TEMA 2. DESTILACIÓN Y RECTIFICACIÓN

Transcripción

1 TEMA 2. DESTILACIÓN Y RECTIFICACIÓN

2 Contendo 2.1. Introduccón 2.2. Destlacón súbta o flash 2.3. Rectfcacón 2.4. Dseño de columnas de psos

3 2.1. Introduccón Destlacón: separacón de una mezcla líquda de componentes mscbles entre sí en varos o cada uno de esos componentes ndvduales, medante vaporzacón parcal. Basada en el uso de un Agente Energétco de Separacón (AES) Transferenca de matera entre fases L- generadas La fase vapor generada se enrquece en los componentes más volátles Tras el contacto entre las fases L y, ambas se separan medante gravedad Modaldades o En funcón del tpo de contacto entre fases Contnuo: torres de relleno Intermtente: columnas de psos o platos o En funcón del número de etapas de contacto o En funcón del modo de operacón Una etapa: Destlacón súbta o flash Múltples etapas de contacto: Rectfcacón Contnuo Dscontnuo o por cargas

4 2.1. Introduccón EQUILIBRIO L- arables controlantes: temperatura, presón, concentracones Tpos de equlbro exstentes: a) Térmco T L = T b) Mecánco P L = P c) Químco L = y A A y B P vapor P lq T vapor T lq y A + y B =1 B x A x B x A + x B =1 Regla de las fases de Gbbs: F = C Sendo F : nª varables ntensvas ndependentes (grados de lbertad) C : nº total componentes del sstema : nº total de fases del sstema

5 2.1. Introduccón EQUILIBRIO L-. Curvas de equlbro y T T Rocío vs y x T Burb vs x y Azeótropo x, y x

6 2.1. Introduccón EQUILIBRIO L-. Curvas de equlbro H, h H S vs y H LS vs x x, y

7 2.1. Introduccón EQUILIBRIO L-. Curvas de equlbro T 1º Balance de componente: F z A L x B y C [1] T cámara B A C T Rocío vs y e 2º Balance Global: F L [2] x B z A y C x, y T Burb vs x e 3º Dvdendo [1] entre : F z A L x B y C [3] 4º Susttuyendo [2] en [3] : L z A z A L x B y C L y z C A z x A B AC BA [4]

8 2.1. Introduccón EQUILIBRIO L- Constantes de equlbro (o de reparto) K y x [5] Estmacón de K Correlacones gráfcas (Ej.: Perry, R.) Correlacones analítcas: Formas rgurosas (basadas en ecuacones de estado) Coefcentes de fugacdad K L HC y mezclas de gases lgeros desde Tª crogénca hasta Tª crítca [6] Coefcentes de actvdad K L L Todas las mezclas desde Tª ambente hasta Tª crítca [7]

9 2.1. Introduccón EQUILIBRIO L- Constantes de equlbro (o de reparto) Estmacón de K Correlacones analítcas: Ley de Raoult Formas aproxmadas K P P S L,, L S L P S FP Coef. Fugacdad de en mezcla líquda y vapor, respectvamente, a T y P Coef. Fugacdad de puro líqudo y vapor, respectvamente, a T,P Coef. Fugacdad de puro a T, P sat Coef. Actvdad de en mezcla líquda, a T,P Presón de saturacón a T Factor de correccón de Poyntng Dsolucones deales a Tª próxma a la ambente [8] Ley de Raoult modfcada K L P P S Dsolucones líqudas no deales a Tª próxma a la ambente [9] Correccón de Poyntng K L S P P S FP Dsolucones líqudas a presón moderada y por debajo de Tª crítca [10] Ley de Henry K H P Bajas a moderadas presones a Tª supercrítca [11]

10 j j j j x y x y K K Mezclas bnaras A A A A B B A A B A AB y x x y x y x y K K 1 1 A AB A AB A x x y 1 1 Punto de Burbuja Nc Nc x K y ref ref K K, 1 1, Nc ref ref x K Nc ref ref x K 1, 1 EQUILIBRIO L Introduccón olatldad relatva [12] [13] [14]

11 2.1. Introduccón EQUILIBRIO L-. Punto de Burbuja Suponendo que K es ndependente de la composcón: Suponer T Tomar T para que K sea un factor de 1/K x Calcular P a T Calcular K NO Calcular K x K x = 1? S K x es próxmo a 1: SÍ Temperatura supuesta = T B S K = f(t,p, composcón) Henley y Seader y Nc K 1 K x x

