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Ecuaciones de Kremser
y columnas empacadas
16 / 05 / 2024
Sesión 7
Índice
• Introducción
• Objetivos
• Método de kremser para absorcíón y desorción
• Método para las columnas empacadas
• Liquid hold up – columnas empacadas
• Caída de presión, inundación y diámetro de columna empacada
Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanessa Figueroa J.
Objetivos
(3) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanessa Figueroa J.
- Entender la determinación y utilidad de las ecuaciones de
kremser.
- Reconocer y entender las distintas ecuaciones para el diseño de
la columna empacada.
- Entender los conceptos para el diseño de la columna empacada,
hold up, caída de presión, inundación y diámetro de columna
empacada.
Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanessa Figueroa J.
1 Método de Kremser para
absorción y stripping
multicomponente
(5) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Método de grupo de Kremser para absorción y
desorción multicomponente
El método gráfico anterior visto es inapropiado para cuando
ocurre:
- Hay más de un soluto absorbido o desorbido
- La ubicación de la curva de equilibrio es desconocida.
- Muy altas o muy bajas concentraciones de soluto, fuerzan
la construcción hacia las esquinas del diagrama Y-X,
dificultando la exactitud.
Ante esa dificultad, el método analítico de Kremser
es útil.
Relaciona:
# etapas de equilibrio con la recuperación de un
componente clave en una cascada a contracorriente
de una sola sección (usado para la absorción o
desorción multicomponente)
El procedimiento es llamado método de grupo
porque provee un tratamiento general del
grupo de etapas en la cascada.
(6) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Método de grupo de Kremser para absorción y
desorción multicomponente
Se considera un absorbedor a contracorriente de N
etapas de equilibrio adiabático:
- El absorbente es puro.
- Los flujos molares de los componentes son:
Absorbedor
(7) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Método de grupo de Kremser para absorción y
desorción multicomponente
Balance de materia alrededor del tope
Incluyendo las etapas del 1 al N-1 para cualquier especies
absorbidas
Además, se tiene:
K-value de equilibrio en la etapa N
….(i)
….(ii)
….(iii)
….(iv)
Combinando (ii), (iii) y (iv)
Absorbedor
(8) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Factor de absorción para una etapa y
componente dado:
Método de grupo de Kremser para absorción y
desorción multicomponente
El flujo molar del componente lN-1, se elimina por
sustitución sucesiva mediante balance de material
alrededor de las secciones más pequeñas del tope
de la cascada. Para etapas del 1 al N-2
Reemplazando (ix) en (viii)
Siguiendo hasta la etapa superior:
….(v)
….(vi)
Combinando (v) y (vi)
….(i)
….(vii)
Combinando (i) y (vii)
….(viii)
….(ix)
….(x)
(9) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Balance general del componente
Método de grupo de Kremser para absorción y
desorción multicomponente
Combinando (x) con el balance general del
componente (xi)
….(xi)
Absorbedor
….(1)
(10) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Para el método kremser se tiene un factor de
absorción efectiva Ae, para cada componente
reemplazamos los factores de absorción
separados por cada etapa.
Multiplicando y dividiendo por (Ae-1)
Cada componente tiene un Ae diferente
Método de grupo de Kremser para absorción y
desorción multicomponente
Ecuación de Kremser
(11) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Método de grupo de Kremser para absorción y
desorción multicomponente
Se considera que los componentes desorbidos del líquido
no están presentes en el vapor de entrada.
Desorbedor
Las ecuaciones se derivan de manera análoga a las
ecuaciones del absorbedor:
….(2)
(12) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Acoplamiento para la recuperación de
absorbente
Los absorbedores son frecuentemente
acoplados con los desorbedores para permitir
la recuperación y recirculación del absorbente.
Debido a que la acción de desorción no es
perfecta. El absorbente reciclado contiene
especies presentes en la alimentación de vapor.
(13) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Método de grupo de Kremser para absorción y
desorción multicomponente
Una ecuación más general para el absorbedor para el
manejo de esta situación, se tiene:
….(1)
….(2)
Para una especie que aparece solo en el líquido de entrada de un
absorbedor (con etapas del tope al fondo)
Balance en absorbedor
Para un componente que aparece
en ambos vapor y líquido entrante,
de un absorbedor
Para un componente que aparece
en ambos vapor y líquido entrante,
de un desorbedor
(14) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Ley de Raoult:
Para soluciones ideales que involucran solutos
a temperaturas subcríticas.
Ley de Raoult modificada:
Para soluciones no ideales (coeficientes de
actividad conocidos @ o cerca a dilución
infinita).
Ley de Henry:
Para solutos a temperaturas supercríticas.
- Para solutos escasamente solubles a
temperaturas subcríticas, con la data de
solubilidad xs
i.
El valor de k-value depende de T, P y la composición de la fase líquida. A presiones cercanas a la
presión ambiente y para mezclas diluidas, las siguientes expresiones son usadas:
Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
2 Método para las columnas
empacadas
(16) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Método para las Columnas empacadas
Su desempeño es presentado en base a la
etapas de equilibrio equivalente usando una
altura empacada equivalente a una etapa
teórica (HETP).
Las columnas empacadas son
dispositivos de contacto diferencial
continuo que no tiene etapas
físicamente distinguibles
…(*)
(17) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Sí consideramos un número de etapas
requeridas de Nt= 6.46.
Método para las Columnas empacadas
Para determinar la altura del empaque es
conveniente usar un método que involucra los
coeficientes de transferencia de masa.
