P-2 Evaluación de Columnas

8/16/2019 P-2 Evaluación de Columnas

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“UNIVERSIDAD NACIONAL DE

SAN CRISTOBAL DE

HUAMANGA”

FACULTAD DE ING. QUÍMICA Y METALURGIA

ESCUELA DE FORMACION PROFESIONALINGENIERIA AGROINDUSTRIAL

PRÁCTICA N° 02

“EVALUACIÓN DE COLUMNAS”

ALUMNOS : PALOMINO CURI, R!"#$: CANALES FLORES, R%&'

CURSO : OPERACIONES UNITARIAS III ( AI)**2)

DÍA DE PRÁCTICA : M%+- 2)/ 1

PROFESOR DE TEORIA : Ing. ALFREDO ARIAS JARA

PROFESORA DE PRACTICA : Ing. ALFREDO ARIAS JARA.

AYACUCHO – PERÚ2010


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EVALUACION DE COLUMNAS

I. O3ETIVOS:

Estudiar la respuesta de la columna a los caudales de aire y agua (sistema

bifásico). Circulando al interior de la columna en contracorriente.

Evaluar la caída de presin de relleno frente a las variaciones de flu!o de aire y

agua

"eterminar los parámetros de flu!o y locali#ar los puntos de carga e inundacin

de la columna.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

$as columnas constituyen uno de los principales dispositivos de los

e%uipos de separacin con transferencia de masa& ampliamente utili#ados en

operaciones como absorcin de gases& 'umidificadores& destiladores& etractores

de lí%uidos& intercambiadores inicos& ablandadores de agua& absolvedores& etc.

or lo tanto re%uieren una verdadera comprensin sobre su estructura& principio

operativo y funcionamiento.

$as columnas son dispositivos cilíndricos& instalados verticalmente& en

cuyo interior se dispone rellenos platos o arreglos& seg*n dise+o& con el

propsito de incrementar el área interfacial del contacto del sistema bifásico %ue

circula al interior de ella& normalmente en contracorriente para el caso de la

práctica & se utili#a una columna de ,C& con material de relleno& circulando aire

y agua en contracorriente a trav-s de la misma& con el propsito de evaluar el

aspecto operativo del mismo a trav-s de la caída de presin provocada en la

columna.


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Destilado (D)Reflujo (Lo)

Alimentación (F)

Residuo (W)

Acumulador de ReflujoCondensador

Rehervidor

V L

Zon

a deenriquecimientoorectifcación

Zonadeempobrecimi

entoodespojamiento

$as columnas son las principales dispositivos de los e%uipos de

separacin de transferencia de masa& %ue ampliamente son utili#ados en la

absorcin de gases& donde con un gas inerte& en un li%uido en el %ue el gas

soluto es más o menos soluble en la operacin de destilacin %ue se separa

mediante la vapori#acin& 'umidificadores& intercambiadores inicos&

ablandadores de agua& etracciones& etc. toda esta operacin re%uiere conocer

bien todo el principio operativo y sus funcionamientos.

$as columnas son dispositivos cilíndricos instalados verticalmente& en

cuyo interior se disponen rellenos& platos o arreglos& seg*n dise+o& con el

propsito de incrementar el área interfacial del contacto del sistema bifásico %ue

circula al interior de ella& normalmente en contracorriente. ara el caso de la

práctica se utili#a la columna de ,C& con material de relleno& circulando aire y

agua en contracorriente a trav-s de la misma con el propsito de evaluar el

aspecto operativo del mismo a trav-s de la caída de presin provocada en la

columna.

DISE4O DE COLUMNA DE PLATOS


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AnilloPall

SuperIntalox

D

F

W

Región dedesen

ganche

Región dedesenganche

Distriuidor deva!or

"latoso!or te

Distriuidordelalimentol#$uido

"latocontenedor

"latocontene

dor

"lato

so!or te

ara obtener los platos reales es preciso aplicar una correccin teniendo

en cuenta la eficiencia de los platos& antes de %ue dise+o este completo es preciso

tomar algunas decisiones importantes& como fi!ar el numero de platos un error en

estas decisiones da lugar a un mal fraccionamiento& menor capacidad de lo

deseado& ba!a fleibilidad de operacin& grandes errores& una columna %ue no

puede operar. $a eficiencia de los platos dependen del dise+o de los platos

individuales& se considera en primer lugar los fundamentos del dise+o de platos.