12 2.1. Introduccón EQUILIBRIO L-. Punto de Rocío Nc 1 x Nc 1 y K 1 [15] Cálculo análogo a T B

13 Contendo 2.1. Introduccón 2.2. Destlacón súbta o flash 2.3. Rectfcacón 2.4. Dseño de columnas de psos

14 2.2. Destlacón súbta o flash apor, y, H Almento F, z, T L, P L Cambador Q H T F, álvula P F, Bomba H F DESTILACIÓN SÚBITA BINARIA Relacones de equlbro Componentes (equlbro químco): K Térmco: T Mecánco: cámara, Pcámara, x, y [5] x T T L y [16] P P [17] L Líqudo L, x, h L Balances de matera: Balance Global: F L [2] Componentes: F z Balances de energía: F L x L y [1] F h Q Lh H [20]

15 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA BINARIA nº varables nº correntes c composcones,t y P Q nt ercambado nº ecuacones c 1 c 2 2c 3 7 BM BE Equlbros comp,t, P arables de dseño (GL) arables conocdas habtuales (5): F, z F, T F, P F y P Cámara arables adconales (1): y, x, f = /F, q = L/F, T Cámara

16 Línea de operacón z L x L y 1 S se especfca la fraccón vaporzada (f) o la fraccón líquda (q) tras destlacón: f f L 1 q q L 1 La línea de operacón puede expresarse como: f z x f f y 1 z q x q q y Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA BINARIA A partr de los balances de matera: [21] [22] [23] [25] [24]

17 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA BINARIA y Solucón gráfca: pte L 1 f f q 1 q O.O Pte = -L/ A z O. O. F z 1 f z 1 z 1 q h, H x [20] Balance de energía: h F Q q hl (1 q) H F h L, x h F +Q/F, z H, y x, y

18 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA BINARIA Solucón gráfca: y q > 1 Líqudo subenfrado q = 1 q = 1 Líqudo saturado 0 <q < 1 apor húmedo q = 0 0<q < 1 q = 0 apor saturado q < 0 apor sobrecalentado z x

19 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA BINARIA Caso más complejo: arables conocdas: F, z F, T F, P F, P Cámara, Q A resolver: y, x,, L, T Cámara Procedmento teratvo Ejemplo: cálculo de T cámara 1º Calcular h F 2º Estmar T cámara 3º Calcular K 4º Calcular y, x 5º Con B.M. calcular L, NO 6º Con T cámara, x, y calcular h L, H FIN SÍ 7º Medante B.E. concde h F de 7º con h F de 1º?

20 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA MULTICOMPONENTE nº varables nº correntes c c 2 composcones,t y P Q nt ercambado 1 3c 7 nº ecuacones c 1 c 2 2c 3 7 BM BE Equlbros comp,t, P arables de dseño (GL) 3c 7-2c 3 c 4 arables conocdas habtuales (c+2): F, z, T F, P F arables adconales (2): P Cámara, T Cámara

21 y x L z F B.M. Componentes: K L z F x x K y [26] L F F K z x 1 1 F K z K y 1 1 [27,28] Cálculo de /F: Nc Nc F K z x Nc Nc F K z K y [29] 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA MULTICOMPONENTE Suponendo que K es ndependente de la composcón: [30]

22 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA MULTICOMPONENTE Rachford y Rce: Nc K z Nc K 1 1 K F z F 0 Nc 1 K 1 z 1 K 1 F 0 [31] Calcular /F con [31] Calcular x, y con [27,28] Calcular L y con B.M. Calcular Q con B.E.

23 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA MULTICOMPONENTE Caso más complejo: arables conocdas: F, z F, T F, P F, P Cámara, Q A resolver: y, x,, L, T Cámara Procedmento teratvo arables de teracón: /F y T cámara Caso a) mezclas con grandes dvergencas entre T B y T R (80-100ºC) Estmar T cámara Calcular K Estmar /F Calcular x, y, L,, H y h L Se cumple B.E.? SÍ NO FIN

24 2.2. Destlacón súbta o flash DESTILACIÓN SÚBITA MULTICOMPONENTE Caso B) mezclas con pequeñas dvergencas entre T B y T R Estmar /F Estmar T cámara Calcular K Se cumple Rachford-Rce? SÍ NO Calcular x, y, L,, H y h L NO Se cumple B.E.? SÍ FIN

