ÁREA DE INGENIERÍA QUÍMICA Prof. Isidoro García García. Operaciones Básicas de Transferencia de Materia. Tema 6
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- Hugo Ferreyra Moya
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1 ÁRE DE INGENIERÍ QUÍIC Prof. Isidoro Grcí Grcí Operciones Básics de Trnsferenci de teri Tem 6
2 Operciones Básics de Trnsferenci de teri INTRODUCCIÓN Como se sbe, ls operciones en columns de relleno son totlmente diferentes de ls que se relin medinte un contcto por etps: ls fses contctn lo lrgo de tod l column: contcto continuo. no se lcn el equilibrio entre ls fses. De hecho se busc mntener un fuer impulsor desde l entrd l slid de l column. s column de relleno se emplen principlmente en: bsorción de gses, etrcción líquido-líquido operciones de contcto entre ire gu humidificción enfrimiento de gu. El uso pr operciones de rectificción es menos frecuente en todo cso limitdo operciones de pequeñ escl con rellenos de lt eficci. Presentn un grn áre de contcto entre ls fses. Pueden trtr cudles elevdos de ls fses ofreciendo un pérdid de crg bj. u construcción es reltivmente sencill en comprción con ls columns de pltos Uno de los principles problems de ls columns de relleno está en l correct distribución de ls fses. Un ml distribución puede provocr hst un pérdid del 50% de l eficci de l column Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
3 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Tipos de relleno El relleno puede ser de dos tipos: estructurdo ordendo o bien letorio: Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
4 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Estructurdo: Tipos de relleno Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
5 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Tipos de relleno: letorio Un buen relleno ofrece un volumen de huecos entre el 65-95% del volumen totl En cd torre eiste un límite superior pr el cudl del gs por encim del cul l torre se inund. Normlmente, l velocidd óptim del gs suele ser l mitd de l que provoc l inundción de l torre Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
6 Operciones Básics de Trnsferenci de teri letorio: Tipos de relleno Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
7 Operciones Básics de Trnsferenci de teri letorio: Tipos de relleno Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
8 Operciones Básics de Trnsferenci de teri letorio: Tipos de relleno Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
9 Operciones Básics de Trnsferenci de teri letorio: Tipos de relleno Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
10 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Columns de pltos o columns de relleno? elección no es un cuestión fácil, ddo que tnto uns como otrs pueden diseñrse pr cumplir los requisitos de un problem ddo s columns de pltos: e suelen empler cundo el diámetro de l torre es superior m. crg de vpor o gses se h de mntener dentro de un rngo reltivmente pequeño. crg de líquido, sin embrgo, puede vrir bstnte Pueden operr con eficci con crgs de líquido mu bjs como por ejemplo ls que se tiene trbjndo vcío. in embrgo, l reltivmente elevd pérdid de crg que presentn es un inconveniente, especilmente cundo se requiere un número de etps elevdo pr llevr cbo un determind seprción. os pltos retienen un cntidd reltivmente lt de líquido, lo que compens ls fluctuciones que puedn hber en l limentción. in embrgo, est retención, que se trduce en elevdos tiempos de residenci, puede tener efectos negtivos si l tempertur de trbjo es lt eisten sustncis termosensibles. Pltos con válvuls permiten l retención del líquido durnte breves cortes en el funcionmiento del equipo. De est form se puede renudr l operción con más rpide. os pltos pueden disponer de cmbidores de clor pr portr o eliminr rápidmente clor si fuer necesrio. on reltivmente insensibles impures en el líquido. Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
11 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Columns de pltos o columns de relleno? s columns de relleno: e emplen, csi eclusivmente, cundo el diámetro de l torre es menor de 0.7 m. in embrgo, el desrrollo de rellenos estructurdos permite el uso de columns de mor diámetro. on mu fleibles respecto l crg de vpor o de gs pero requieren un crg mínim de líquido, lo que suele provocr que se eclun en operciones de vcío. Un grn ventj respecto columns de pltos es l bj pérdid de crg que presentn. El riesgo de descomposición de sustncis termosensibles cundo se trbj temperturs elevds es menor que en ls columns de pltos ddo que el volumen de líquido retenido es mu pequeño. No son decuds pr el trtmiento de líquidos que contengn prtículs contminntes o que tiendn cristlir. on poco sensibles los problems de formción de espums. os rellenos cerámicos dispuestos de form letori son resistentes l corrosión johnn stichlmir, Universität Gesmthochschule Essen, Essen, Federl Republic of Germn Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
12 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Prof. Isidoro Grcí Grcí Diseño de torres de relleno Blnce globl de mteri pr el componente : Blnce de mteri del componente pr un sección de l torre ÍNE DE OPERCIÓN: Tem 6.- bsorción en columns de relleno
13 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Prof. Isidoro Grcí Grcí Diseño de torres de relleno Pr un sistem diluido: líne de operción es prácticmente un rect de pendiente / : Tem 6.- bsorción en columns de relleno