TIPOS DE PLATOS

/) PLATO PERFORADO.0 1e utili#a en la absorcin de gas y en la

destilacin& se utili#a esencialmente el mismo tipo de plato perforado. En

este el vapor burbu!ea 'acia arriba por los 'oyos sencillos del plato y a

trav-s del cual el li%uido fluye

2) PLATO DE VALVULAS.0 3na modificacin del plato perforado es el

plato de válvula %ue consiste en aberturas en el plato y una cubierta de

válvulas con movimiento vertical para cada abertura %ue proporciona una

área abierta y variable& esta debe su variabilidad al flu!o de vapor %ue

in'ibe la fuga del li%uido por la abertura a ba!as tasas de vapor.

4) PLATOS CAPUC5ONES.0 En el plato de capuc'ones el vapor o gas se

eleva a trav-s de las aberturas del plato 'acia el interior de los

capuc'ones. "espu-s el gas fluye por las ranuras de la periferia de cada

tapa y las burbu!as fluyen 'acia arriba por el lí%uido %ue fluye.


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ANILLOS. Es el empa%ue %ue proporciona una intensa área de contacto íntimo

entre el gas y el lí%uido. 1e 'an desarrollado muc'os tipos diferentes de rellenos

para las torres y 'oy en día eisten varias clases comunes de los cuales

mencionamos las siguientes:

5nillos de rasc'ing

5nillos de lessing

1illas de berl

5nillos de pall.

REQUSITOS PARA LA SELECCIÓN DE LAS UNIDADES DE CONTACTO

6uímicamente inerte

6ue proporcione alta superficie de contacto 6ue tenga suficiente resistencia mecánica

"ebe tener ba!o peso

6ue tenga ba!os costos

TORRES DE PLATOS$as torres de platos son cilindros verticales en %ue el lí%uido y el gas se ponen en

contacto en forma de pasos sobre platos o c'arolas& tal como lo muestra

es%uemáticamente la figura 7.8. ara un tipo (platos de capuc'a). El lí%uido entra en la

parte superior y fluye en forma descendente por gravedad. En el camino& fluye a trav-s

de cada plato y a trav-s de un conducto& al plato inferior. El gas pasa 'acia arriba& a

trav-s de orificios de un tipo u otro en el plato entonces burbu!ea a trav-s del lí%uido

para formar una espuma& se separa de la espuma y pasa al plato superior. El efecto

global es un contacto m*ltiple a contracorriente entre el gas y el lí%uido& aun%ue cada

plato se caracteri#a por el flu!o transversal de los dos. Cada plato en la torre es una

etapa& puesto %ue sobre el plato se ponen los fluidos en contacto íntimo& ocurre la

difusin interfacial y los fluidos se separan.

El n*mero de platos tericos o etapas en el e%uilibrio en una columna o torre slo

depende de lo complicado de la separacin %ue se va a llevar a cabo y slo está

determinado por el balance de materia y las consideraciones acerca del e%uilibrio.


6/21

9ellenos para columnas:

1e 'an desarrollado muc'os tipos diferentes de rellenos para torres y 'oy en día

eisten varias clases comunes. $a mayoría de los empa%ues para torres están

construidos con materiales inertes y econmicos tales como arcilla& porcelana o grafito.

$a característica de un buen empa%ue es la de tener una gran proporcin de espaciosvacíos entre el orden del 7 y el ;


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a) Carga del tan%ue de agua& operacin de la bomba y del rotámetro.

b) 5ire comprimido y suministro 'acia la columna.c) =ivelacin y acondicionamiento de los pie#metros del agua (columna) y de

mercurio (inyeccin del aire).