25 2.2. Destlacón súbta o flash CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CÁMARA 1º. Cálculo de la velocdad del vapor máxma permsble (v max ) v ft s K cámara L max [32] K cámara exp A B Ln 2 3 F C LnF DLnF E LnF L L L L 4 [33] Sendo: F L L [34] L A = -1, C = -0, E = -0, B = -0, D= -0,

26 2.2. Destlacón súbta o flash CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA CÁMARA 2º. Cálculo del área transversal (A L ) A L v max MW 3600 [35] Sendo: MW= Peso molecular (lb) = Caudal vapor (lbmol/h) D 4 L [36] A 3º. Determnar D/L h h D tubería _ ent F D tubería _ ent Mínmo 48 Mínmo 18 F h h F h L acum_ líq 2 D 4 h L L L D h hf D h L [37] S L/D < 3 más volumen de lq. acumulado S L/D > 5 cámara horzontal

27 Contendo 2.1. Introduccón 2.2. Destlacón súbta o flash 2.3. Rectfcacón 2.4. Dseño de columnas de psos

28 2.3. Rectfcacón EQUIPOS PARA RECTIFICACIÓN

29 Sector de agotamento Sector de enrquecmento 2.3. Rectfcacón EQUIPOS PARA RECTIFICACIÓN

30 2.3. Rectfcacón EQUIPOS PARA RECTIFICACIÓN a. Psos con vertederos b. Psos sn vertederos L L L

31 2.3. Rectfcacón EQUIPOS PARA RECTIFICACIÓN a.1 Psos perforados

32 2.3. Rectfcacón EQUIPOS PARA RECTIFICACIÓN a.2 Psos de válvulas

33 2.3. Rectfcacón EQUIPOS PARA RECTIFICACIÓN a.3 Psos de campanas

34 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS I. arables de dseño D D Cc c c 2 Elementos ( D ) Elementos = varables de dseño de cada elemento o dspostvo Cc = correntes comunes c = varable de construccón [38] arables Composcones (c) Temperatura y presón (2) Calor ntercambado (1) Ecuacones Balances de matera por componentes (c-1) Balance de matera global (1) Balance de energía (1) Equlbro químco (c) Equlbro térmco (1) Equlbro mecánco (1) Dvsón de corrente (c+1)

35 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS I. arables de dseño Ejemplo 1: etapa de equlbro nº varables nºcorrentes nº ecuacones c c 2 composcones,t y P Q ntercambado c 1 c 2 2c 3 7 BM BE Equlbros comp,t, P 4c 9-2c 3 2c 6 D etapa Ejemplo 2: dvsor de corrente nº varables nº correntes c c 2 composcones,t y P Q nt ercambado 1 4c 9 1 3c 7 n, y n n-1, y n-1 L L n+1, x n+1 L n, x n L 1 nº ecuacones c 1 c 1 2c 2 BM BE x L1 x L2, T L1 T L2, P L1 P L 2 Q L 2 3c 7-2c 2 c 5 D dvsor

36 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS I. arables de dseño Condensador parcal + Sector de enrquecmento + etapa de almentacón + sector de agotamento + caldera D = C+7 = 9 arables fjas = 5 (F, z F, T F, P F, P D ) arables lbres = 4 (y D, x R, L D /D, a óptmo ) Condensador total + Sector de enrquecmento + etapa de almentacón + sector de agotamento + caldera D = C+8 = 10 arables fjas = 5 (F, z F, T F, P F, P D ) arables lbres = 5 (y D, x R, L D /D, a óptmo, T D )

37 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo Presón P columna = 0,35 atm P condensador = 0,35 atm Consderacones prevas P D = 10 atm; P R = 10,7 atm P D = 1 atm; P R = 1,7 atm P D = 0,1 atm; P R = 0,8 atm M+N L D D Condcón del almento Destlacón súbta? Calcular T Burb, T Rocío, q Condensador Condensador parcal: L D líqudo a T Burb ; D vapor a T Rocío R Condensador total: L D y D líqudos a T T Burb Razón de reflujo Interna: L D / M+N Externa: L D / D Balance económco: 1,2 (L D /D)mn < (L D /D)óptmo < 2 (L D /D) mn

