FUNDAMENTOS TERICOS

Columnas de rellenoLas torres empacadas se usan para el contacto continuo a contracorriente de un gas y un lquido en la absorcin y tambin para el contacto de un vapor y un lquido en la destilacin. La torre consiste en una columna cilndrica que contiene una entrada de gas y un espacio de distribucin en el fondo, una entrada de lquido y un dispositivo de distribucin en la parte superior, una salida de gas en la parte superior, una salida de lquido en el fondo y el empaque o relleno de la torre. El gas entra en el espacio de distribucin que est debajo de la seccin empacada y se va elevando a travs de las aberturas o intersticios del relleno, as se pone en contacto con el lquido descendente que fluye a travs de las mismas aberturas. El empaque proporciona una extensa rea de contacto ntimo entre el gas y el lquido. Se han desarrollado muchos tipos diferentes de rellenos para torres. Estos empaques y otros rellenos comunes se pueden obtener comercialmente en tamaos de 3 mm hasta unos 75 mm. La mayora de los empaques para torres estn construidos con materiales inertes y econmicos tales como arcilla, porcelana o grafito. La caracterstica de un buen empaque es la de tener una gran proporcin de espacios vacos entre el orden del 60 y el 90%. El relleno permite que volmenes relativamente grandes del lquido pasen a contracorriente con respecto al gas que fluye a travs de las aberturas, con cadas de presin del gas relativamente bajas.En las columnas de relleno la transferencia de materia se hace de forma continuada. Estas columnas tambin son llamadas columnas empaquetadas.La torre de relleno ms comn es la que consiste en una carcasa cilndrica que contiene el material inerte en su interior.Este material inerte es el que recibe el nombre de relleno.

El objetivo principal del relleno es proporcionar una superficie de contacto ms amplia entre el vapor y el lquido extractor, de esta manera aumenta su turbulencia y por tanto, mejora su eficacia.

Hay rellenos de muchas formas y dimensiones diferentes.Se pueden situar de forma ordenada, si el volumen del relleno es grande (5-20cm) o desordenada si el volumen del relleno es pequeo (5-50mm).Lo que suelen utilizar son los anillos Rasching mayores de 5-8cm de dimetro y se sitan de forma ordenada.A medida que aumenta el tamao del relleno, la eficacia de la transferencia de materia, va disminuyendo y por tanto aumentan las prdidas de carga.En conclusin, para poder determinar cul es el tamao ptimo del relleno se deben tener en cuenta dos factores:

- La seleccin del material del relleno.

- La ordenacin del material inerte, relleno.

Figura 2.11:Esquema de una columna de absorcin de gases y rellenos.

Las caractersticas de los rellenos son:-Deben ser qumicamente inertes.

- Deben tener una cierta resistencia mecnica elevada.

- Deben permitir el paso adecuado de las dos corrientes.

- Deben permitir un buen contacto entre las dos fases.

- Deben ser de costes bajos, es decir, econmicos.

La mayora de los rellenos son hechos de material barato, inerte y ligero.

Ejemplo: arcilla, grafito, porcelana...tan se pueden utilizar las formas irregulares como las regulares.Los rellenos que estn ordenados dentro de la columna y ,por lo tanto, tienen unas dimensiones relativamente grandes, presentan canales interrumpidos a travs de la cama y originan cadas de presin menores que las colocadas al azar, donde el gas se ve obligado frecuentemente a cambiar de velocidady de direccin.

Figura 2.12:Rellenos de una columna.Las caractersticas de aplicacin:- Tienen un contacto continuo con el gas.- Dimetro del gas.- Se utilizan cuando hay compuestos corrosivos en la mezcla de gases. I tambin cuando hay lquidos espumosos.- Se aplica en los casos que hayan cambios bruscos de temperatura. .- Se utilizan cuando se trabaja con presiones bajas.Las columnas de relleno son muy ampliamente utilizadas para conseguir un ntimo contacto entre dos fluidos inmiscible o parcialmente miscibles, ya sea un gas y un lquido o dos lquidos. Normalmente se utiliza flujo en contracorriente, con el extremo superior. Un ejemplo de sistemas liquido-gas lo constituye un proceso de absorcin en el que un gas soluble es separado de una mezcla de gases por medio de un lquido.

