcin de los flujos de lquido y vapor.3. Determinar la altura de la columna que se necesita para llevar a cabo la separacin especfica. 4. Seleccionar y disear los dispositivos interiores de la columna: distribuidor del lquido de alimentacin, redistribuidores de lquido, platos de soporte y de inyeccin del gas y platos de sujecin.PLATOS O EMPAQUES

Este tipo de equipos se usan para proveer un contacto ntimo entre las fases que coexisten en un proceso determinado que se sucede a contracorriente; esto proporciona grandes reas de contacto interfacial con el objeto de facilitar el intercambio de masa, calor o ambos simultneamente. En general se recomienda seleccionar un tamao de empacado menor al 10% del dimetro de la columna. Se ha observado que en general, la eficiencia de transferencia de masa es similar para empacados del mismo tamao.El dispositivo consiste en una columna cilndrica, o torre equipada con una entrada de gas y un espacio de distribucin en la parte inferior; una entrada de lquido y un distribuidor en la parte superior; salidas para el gas y el lquido por cabeza y cola; respectivamente y una masa soportada de cuerpos solidos inertes que recibe el nombre de relleno de la torre. El soporte ha de tener una gran fraccin de rea libre de forma que no se produzca inundacin en el plato de soporte. La entrada del lquido, que puede ser disolvente puro o una disolucin diluida del soluto en el disolvente puro o una disolucin y que recibe el nombre de lquido agotado, se distribuye sobre la parte superior del relleno mediante un distribuidor, y en la operacin ideal, moja uniformemente la superficie del relleno. El gas que contiene el soluto o gas rico, entra en el espacio de distribucin situado debajo del relleno y asciende a travs de los intersticios del relleno en contracorriente con el flujo de lquidos. El relleno proporciona una gran rea de contacto entre el lquido y el gas, favoreciendo as un ntimo contacto entre las fases. El soluto contenido en el gas rico es absorbido por el lquido fresco que entra en la torre, y el gas diluido o agotado abandona la torre. El lquido se enriquece en soluto a medida que desciende por la torre y el lquido concentrado sale por el fondo de la torre.En la siguiente figura se muestra la torre de relleno o empaque

El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes caractersticas:1. Proporcionar una superficie interfacial grande entre el lquido y el gas. La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado debe ser grande, pero no en el sentido microscpico. Los pedazos de coque, por ejemplo, tienen una superficie grande debido a su estructura porosa, pero la mayor parte de la superficie ser cubierta por la pelcula del lquido que escurre. De todas maneras, la superficie especfica de empaque es casi siempre ms grande que la superficie interfacial lquido-gas.2. Poseer las caractersticas deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen fraccionario vaco, E, o fraccin de espacio vaco, en el lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de grandes volmenes de fluido a travs de pequeas secciones transversales de la torre, sin recargo o inundacin; debe ser baja la cada de presin del gas. Ms an, la cada de presin del gas debe ser principalmente el resultado de la friccin pelicular, si es posible, puesto que es ms efectivo que formar arrastres al promover valores elevados de los coeficientes de transferencia de masa.3. Ser qumicamente inerte con respecto a los fluidos que se estn procesando.4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fcil manejo y la instalacin.5. Ha de tener un coste razonable