2.0 "eterminar la temperatura del agua& el aire y del medio ambiente

4.0 ara iniciar la operacin y evaluar la columna fi!ar primeramente el caudal

del agua 'acia la columna (siendo la primera opcin 6agua> o estado de

relleno seco) y variar la inyeccin del aire 'acia la columna desde un valor

mínimo 'asta un valor máimo %ue admite el e%uipo sin %ue sobre pase la

capacidad de los pie#metros. Efectuar la lectura de los pie#metros en cada

variacin de flu!o de aire.

?.0 fi!ar en un nuevo caudal del flu!o de agua y volver a variar el flu!o de aire

desde un mínimo 'asta un máimo permisible del e%uipo& reportar nuevamente

las variaciones de altura en los pie#metros& repetir la operacin 'asta un

máimo caudal del agua

El suministro de agua es a trav-s de un rotámetro estándar en $@min

Aientras %ue la inyeccin del aire se reali#a a trav-s de un medidor de orificio

cuya variaron de presin se registra a trav-s de un pie#metro %ue utili#a

mercurio li%uido

A.) UNIDADES DE CONTACTO

PLATOS : Bande!a se presenta perforaciones

RELLENO : desordenado no tiene ning*n orden

IV. CALCULOS:


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DATOS ILIOGRAFICOS.

D%$:

Co > .7/ "/ > /7.2mm "2 > .Dmm

F agua > 2/.2FC F aire > /;.DFC resin loca: D?8mmGg

/7.2D.C

2./7

2

/ ===mm

mm

D

D B

2?22

// /::7.2):/72.:(H??

m X m D A −=== π π

4/;;./)FD./;(

m

Kg C aire = ρ

4//.;;8)F2.2/(2 m

Kg

C O H = ρ

4D4./4D4?)FD./;(

m

Kg C Hg = ρ

A.RELLENO SECO A Q%7% 8 0.00 L91"#.DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DEL AIRE

−∆

−= −

aire

aire Hg oaire H g

B

AC Q

ρ

ρ ρ )(H2H

/

H/ 2/

?

/

( ) S m

m

Kg m

Kg

m

Kg

mS

mm xQ aire

44

4

44

2?

2?

/:H24/./

/;;./

/;;./D4./4D4?

)::;.:(H8/.;H2H//7.2

/::7.2H7/.:/

−−

=

−

−=

h

m

h

S x

S

mQ aire

444

?44:.?/

47::/:H24/.// =

= −

CALCULO DE VARIACION DE PRESION


9/21

∆ Pc= P I − PS=(∆ h I −∆ hS ) g x ρagua

∆ Pc=(0.014m ) 9.81m / S2 x998.11kg /m3=137.08 Kg/mS2

CUADRO N ; DEL RELLENO SECOCUADRO Nº 01 RELLENO SECOCON

Qagua = 0.00 L/min

=F

Gg(m)6aire(m4@')

1 (m) I (m)'1(m) 'I(m) '(m)

c(a)

$nc $n6aire Gg(m)h1 h2 h1 h2 h1 h2

0 0.3000.30

0 0.000000.27

00.27

0 0.278 0.278 0.000 0.000 0.000 0 - - 0

1 0.290.30

! "."33000.2!

00.28

0 0.2! 0.300 0.030 0.0"" 0.01" 137.08 ".920 1."89 0.009

2 0.2930.30

8 !.722980.2"

10.29

8 0.2" 0.309 0.0!7 0.03 0.00 !8.7"9 ".0733 1.7"" 0.01!

3 0.2870.31

3 7.!3"!0.21

00.32

9 0.212 0.3"" 0.119 0.132 0.013 127.29 ".8"! 2.020 0.02

" 0.28"0.31

! 8.227300.20

00.33

9 0.201 0.3!0 0.139 0.1"9 0.010 97.91! ".!8"1 2.107 0.031

! 0.280.31

8 9.1089!0.18

20.3!

0.183 0.37" 0.17" 0.191 0.017 1."! !.11"7 2.209 0.038

0.278 0.32 9.!7380.1

80.37

1 0.1 0.390 0.203 0.22" 0.021 20!.2 !.320 2.2!9 0.0"2

7 0.27!0.32

310.237!