14 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Diseño de torres de relleno Normlmente, en un proceso de bsorción, el cudl de gs de entrd ls concentrciones vienen estblecidos. Ddo que se suele estblecer como un objetivo de diseño, l únic vrible que nos qued, como grdo de libertd, es o. in embrgo, el vlor de viene limitdo por un vlor mínimo: Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
15 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Diseño de torres de relleno De igul form, en un proceso de desorción, el cudl de líquido de entrd ls concentrciones e vienen estblecidos. Ddo que se suele estblecer como un objetivo de diseño, l únic vrible que nos qued, como grdo de libertd, es o. in embrgo, el vlor de viene limitdo por un vlor mínimo: Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
16 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Coeficientes de trnsferenci de mteri de películ globles en torres de relleno Debido l dificultd de medir el áre de contcto entre ls fses sí como los coeficientes de trnsferenci de mteri en l películ o los mismos globles, en ls torres de relleno se suele empler los denomindos COEFICIENTE OUÉTRICO DE TRNFERENCI DE TERI. Estos combinn en un único término l coeficiente de trnsferenci de mteri l áre de interfse. i se define el áre de interfse como los m de contcto entre ls fses por m 3 de lecho, el áre de contcto eistente en un elemento de lecho de ltur d de sección trnsversl d, será: d d os coeficientes volumétricos de trnsferenci de mteri se definen de l siguiente form: k K mol kg ; 3 s m lecho frcción molr mol kg ; 3 s m lecho frcción molr mol kg k 3 s m lecho frcción molr mol kg K 3 s m lecho frcción molr Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
17 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Diseño de torres de relleno En un operción de bsorción de un componente en otro que no se trnsfiere, un blnce de mteri pr un elemento de volumen de l torre de ltur d serí: d d mol kg totles de gs s mol kg d d mol kg totles de líquido ; s de trnsferidos en d s Por otro ldo, sbemos que: N siendo k N d multiplic ndo un por otr k N d i k i d i k mol kg de trnsferid os en d s i d d d Igulndo: Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
18 Operciones Básics de Trnsferenci de teri d ddo d de d 0 si d se que mner k : d hubier similr k k utilido d Diseño de torres de relleno i coeficient i es d i globles d d d d ; d K K 0 0 En un cso generl en el que ls línes de equilibrio operción son curvs los coeficientes volumétricos pueden vrir con, ls ecuciones nteriores tienen que ser integrds de modo gráfico d d k d d d d k d i d : ; ; : 0 k i d d d i Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
19 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Prof. Isidoro Grcí Grcí Diseño de torres de relleno pr sistems diluidos in embrgo, pr el cso de sistems diluidos se pueden plicr métodos simplificdos pr l resolución de ls ecuciones nteriores o ecuciones de diseño Un porcentje importnte de los procesos de bsorción responden est situción ; ; ; ; i i i i d K d K d K d K d k d k d k d k Tem 6.- bsorción en columns de relleno
20 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Diseño de torres de relleno pr sistems diluidos En sistems diluidos l líne de operción es prácticmente rect. i demás suponemos que l líne de equilibrio es tmbién proimdmente rect en el rngo de concentrciones de trbjo en el problem, se cumple que: d d I lncte cte cte cte cte 3 i i cte 4 i i3 i4 cte líne de operción líne de equilibrio I Por i i i cte cte I I cte otro ln ldo ln cte i : i i i i ln i cte i i i i ln cte cte ; i ; ln i trs i i i sustituir i i cte i en I : cte Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
21 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Prof. Isidoro Grcí Grcí Diseño de torres de relleno pr sistems diluidos s ecuciones de diseño quedrín: i i i i K d K K d K k d k k d k ln ; ln ln ; ln i i i i i i i i i i Tem 6.- bsorción en columns de relleno
22 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Diseño de torres de relleno pr sistems diluidos: etps seguir pr el cálculo de l torre º.- e represent l líne de operción se determinn los vlores s medi ritmétic de entre l entrd slid º.- e determinn ls concentrciones de interfse en l entrd slid de l torre. Pr ello se emple: k k / / k k / / 3º.- i utilimos coeficientes globles, h que determinr:,,, 4º.- e clcul - i si se v utilir l ecución que emple k, o bien - cundo se utili l ecución que emple K, etc. 5º.- Por último, se puede clculr l ltur de l torre Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
23 Operciones Básics de Trnsferenci de teri Diseño de torres de relleno usndo el concepto de Uniddes de Trnsferenci k d i k d i H G N G k d i k i d H N K K d d K K d d H H O OG N N O OG os términos H se denominn TUR DE UN UNIDD DE TRNFERENCI. Tienen dimensiones de longitud. El cmbio que pued hber de cudl o lo lrgo de l column se puede compensr con l vrición que tengn los coeficientes que son dependientes del cudl. De este modo, los vlores H son más constntes que los propios coeficientes. os términos N se denominn NÚERO DE UNIDDE DE TRNFERENCI. on dimensionles. Pr sistems diluidos hemos visto como se pueden simplificr dichs integrles Tem 6.- bsorción en columns de relleno Prof. Isidoro Grcí Grcí
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