38 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS M+N D Suponen flujo molar de cada fase constante en cada sector L D Resolucón a través de balances de matera y relacones de equlbro A áldo s: Calores latentes de los dos componentes son guales Calores de mezcla, pérddas de calor y varacones de calor sensble del L y desprecables R Por cada mol de vapor que condensa, se evapora un mol de líqudo Resolucón empleando caudales y fraccones molares

39 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. A) Analítcos. Método de Lews Datos de partda: arables fjas = A, z A, T A, P A, P D arables lbres = z D, x R, L D /D, a óptmo Equlbro K = f(t)

40 Sector Enrquecmento 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo M+N Condensador D, z D SIMPLIFICADOS. A) Analítcos. Método de Lews L D n L n Etapa n+1 Etapa n Etapa n-1 A, z A Caldera R, x R

41 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. A) Analítcos. Método de Lews M+N Condensador D, z D L D A, z A Caldera R, x R

42 Sector Agotamento 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo M+N Condensador D, z D SIMPLIFICADOS. A) Analítcos. Método de Lews L D A, z A Etapa m m L m Etapa m-1 Etapa m-2 Caldera R, x R

43 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele Datos de partda: arables fjas = A, z A, T A, P A, P D arables lbres = z D, x R, L D /D, a óptmo Curva de Equlbro Recta operatva Sector Enrquecmento Ln D xd yn xn1 [39] n Recta de Almentacón q za yn xn 1 [40] q 1 q 1 Recta operatva Sector Agotamento Lm R xr ym xm1 [41] m n m

44 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele Condcón térmca del almento

45 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele Poscón óptma del pso de almentacón

46 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele Condcones de operacón límte Número mínmo de psos LD D D 0 L D MN L D MN 1

47 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele Condcones de operacón límte Razón de reflujo mínmo

48 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele PAPEL LOGARÍTMICO: Se utlza cuando las purezas de los componentes son extremos (XD ó XR 99,9%). Las rectas operatvas se transforman en curvas por lo que necestaremos varos puntos para su representacón. Los escalones serán rectos.

49 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele PAPEL PROBABILÍSTICO: Permte representar smultáneamente concentracones altas y bajas.

50 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele Correntes laterales, almentacones múltples

51 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo SIMPLIFICADOS. B) Gráfcos. Método de McCabe-Thele apor drecto como agente de calefaccón M+N D L D A Etapa m+1 L m+1 m Etapa m C R y m L m m x m1 R xr C y m C

52 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo RIGUROSOS. A) Analítco. Método de Sorel Datos de partda: arables fjas = A, z A, T A, P A, P D arables lbres = z D, x R, L D /D, a óptmo Datos de equlbro a dstntas presones Datos entálpcos

53 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo RIGUROSOS. A) Analítco. Método de Sorel

54 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo RIGUROSOS. A) Analítco. Método de Sorel

55 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo RIGUROSOS. B) Gráfco. Método de Ponchon-Savart D = caudal neto de energía en sector superor R = caudal neto de energía en seccón nferor Recta D R : recta polar LD D M H D H M h M N N D DB BC [42]

56 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo RIGUROSOS. B) Gráfco. Método de Ponchon-Savart

57 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo RIGUROSOS. B) Gráfco. Método de Ponchon-Savart Condcones de operacón límte Número mínmo de psos L D D M D

58 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo RIGUROSOS. B) Gráfco. Método de Ponchon-Savart Condcones de operacón límte Razón de reflujo mínma [42] LD D mn M H D H mn M N h M N D D mn BC B

59 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS II. Métodos de cálculo RIGUROSOS. B) Gráfco. Método de Ponchon-Savart Extraccones laterales o almentacones múltples Nº polos = Nº seccones de columna Nº rectas polares = Nº seccones de columna 1 Polos de seccones consecutvas están alneados a través de la corrente lateral que los separa M+N D apor drecto como agente de calefaccón L D T = R-C = L m+1 m = A-D [43] A T z T = R x Etapa m+1 R [44] L m+1 m C = T H T = R h R - C H C [45] Etapa m C R

60 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I. Métodos de cálculo A) APROXIMADOS. Basados en: A.1) Condcones límte de operacón Fenske: Reflujo Total. Estmacón del número mínmo de etapas de contacto de equlbro Underwood: Relacón de reflujo mínma. Estmacón de la relacón de reflujo mínma Gllland: Estmacón del número de etapas de contacto de equlbro Krkbrde: Estmacón de la localzacón de la etapa de almentacón Operacones de separacón por etapas de equlbro en Ingenería Químca. E.J. Henley y J.D. Seader. A.2) Factores de absorcón-desorcón efectvos: Método de Edmster Operacones de separacón por etapas de equlbro en Ingenería Químca. E.J. Henley y J.D. Seader.