80.1!

10.38

7 0.1!0 0."0 0.23 0.2! 0.020 19!.83 !.2772 2.32 0.0"8

GRÁFICA DE RELLENO SECO


10/21

4 5 6 7 8 9 10 11

0

50

100150

200

250

!"# $ 16%89" & 8%99

∆Pc VS Qaire

Qaire

∆Pc

GRÁFICA DE RELLENO SECO L#


11/21


12/21

' 4 5 6 7 8 9 10

0

100

200

'00

400

!"# $ 45%81" ( 120%2'

∆Pc VS Qaire

Qaire

∆Pc



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. RELLENO MO3ADO A Q%7% 8 L91"#.DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DEL AIRE

−

∆−= −

aire

aire Hg o

aire H g B

AC

Q ρ

ρ ρ

)(H2H/

H

/ 2/?/

( ) S

m

m

Kg m

Kg

m

Kg

mS

mm xQ aire

44

4

44

2?

2?

/:H::D/./

/;;./

/;;./D4./4D4?

)::7.:(H8/.;H2H//7.2

/::7.2H7/.:/

−−

=

−

−=

h

m

h

S x

S

mQ aire

444 7/;D.4

/

47::/:H::D/.// =

= −

CALCULO DE VARIACION DE PRESION

∆ Pc= P I − PS=(∆ h I −∆ hS ) g x ρagua

∆ Pc=(0.007m ) 9.81m

S2 x

998.11kg

m3 =68.5402 Kg/mS

2

CUADRO N DEL RELLENO MO3ADOCUADRO Nº 03 RELLENO #O$ADO CON Qagua = L/min

Nº

57(1@Q%"+-(19B@

S (1@ I (1@


14/21

2 ' 4 5 6 7 8 9 10

0200

400

600

!"# $ 77%14" ( 2'2%'9

∆Pc VS Qaire

Qaire

∆Pc



15/21

∆ Pc=(0.014m ) 9.81m

S2 x

998.11kg

m3 =137.080 Kg /mS

2

CUADRO N * DEL RELLENO MO3ADO

CUADRO Nº 0" RELLENO #O$ADO CON Qagua = 8 L/min

Nº

57(1@Q%"+-(19B@

S (1@ I (1@


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RESUMEN DE CUADROS FINALES PARA GRAFICAR LAS LINEAS DECONECCION Y LOS PUNTOS DE CONTROL

CUADRO N /

%& 'aire

'agu

a ("c Ln("c

Ln'air

e1 "."33 0.000 137.08 ".920 1."89

2!.7229

8 0.000 !8.7"9 ".0733 1.7""

37.!3"

! 0.000 127.29 ".8"! 2.020

" 8.2273 0.000 97.91! ".!8"1 2.107

!9.1089

! 0.000 1."! !.11"7 2.209

9.!73

8 0.000 20!.2 !.320 2.2!9

710.237

0.000 19!.83 !.2772 2.32

CUADRO N

%& 'aire'agu

a ("c Ln("cLn'air

e

13.19!

3 ".000 8.!" ".227" 1.28

2".727

9 ".000 97.91" ".!8"1 1.!"2

3!.!289

2 ".000 117."98 ".7" 1.710

".083

3 ".000 1!.3 !.0!"1 1.888

!7.!3"

! ".000 20!.21 !.320 2.020

8.2273 ".000 2".39 !.!773 2.107

79.1089

! ".000 323.118 !.7780 2.209

CUADRO N

%& 'aire'agu

a ("c Ln("cLn'air

e

12.9!!3

3 .000 "8.9!7 3.8909 1.08"

2 ".7279 .000 117."98 ".7" 1.!"2

3 !.3278 .000 1".872 ".989 1.73

".083

3 .000 22!.20" !."170 1.888

!7.!3"

! .000 313.327 !.7"72 2.020

8.2273 .000 "11.2"1 .0192 2.107

7 8.8 .000 !18.9"7 .2!18 2.182

CUADRO N

%& 'aire'agu

a ("c Ln("cLn'air

e

1 3.909!" 8.000 1'7%08 ".920 1.332 ".9008 8.000 186%0' !.22!9 1.!89


17/21

7 8

3!.910

7 8.000

264%'69 !.!773 1.777

".083

3 8.000

'62%284 !.892" 1.888

!