RELLENOS DESORDENADOS Y RELLENOS ESTRUCTURADOS

RELLENOS DESORDENADOS: Al disear columnas de relleno a escala industrial, debe realizarse un balance econmico entre el coste de instalacin y el material auxiliar de la columna por una parte, y los costes de funcionamiento, por otra. Generalmente, al reducir el dimetro disminuye el coste de instalacin, pero aumenta el coste de bombeo del gas, debido al aumento de la cada de presin. Si se selecciona una velocidad del gas y, por tanto, el dimetro de la columna, la velocidad del lquido depender del punto de carga calculado.Las columnas de relleno son muy usadas para conseguir un ntimo contacto entre dos fluidos inmiscibles o parcialmente miscibles, (gas-lquido o dos lquidos). Por tanto, es preciso seleccionar un relleno que proporcione una elevada superficie de contacto y un alto grado de turbulencia entre los fluidos. Normalmente esto se consigue a expensas de un incremento en los costes de inversin y/o en la cada de presin, debiendo realizarse el balance mencionado anteriormente.La construccin de las torres es relativamente simple, constan de una carcasa metlica (cermica, vidrio, plstico, etc.), completamente vertical, en cuyo interior existe un soporte.Aumentar el tamao del relleno, se reduce el coste por unidad de volumen y la cada de presin por unidad de altura, pero se reduce la eficacia en la transferencia de materia, por lo que se precisar una mayor altura de columna.Rellenos de rejilla: Fciles de fabricar, se utilizan normalmente para columnas de seccin cuadrada. Tambin se construyen de diversos materiales, originando bajas cadas de presin debido a los espacios libres entre rejillas. Son fciles de montar, pudindose utilizar para suspensiones.El principal problema que presentan es la mala distribucin de lquidos para flujos elevados, porque se forman canalillos, y no gotas.Estructura: Los arreglos de empaques, se clasifican principalmente en: Empaques al azar o aleatorios: Consiste en empaques, que no se disponen bajo ningn orden, sino simplemente se arrojan dentro de la torre. Antes se utilizaban piedras, grava y materiales similares, pero estos no tienen reas grandes ni espacios vacos, y no resultaban adecuados debido a la pequea superficie y malas caractersticas con respecto al flujo de fluidos; as que ahora se utilizan empaques fabricados, como anillos Rasching, sillas Berl, sillas Intalox, anillos de Lessing, anillos Pall (Flexirings), Hy-pal, Telleretes, entre otros. Todos estos tipos de empaques tienen sus propiedades determinadas y los materiales que manejen los fabricantes.Se han diseado muchos tipos de torres y muchas de ella son de tipo frecuente. El relleno puede ser cargado al azar en la torre o bien colocado ordenadamente a mano. Los rellenos al azar consisten en unidades de a 3 pulgadas en su dimensin mayor; los rellenos inferiores a 1 pulg se utilizan fundamentalmente en columnas de laboratorio o de planta piloto. Las unidades de relleno ordenado son de tamaos comprendidos entre 2 y 8 pulg. Por tanto, la mayora de los rellenos de torre se construyen con materiales baratos, inertes y relativamente ligeros, tales como arcilla, porcelana o diferentes plsticos. A veces se utilizan anillos metlicos de pared delgada, de acero o aluminio. La porosidad del lecho y el paso para los fluidos se fuerzan haciendo las unidades de relleno irregulares o huecas, de forma que se entrelazan para dar lugar a estructuras abiertas con una porosidad de 60 a 95 por 100. Los empaques se pueden clasificar de acuerdo a su tipo de acomodo dentro de ella en: * Aleatorios: se denominan as a los empaques que se dejan caer dentro de la columna y su arreglo permanece como al azar. * Ordenados: son empaques en piezas que se deben ordenar de uno en uno dentro de la columna, de acuerdo con las instrucciones del proveedor. * Estructurados: son estructuras metlicas que forman una sola pieza dentro de la columna y que se fabrica de acuerdo con las dimensiones de la misma.

DISEO HIDRULICO DE TORRES Y SELECCIN DE RELLENO

Un lecho empacado, a travs del cual usualmente fluyen a contracorriente una fase liquida y una gaseosa, facilita el contacto requerido para la transferencia de masa y de calor. La presencia de elementos de empaque en la torre aumenta el rea interfacial y provee una resistencia al flujo mayor que la que se presentara en una coraza vaca. Flujo de una sola fase: Si solamente una fase, liquida o gaseosa, fluye a travs del lecho empacado, el sistema puede tratarse con base en la teora de flujo de fluidos a travs de lechos de slidos granulares.

