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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS
Tema del ensayo: DISEÑO DE TORRES DE ABSORCIÓN
Titular: ING. QUÍMICO SERGIO LLANES CASTELLANOS
Equipo:
BUTRÓN SANTIAGO ELIEL
GONZALEZ MENDEZ JONATHAN STEVEN
MARTINEZ ALOR LUIS IGNACIO
ING. BIOQUÍMICA
7 “B”
INTRODUCCIÓN
La absorción es una operación unitaria de transferencia de materia
entre fases, utilizada para la separación de uno o más componentes de una
mezcla de gases por absorción de los mismos en un líquido adecuado. Esta
operación, basada en la transferencia de materia en una interfase, está
controlada en gran parte por las velocidades de difusión. La absorción,
generalmente, se realiza en columnas de platos o de relleno. En el
primer caso, la transferencia de materia se realiza en cada plato,
llegándose al equilibrio siempre y cuando se suponga que la e f i cac ia
de l p la to sea to ta l . Para las co lumnas de re l leno , la
t rans fe renc ia de mate r ia se rea l i za a lo la rgo de toda la
co lumna, de fo rma con t inua . E l modo más frecuente de operar es
haciendo circular las corrientes de gas y líquido en contracorriente, ya que
así se obtiene un mayor gradiente de concentración, lo que facilita que la
absorción se mas rápida. A veces la absorción puede llevarse a cabo en
columnas de pulverización, de borboteo, de paredes mojadas, aunque también se
utilizan tanques de agitados y otros tipos de equipos. La columna empacada es un
dispositivo que consiste en un envolvente en forma de cilindro que tiene en su
interior un plato de soporte para el material de empaque, un dispositivo de
distribución de líquido, con un diseño tal que proporcione una irrigación eficaz al
empaque. Es posible implementar otros dispositivos para lograr una redistribución
del liquido que se puede encauzar hacia debajo de la pared. El diseño de una
columna de empacada involucra muchas etapas como por ejemplo seleccionar el
tipo y tamaño de empaque, determinar la altura de la columna para la separación
especificada, determinar el diámetro de la columna para manipular los flujos de
liquido y vapor, seleccionar y diseñar los dispositivos internos de la columna:
soportes de empaque, distribuidos de liquido. Los empaques para maximizar su
eficiencia tienen que maximizar el área específica, proporcionar distribución
uniforme de líquido y vapor a lo largo del lecho empacado.
DESARROLLO
Las columnas empacadas son usadas para destilación, absorción de gases, y
extracción liquido-liquido. El contacto liquido – gas en una columna empacada es
continua, no por etapas, como en una columna de platos. El flujo de liquido cae
hacia abajo en la columna sobre el área de empaque y el gas o vapor, asciende
en contracorriente, en la columna. En algunas columnas de absorción de gases se
usa corrientes en flujo co-corriente.
Para poder distinguir los tipos de columnas empacadas es necesario saber su
clasificación y estas se clasifican según el empaque:
Columnas Empacadas con Empaque al Azar o Aleatorios
Columnas Empacadas con Empaque Regulares
Los empaques al azar son aquellos que simplemente se arrojan en la torre durante
la instalación y que se dejan caer en forma aleatoria. Estos empaques
actualmente son fabricados y ya no se utilizan materia como piedras rotas, grava o
coque; aunque estos materiales resultan baratos, no son adecuados debido a la
pequeña superficie y malas características con respecto al flujo de fluidos.
Los más comunes son:
a) Montura berl
b) Montura intalox
c) Anillo raschig
d) Anillo pall
Los anillos raschig son cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100 mm o más.
Pueden fabricarse de porcelana industrial, que es útil para poner en contacto a la
mayoría de los líquidos, con excepción de álcalis y ácido fluorhídrico; de carbón
que es útil, excepto en atmósferas altamente oxidantes; de metales o de plásticos.
Mientras que los anillos raschig son cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100
mm o más. Pueden fabricarse de porcelana industrial, que es útil para poner en
contacto a la mayoría de los líquidos, con excepción de álcalis y ácido fluorhídrico;
de carbón que es útil, excepto en atmósferas altamente oxidantes; de metales o
de plásticos. Los empaques que conforman un tipo de silla de montar son
llamados montura de berl e intalox y sus variaciones se pueden conseguir en
tamaños de 6 a 75 mm; se fabrican de porcelanas químicas o plásticos.
El anillo Pall, es un cilindro con paredes ranuradas y lenguas o costillas internas,
siendo el diámetro y la altura del anillo iguales. Los anillos son fabricados en
Polipropileno (PP) y una gran variedad de metales, Los anillos Pall tienen la forma
aproximada de los anillos Raschig, excepto que las paredes han sido abiertas y se
han adicionado superficies interiores y deflectores.