61 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I. Métodos de cálculo B) SIMPLIFICADOS. Basados en: Resolucón del sstema de ecuacones formado por los balances de matera, las relacones de equlbro y las relacones de dentdad, asumendo caudales constantes en cada sector de la columna solamente alterados por una entrada/salda de matera o energía C) RIGUROSOS. Basados en: Al sstema de ecuacones anteror se añaden los balances entálpcos en cada etapa de contacto, lo que permte estmar la varacón de los caudales de vapor y líqudo entre etapas dentro de cada sector. Basados en el cálculo etapa por etapa: Lews-Matheson, Thele-Geddes Basados en el cálculo por componentes: Amundson-Pontnen, Bubble-Pont (BP), Sum-Rates (SR), Newton-Raphson.

62 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I. Métodos de cálculo. APROXIMADOS MÉTODO DE FENSKE: Reflujo total con etapas de contacto en equlbro N mn x CL x CP Ln D Ln x x m CL, CP CL CP R [46] CL, CP CL CP D R m CL, CP, Dstrbucón de los componentes no clave [48] N mn d CL d CP Ln D Ln d d m CL, CP CL CP R [47] a d r d d r r r r, r N mn r d 1 r r r a [49], r N mn

63 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I. Métodos de cálculo. APROXIMADOS MÉTODO DE UNDERWOOD: Condcones de reflujo mínmo En mezclas bnaras la localzacón de la etapa más restrctva para defnr una posble zona pnch es la almentacón. En el caso de mezclas bnaras con comportamento no deal esa etapa puede estar en el sector de enrquecmento o en el sector de agotamento En el caso de mezclas multcomponentes, s hay especes que no se dstrbuyen en ambos sectores puede haber zonas pnch tanto en el sector de enrquecmento como en el de agotamento: Compuestos no-clave pesados que no se dstrbuyen: pnch en el sector de enrquecmento Compuestos no-clave lgeros que no se dstrbuyen: pnch en el sector de agotamento

64 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I. Métodos de cálculo. APROXIMADOS MÉTODO DE UNDERWOOD: Condcones de reflujo mínmo 1º. Determnar θ: 2º. Determnar (L D /D) mn : c, r 1, r F z 1 q c D, r x LD [50] 1 mn [51] D 1, r Cuando no exsten componentes nterclave: CP, CP CL, CP

65 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I. Métodos de cálculo. APROXIMADOS MÉTODO DE GIILLILAND: Cálculo del número de etapas de contacto de equlbro teórcas 1 54,4 X X 1 Y 1 exp 0, 5 [52] 11117,2 X X N N mn Y [53] N 1 X LD LD D D LD 1 D mn [54]

66 2.3. Rectfcacón RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS MULTICOMPONENTES I. Métodos de cálculo. APROXIMADOS MÉTODO DE ERBAR-MADDOX: Cálculo del número de etapas de equlbro teórcas

67 Contendo 2.1. Introduccón 2.2. Destlacón súbta o flash 2.3. Rectfcacón 2.4. Dseño de columnas de psos

68 2.4. Dseño de columnas de psos PARÁMETROS DE DISEÑO a) Capacdad de la columna b) Caída de presón c) Costes d) Facldad de operacón Formacón de espumas Anegamento Mala dstrbucón del líqudo Goteo e) Efcaca de la columna

69 2.4. Dseño de columnas de psos PARÁMETROS DE DISEÑO Límtes de operacón estable de psos

70 2.4. Dseño de columnas de psos CAPACIDAD Y DIÁMETRO DE LA COLUMNA 0 r f g F F F F g d F P f 6 3 F f F r F g g d F P L g 6 3 g P R r d C F ,5 L g C SB 0,5 3 4 R P SB C g d C C SB : Parámetro de capacdad de Souders y Brown [55] [56]

71 2.4. Dseño de columnas de psos CAPACIDAD Y DIÁMETRO DE LA COLUMNA Límtes de anegamento para psos de campanas de burbujeo y psos perforados