Cuando un gas o un lquido fluyen a travs de un lecho, es forzado a seguir una serie de canales irregulares formados por los intersticios entre las partculas slidas que lo conforman. La cada de presin depende del tamao y el arreglo de estas ltimas, as como de la velocidad, densidad y viscosidad del fluido, a velocidades suficientemente bajas la cada de presin, es proporcional a la velocidad, como lo expresa la ecuacin de Darcy para agua que fluye en un lecho de arena.Flujo de dos fases: La hidrulica del flujo de dos fases en torres empacadas puede abordarse de diferentes formas. Una primera aproximacin es considerarlo como una extensin del flujo en una sola fase. Tambin puede abordarse como una modificacin al flujo de dos fases en una tubera o como una combinacin de las dos. Una opcin ms reciente, especialmente para el flujo a travs de empaques estructurados, consiste en el modelamiento de los caminos de flujo para ambas fases y en la solucin de las expresiones de transporte de cantidad de movimiento a micro escala y posterior evaluacin de los fenmenos presentes en meso y macro escala por medio de tcnicas de fluido-dinmica computacional.

Rgimen de Cada Insuficiente: a bajas velocidades de lquido, la torre se comporta esencialmente como si el empaque estuviera seco; esto es, la cada de presin en la columna es casi la misma que en el flujo de una sola fase (regin a la derecha de A). Por supuesto, no se logra una distribucin adecuada del lquido sobre el empaque, ni el humedecimiento total de su superficie. Adicionalmente como muestra Stichlmair y Fair (Stichlmair y Fair, 1998), la regin de operacin del distribuidor de lquido es mucho menor que la del empaque, con lo cual se restringe el intervalo de operabilidad de la torre. Tambin se ha establecido que existe una velocidad mnima de flujo de lquido, por debajo de la cual la pelcula de lquido no es estable y por consiguiente la eficiencia de transferencia de masa es muy baja.Seleccin Del Relleno: Los empaques estructurados ofrecen mayor rea superficial especfica y por consiguiente mayor eficiencia. De igual forma, dada una eficiencia (igual rea superficial especfica) el factor de empaque de los empaques estructurados es menor a lo que corresponde a una mayor capacidad.En general los empaques estructurados tienen mayor eficiencia y capacidad y presentan menor cada de presin por plato terico que los empaques al azar. Sin embargo, la eficiencia y la capacidad de los empaques estructurados disminuyen rpidamente al aumentar la presin o la velocidad de lquido, con lo cual se reduce su ventaja sobre los empaques al azar (kister, 1992).Cuando se requiere manear fluidos con slidos que tienden a formar depsitos, no es aconsejable el uso de empaques estructurados. En sistemas corrosivos u oxidantes el material de los empaques en hoja corrugada debe ser muy bien seleccionado, ya que tpicamente se fabrican en lminas con calibres entre 30 (0.254 mm) y 20 (0,79375 mm), por debajo del espesor normal de tolerancia a la corrosin (3 mm). Adems debe tenerse en cuenca el alto costo de los empaques estructurados, 3 a 10 veces mayor que el de los empaques al azar de 2 pulgadas (kister, 1992), aun cuando el costo de operacin, en particular para servicios a vaco, es mucho menor y puede conseguirse una reduccin en el costo inicial por la simplificacin de los equipos auxiliares (condensadores, compresores o bombas de vaco)Lista de criterios a considerar en la evaluacin y seleccin de empaques (kister, 1992): Elevada rea superficial especifica; esto es elevada rea superficial por unidad de volumen de lecho empacado. Distribucin uniforme del rea superficial. Geometra tal que promueva la distribucin uniforme de las fases. Baja retencin esttica, dado que el lquido estancado contribuye muy poco a la transferencia de masa y desperdicia superficie de empaque. Mxima superficie humectable, debido a que slo el rea humedecida es efectiva para la transferencia de masa. Alta fraccin vaca, con el propsito de reducir la resistencia al flujo. Baja friccin, lo cual se promueve coa una estructura abierta y aerodinmica. Resistencia baja y uniforme al flujo a travs del lecho, lo cual depende de la geometra del empaque y de la homogeneidad en la porosidad del lecho.