EMPAQUES REGULARES
Hay gran variedad de estos empaques. Los platos de contracorriente, que ya se
consideraron, son una forma de empaque regular. Los empaques regulares
ofrecen las ventajas de una menor caída de presión para el gas y un flujo mayor,
generalmente a expensas de una instalación más costosa que la necesaria para
los empaques aleatorios. Los anillos hacinados de Raschig son económicos solo
en tamaños muy grandes. Hay varias modificaciones de los empaques metálicos
expandidos. Las rejillas o “vallas” de madera no son caras y se utilizan con
frecuencia cuando se requieren volúmenes vacíos grandes; como en los gases
que llevan consigo el alquitrán de los hornos de coque, o los líquidos que tienen
partículas sólidas en suspensión.
MEZCLAS BINARIAS
Estas mezclas se encuentran presentes dentro de las columnas empacadas y
para su mayor entendimiento es importante son una mezcla de dos constituyentes
A y B que presenta una sola fase y que mantiene la misma composición
fisicoquímica a nivel macroscópico, en todo el espacio que ocupa.
La composición fisicoquímica de la mezcla se establece mediante las
concentraciones de A y B.
ALTURA DEL EMPAQUE.
Con el fin de determinar la pérdida de carga de una columna, o si el relleno es
aleatorio o estructurado, se encontró que ésta depende en gran medida del factor
de empaquetamiento, FP, con lo que Kister y Gill propusieron la siguiente
ecuación:
Una correlación que se emplea para obtener la pérdida de carga del gas seco fue
desarrollada por Billet y Schultes a partir de un gran número de estudios
experimentales usando diferentes tipos de materiales de relleno e incluyendo los
rellenos estructurados.
KW se denomina factor de pared: Diámetro efectivo del relleno
Coeficiente de resistencia del relleno seco
Donde NRe es el número de Reynolds modificado para el gas y CP es una
constante del relleno que se encuentra tabulada para distintos rellenos.
Cuando se comienza a introducir el líquido en la columna se produce un aumento
de la pérdida de carga.
DIAMETRO DE LA COLUMNA
Para la estimación del diámetro, se deben tener en cuenta factores como: la carga
del líquido, la inundación y la caída de presión. La carga de líquido específica
depende de las características del relleno y de la viscosidad, la densidad y la
velocidad superficial del líquido, según la expresión a dimensional:
Donde:
Número de Froude para el
líquido.
Número de Reynolds para el
líquido.
Relación entre el área
hidráulica específica, ah, y el
área superficial específica del
relleno, a.
Los parámetros a y Ch dependen del tipo y el tamaño del relleno.
El diámetro de la columna se debe determinar de forma que se evite la
inundación y que ésta opere en la zona estable con una pérdida de carga que no
supere los 0,054 psi/ft de relleno (1,22 Pa/m). Además el diámetro nominal de
las piezas empleadas como relleno aleatorio no debe ser mayor de 1/8 del
diámetro de la columna.
El diámetro de la torre resulta:
CONCLUSIÓN
La absorción de gases es una operación unitaria de transferencia de materia en la
cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido a fin de disolver, de
manera selectiva, uno o más componentes del gas y obtener una solución de
éstos en el líquido. El gas que queda libre de los componentes se denomina gas
limpio o gas agotado. La absorción es una operación unitaria que tiene una gran
importancia dentro de los procesos químicos. El diseño de una torre de absorción
es un proceso de gran prioridad ya que es nuestra base para el proceso de
absorción. Para el diseño de una columna de relleno debemos tener en cuenta
que se debe conseguir el máximo de transferencia del contaminante con el mínimo
consumo de energía y tamaño de la columna es decir, con el mínimo coste. Dentro
de la torre de absorción podemos resaltar los cálculos que se realizan en la
misma, el cálculo principal en el diseño de la columna es la altura de relleno
necesaria para conseguir la transferencia deseada de contaminante al líquido, en
función del equilibrio que tenga entre gas y líquido. Existen otros parámetros
importantes, como son el diámetro de la columna, los caudales de gas residual y
líquido, si es de platos o de relleno si es de relleno es importante elegir
correctamente el tipo de relleno. Las columnas empacadas son usadas para
destilación, absorción de gases, y extracción liquido-liquido. El contacto liquido gas
en una columna empacada es continua, no por etapas, como en una columna de
platos, cabe resaltar que existen dos tipos de columnas empacadas que son:
Columna empacada con empaque al azar o aleatorios y Columnas empacadas
con empaque regulares. Las mezclas binarias son una mezcla de dos
constituyentes A y B que presenta una sola fase y que mantiene la misma
composición fisicoquímica a nivel macroscópico, en todo el espacio que ocupa.
Dentro de las características de los empaques podemos mencionar que son
químicamente inertes frente los fluidos de la torre, resistentes mecánicamente sin
tener peso y proporcionan un buen contacto entre el líquido y el gas. Sin duda
alguna la absorción o lavado de gases es un proceso de gran importancia ya que
podemos separar componentes de una mezcla.