Descripcin generalLa construccin de las torres de relleno es relativamente simple. La carcasa de la columna puede construirse en metal, material cermico, vidrio o plstico.

ETAPAS DE UNA TORRE DE RELLENO

DISEO DE LA COLUMNA DE ABSORCINPara el diseo de una columna de relleno debemos tener en cuenta que se debe conseguir el mximo de transferencia del contaminante con el mnimo consumo de energa y tamao de la columna es decir, con el mnimo coste. El clculo principal en el diseo de la columna es la altura de relleno necesaria para conseguir la transferencia deseada de contaminante al lquido, en funcin del equilibrio que tenga entre gas y lquido. Existen otros parmetros importantes, como son el dimetro de la columna, los caudales de gas residual y lquido, si es de platos o de relleno si es de relleno es importante elegir correctamente el tipo de relleno.Para disear la columna proponemos lo siguiente1.vamos a elegir una torre de relleno ya que el empleo de columnas de relleno frente a las de platos se ve favorecido por que son ms adecuadas cuando las columnas son de pequeas dimensiones (menos de 0,6m de dimetro y una altura de relleno inferior a 6m) tambin si se tienen sustancias corrosivas o se forma mucha espuma o si se requiere que la prdida de carga en la columna sea pequea y la velocidad del lquido es elevada. Mientras que la torre de platos pueden resultar econmicamente preferibles para operaciones en gran escala, pueden presentar mejor relacin de flujo descendente y estn menos sujetas a ensuciamiento por slidos que las columnas de relleno. Pero como el que necesitamos es a pequea escala nos conviene la torre de relleno.}2.Para seleccionar el tipo de relleno tomaremos en cuenta cual resulta ms eficiente en cuanto a costo y superficie de transferencia; como vimos en la informacin antes presentada el anillo de rasching es uno de los ms usados debido a que el materia con el que se fabrica es el plstico y relativamente no tiene un costo muy elevado pero el plstico se deteriora rpidamente, los plsticos deben escogerse con especial cuidado, puesto que se pueden deteriorar, rpidamente y con temperaturas apenas elevadas, con ciertos solventes orgnicos y con gases que contienen oxgeno. As que elegiremos el relleno de anillo tipo pall estos a diferencia del rasching tienen como ventajas: Gran rea por unidad de volumenFormacin de pelcula de barro extensaExcepcional espacio vacioCapacidad de alta oxigenacinAlta carga hidrulicaAlta carga DBORequerimiento de rea mnimoEs un relleno rgido y livianoEs de fcil instalacin (cargado al azar)Pared de sostn de baja resistenciaTiene un mnimo costo de operacin Y un bajo costo

3.Para seleccionar la distribucin de relleno ser al azar ya que el anillo que se eligi es para este tipo de distribucin

4.Clculos de variables: como son el dimetro de la columna, los caudales de gas residual y lquido, el tipo de relleno y la prdida de presin.Datos que son conocidos normalmente en el proceso: Condiciones de operacin de la columna: PT y T Composicin de las corrientes de entrada Composicin del gas a la salida (fin perseguido) Circulacin en contra corriente

Clculos:En una planta de contacto diferencial, tal como la torre de absorcin que se muestra en la Figura 1, no hay cambios discretos bruscos de composicin como en el caso de una planta de etapas de contacto. Las variaciones de composicin son continuas de un extremo a otro del equipo. Los balances de materia para la porcin de la columna por encima de una seccin arbitraria, tal como se representa por la lnea de trazos en la Figura, son los siguientes:

Figura 1.diagrama del balance de materia para una columna de relleno.

Balance total de materia:

Componente A:

Donde V es la velocidad de flujo molar de la fase gaseosa y L la de la fase lquida en el mismo punto de la torre. Las concentraciones x e y corresponden a las fases L y V, respectivamente, para un punto dado. Las ecuaciones de los balances globales de materia, basadas en las corrientes Extremas, son: Balance total de materia:

Componente A:

La relacin de x e y en cualquier punto de la columna que se obtiene reordenando la ecuacin se llama la ecuacin de la lnea de operacin.