CLCULO DE DIAMETRO ALTURA Y CADA DE PRESIN EN LA COLUMNA

Clculo De Dimetro: El dimetro de una torre empacada se determina, en general, por su comportamiento hidrulico. En el proceso de diseo de una columna son muchas las variables involucradas y el nmero de grados de libertad siempre es mayor que cero, por lo que el diseador debe definir algunas especificaciones.La condicin de diseo, velocidad o cada de presin del gas se establece de forma tal que la columna opere lo ms cerca de la condicin de mxima eficiencia, pero suficientemente aleada de la regin en la que esta disminuye rpidamente. Para ello se ofrecen diversas recomendaciones basadas en la experiencia y que involucran la determinacin de la condicin de inundacin, de la capacidad mxima de operacin o de la cada de presin.De acuerdo con lo anterior las torres empacadas usualmente se disean para operar entre el 70 y el 80 % (Kister, 1992) de la velocidad del gas que corresponde al punto de inundacin. Strigle recomienda disear las torres empacadas con un margen del 10 al 20 % de su capacidad mxima de operacin y esta le encuentra alrededor de un 5 % por debajo del punto de inundacin (Strigle, 1994), lo cual equivale a disear entre el 76 y el 86 % de la velocidad de inundacin.

Clculo De Altura: La altura de una columna empacada depende de los requerimientos de separacin y de la eficiencia del empaque. Para determinar la eficiencia de un empaque se han propuesto dos conceptos. El primero, basado en los modelos de equilibrio, permite una comparacin directa con las columnas por etapas y el segundo emplea los modelos de velocidad de transferencia de masa.Altura Equivalente a un Plato Terico: una forma de evaluar la eficiencia de un empaque es mediante el concepto de altura equivalente a un plato terico (HETP, de las siglas en ingls). Dado un sistema puede determinarse el nmero de platos tericos (n) para lograr la separacin requerida por cualquiera de los mtodos disponibles (matriz tridiagonal, mtodos de relajacin, entre otros) de manera tal que, conocida la HETP, la altura de la torre se evala como:Z= N (HETP)Para determinar la HETP se han propuesto diferentes correlaciones: Strigle, 1994 y Whaley, 1999.La HETP depende de:- tipo y tamao del empaque- naturaleza fisicoqumica de los componentes de la mezcla- flujo del gasAltura de una Unidad de Transferencia: una mejor aproximacin al comportamiento real de una torre empacada se consigue por medio del concepto de unidad de transferencia, el cual se fundamenta en modelos de transferencia de masa entre fases, en contacto continuo.Y la altura de una unidad de transferencia se calcula con expresiones tales como:HTU= altura de una unidad de transferencia de masa total.Gm= velocidades del gas y lquido en m/s.AT= area de la seccin transversal de la torre (m)KOG = coeficientes volumtricos de transferencia de masa en 1/h.P = presin en F/m2 El dimetro de una torre empacada se determina, en general, por su comportamiento hidrulico. En el proceso de diseo de una columna son muchas las variables involucradas y el nmero de grados de libertad siempre es mayor que cero, por lo que el diseador debe definir algunas especificaciones.

DISEO DE PLATOS PARA CONTADORES LIQUIDO-VAPORTipos de empaque: Anillos Rasching; Anillos Lessing, Anillo de doble espiral; Anillo metlico Pall; Anillo plstico Pall; Silla cermica Berl; Silla cermica Intalox; Silla plstica Intalox; Silla metlica Intalox; Tellerette; Tripak plstico; Tripak metlico; Malla de madera; Seccin de empaque metlico expandido; secciones de empaques metlicos ubicados alternativamente;