7.!3"

! 8.000

499%'6

4 .2133 2.020

7.8190

8 8.000

548%'22 .309 2.0!7

7 8.2273 8.000

558%11' .32" 2.107

GRAFICA PARA DETERMINAR EL CAUDAL ÓPTIMO

1 1.2 1." 1. 1.8 2 2.2 2."

0

1

2

3

"

!

7

Q"

Lin%a& 'Q"(

Q

Lin%a& 'Q(

Q8

Lin%a& 'Q8(

Q10

Lin%a& 'Q10(

Ln'aire

Ln ("

OTENIENDO DE LA GRAFICA ELQ $"1$ PARA CADA CUADAL DE

AGUA

P%+% Q%7% 8 0 L91"#

$n 6optimo > /.D

6optimo aire > D.Dm4@'

P%+% Q%7% 8 * L91"#

$n 6optimo > /.

6optimo aire >D.?m4@'

P%+% Q%7% 8 L91"#

$n 6optimo > /.;

6optimo aire >7.7;m4@'

P%+% Q%7% 8 L91"#

$n 6optimo > /.8

6optimo aire > D.;4m4@'


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V.) DISCUSION

5l evaluar la columna y determinar la caída de presin& se noto %ue los niveles

del los pie#metros y manmetro variaban a medida %ue se cambiaba el flu!o de

aire& llegado un punto esta variacin era incontrolable esto nos 'ace saber %ue la

columna llego a su punto de carga

VI.) OSERVACION

1e observo %ue cuanto al caudal del aire y del agua tiene %ue ser optima para

%uela transferencia de masa sea lo más optimo posible.

VII. )CONCLUSIONES:

1e llego a entender %ue la respuesta de la columna a los caudales de agua y aire

(sistema bifásico). Circulando al interior de la columna de ,C en

contracorriente.

1e eval*o la caída de presin en la columna de relleno con las variaciones de

flu!o de aire y agua.

"eterminamos los parámetros de flu!o y se locali#o los puntos de carga e

inundacin de la columna para su me!or entendimiento.

VIII. C)ES*IO%ARIO+;. +--#%+ -' --1% H- '% =$'1#% H- +-''-#$ "'">%H% -# '% +="=% "#H"=%#H$% -=%'% '% H"1-#"$#- J =%+%=-+K"=% H- '% 1"1%. En el siguiente grafico


19/21

L% +-7#% 2. . * J / !-+$# +--'$ % 1-H"H% - - B% H-%++$''%H$ '$='='$.

.)-?'$+%+ H- - !%=$+- H--#H- -' H"1-#"$#%1"-#$ H- #% =$'1#%.

"epende del tipo de lí%uido o gas %ue se va a destilar& tambi-n depende para %uecapacidad es este destilador.

es preciso tomar algunas decisiones importantes& como fi!ar el numero de platos un

error en estas decisiones da lugar a un mal fraccionamiento& menor capacidad de lo

deseado& ba!a fleibilidad de operacin& grandes errores& una columna %ue no puede

operar. $a eficiencia de los platos dependen del dise+o de los platos individuales& se

considera en primer lugar los fundamentos del dise+o de platos.

V6.0ILIOGRAFIA:

5ENLEY E. 3. SEADER 3. D.& “ Jperaciones de separacin por etapas de

e%uilibrio

ROERT E. TREYAL: “Jperaciones de ransferencia de Aasa”

1egunda edicin.

GEANOPLIS C.3. ; “rocesos de ransporte y operaciones unitarias”Cuarta edicin. Compa+ía editora

Continental

M%+K% H-' R$%+"$ C%"=-H$ R-%'-, I#7. QK1"=%, M. S=.e0mail: rcaicedoKudea.edu.co& Jf. /8 0 ?/


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