72 2.4. Dseño de columnas de psos CAPACIDAD Y DIÁMETRO DE LA COLUMNA C Correlacón de Far SB C F TS F E F dnas F TS = Factor de tensón superfcal F TS A 20 cm 0,2 [57] F E = Factor de espuma F E = 1 (sstemas no espumantes) F E > 0,75 (sstemas espumantes, absorbedores) F A = relacón entre orfcos de paso del vapor y área actva de plato A FA 1 para 0, 1 A 5 A A FA 0,5 A para 0,1 0, 06 a A a a

73 2.4. Dseño de columnas de psos CAPACIDAD Y DIÁMETRO DE LA COLUMNA CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA COLUMNA 1. Localzar el pso con caudales de L y máxmos (Lp y p). 2. Suponer un espacado entre psos : Hv ~ n 3. Estmar la densdades de líqudo y vapor (ρ L y ρ ). 4. Calcular la velocdad límte de arrastre (g) 5. Estmar una velocdad para calcular el dámetro de la columna ( ): Sstemas espumantes: = % g Sstemas no espumantes: = % g 6. Determnar el área neta de flujo del vapor: Aa = Q / 7. Selecconar el tpo de pso en funcón del caudal de líqudo en m 3 /h (Tabla 12.1) 8. Selecconar un valor del área de vertedero como porcentaje del área de la columna, correspondente al dámetro de la columna selecconado (Tabla 12.2).

74 2.4. Dseño de columnas de psos CAPACIDAD Y DIÁMETRO DE LA COLUMNA CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA COLUMNA 9. Calcular el área de la columna: A Col Aa (% A ) Col A Col A a A vert A dl A [58] [59] no_ útl 10. Calcular el dámetro de la columna: 4 D Col A Col 1 2 [60] 11. Comprobar que el espacado entre psos está dentro de los límtes recomendados para el dámetro de la columna calculado: D Col = 0,78-1,5 m H = 18 n (0,4572 m) D Col = 1,5-7,5 m H = 24 n (0,6096 m) Flujo cruzado: Q L 0,015 m 3 /s por metro de dámetro Resto: Q L 0,032 m 3 /s por metro de longtud de presa

75 2.4. Dseño de columnas de psos CAPACIDAD Y DIÁMETRO DE LA COLUMNA CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA COLUMNA Tabla 9.1: Seleccón de tpo de pso en funcón del caudal de líqudo (m 3 /h)

76 2.4. Dseño de columnas de psos CAPACIDAD Y DIÁMETRO DE LA COLUMNA CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA COLUMNA Tabla 9.2: Dstrbucón aproxmada de áreas como porcentaje del área de la columna

77 2.4. Dseño de columnas de psos CÁLCULO DE LA ALTURA DE LA COLUMNA H H H mn N Hmn 3 H [61] [62] EFICACIA DE LA COLUMNA arables que nfluyen sobre la efcaca de pso Sstema gas-líqudo Tpo de pso Dámetro del pso Altura del líqudo en el pso Espacado entre psos scosdad del líqudo Tensón superfcal del líqudo olatldad relatva de los componentes clave etc. - FLUJO DE TRANFERENCIA DE MATERIA A TRAÉS DEL GAS - FLUJO DE TRANSFERENCIA DE MATERIA A TRAÉS DEL LÍQUIDO - GRADO DE MEZCLA DEL LÍQUIDO - ARRASTRE DE LÍQUIDO POR EL GAS

78 2.4. Dseño de columnas de psos EFICACIA DE LA COLUMNA Efcaca global E T N N teórco real [63] Efcacas ndvduales de Murphree Composcón unforme de L y en pso y n X n+1 E MG y y n ne y y n1 n1 E ML x x n1 n1 x x n ne [64] X n Efcacas puntuales Composcón no unforme de L y en pso Y n-1 E GT y y e y y n1 n1 E LT x x n1 n1 x x e [65]

79 2.4. Dseño de columnas de psos EFICACIA DE LA COLUMNA. Efcaca Global Correlacón de Drckamer-Bradford

80 2.4. Dseño de columnas de psos EFICACIA DE LA COLUMNA. Efcaca Global Correlacón de O Connell

81 2.4. Dseño de columnas de psos EFICACIA DE LA COLUMNA. Efcaca Global MÉTODO A.I.Ch.E. PARA EL CÁLCULO DE LA EFICACIA DE PISO