• Packing: 1.5 inch Metall Pall rings
Experimentalmente se tiene un
HETP: 2.25 ft
Por tanto
Altura del empaque:
= 2.25ft(6.46)= 13.7 ft
• Packing: Metall Intalox IMTP #40
HETP: 2 ft
Por tanto
Altura del empaque:
= 2 ft(6.46)= 12.9 ft
• Packing: Metallpak 250Y (structured)
HETP: 1.2 ft
Por tanto
Altura del empaque:
= 1.2 ft(6.46)= 7.75 ft
A menor HETP, más caro y
complejo el packing
(18) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Para una columna empacada con flujo a
contracorriente de altura de empaque
Método para las Columnas empacadas
Balance molar para el soluto
Absorbedor
Para la parte superior de la
altura del empaque,
Asumiendo
soluciones
diluidas
Absorbedor
Desorbedor
x, y representan a los bulk compositions del gas y el
líquido en contacto a cualquier ubicación vertical en el
empaque.
x, y: fracciones molares
La ecuación de la línea
de operación es similar a
las ya estudiadas.
El método para determinar
el flujo de absorbente
líquido mínimo es idéntico a
la de las columnas de platos
…(**)
(19) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Método para las Columnas empacadas
Las velocidades de transferencia
de masa del soluto a través del film
fase gaseosa es igual a la
velocidad a través del film líquido.
(r: velocidad por unidad de
volumen de lecho empacado)
a: área interfacial para la
transferencia de masa
entre las fases por unidad
de volumen de un lecho
empacado.
I: denota la interface
Determina la resistencia
relativa a la transferencia
de masa entre 2 fases.
Absorción de un soluto ligeramente soluble en la fase líquida
Ante una resistencia muy baja en la fase gaseosa ~
Y de este modo la resistencia proviene solamente de la fase líquida
(e.g. CO2, un soluto con un alto valor de K-value)
Absorción de un soluto muy soluble en la fase líquida
Ante una resistencia muy baja en la fase líquida ~
Y de este modo la resistencia proviene de la fase gaseosa
(e.g. NH3 un soluto con un bajo valor de K-value)
….(II)
….(I)
(20) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
La composición en la interface es difícil de
medir, por lo que los coeficientes globales de
transferencia de masa volumétrico son usados
De las ecuaciones (I), (II) y (III)
Método para las Columnas empacadas
De ambas ecuaciones se tiene:
….(III)
Para soluciones diluidas
Balance diferencial de materia
En un sistema diluido, donde el soluto es
absorbido en un diferencial de altura del
packing.
Altura del empaque
La altura del empaque está
determinada por el Kya (fase
gas), cuando el líquido tiene
una fuerte afinidad al soluto
(21) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Indicándose para la expresión dos términos:
Comparando (IV) con (*) es análogo a
Método para las Columnas empacadas
De la integración en (V), y considerando la
ecuación lineal de equilibrio
Y considerando la ecuación de la línea de
operación determinada por
Donde:
De (VI) y (VII) se puede determinar la altura
del empaque
….(IV)
….(V)
…(**)
…(*)
más eficiente el contacto
Mayor el tiempo o área el contacto requerido
….(VI)
….(VII)
(22) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Método para las Columnas empacadas
….(VII)
El NTU (NOG) no es igual al #etapas de equilibrio Nt
El HTU (HOG) no es igual al HETP
Son iguales si las líneas de operación y
equilibrio son rectos y paralelas.
Las líneas son rectas pero no paralelas.
NTU (NOG) es mayor o menor que el Nt
Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
3 Liquid hold up-columnas
empacadas
(24) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Columnas empacadas - Retención de líquido
La estimación del diámetro de la columna, el
packing y las condiciones de operación
requieren las siguientes consideraciones:
- Liquid holdup
- Inundación
- Caída de presión
Dependen de las velocidades
del gas y el líquido
Estas dependen del flujo del gas y
líquido y el diámetro de la columna
(25) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Columnas empacadas - Retención de líquido
Sistema aire-agua @20°C, 1bar
Aplicado a estructuras que
no contienen obstrucción
como los empaques.
QV,QL:flujos volumétricos
AT: área seccional
Preloading region
Una columna empacada es
mejor diseñada en o debajo
del loading point (preloading
region)
ε (0.94) el ring ocupa solo 6%
del volumen del empaque.
El hL específico, para un
líquido a 40 m/h, es 0.08m3/m3
(8% del volumen del empaque
es líquido) hasta que uV de 1
m/s es alcanzado
Volumen disponible para el
flujo de gas: 100-6-8= 86
86% del volumen del lecho
del empaque.
(26) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
hL depende de:
- Las características del empaque,
- La viscosidad, la densidad y velocidad
superficial del líquido.
Donde:
Columnas empacadas - Retención de líquido
A bajas velocidades del líquido, el hL es bajo y es
posible que algunos empaques estén secos
(disminuyendo la eficiencia del empaque).
Para un mojado adecuado, deben usarse los
distribuidores de líquidos y las velocidades
superficiales del líquido deben exceder los sgtes
valores:
Specific liquid holdup (hL)
No depende de:
La velocidad superficial del gas
Valores de a y
Ch obtenidos
en tabla 6.6
Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
4 Caída de presión,
inundación y diámetro-
columna empacada
(28) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Flooding data para columnas empacadas
Primera correlación:
Posteriormente la data experimental se
extiende considerando líneas de presión
constante para mejorar la exactitud,
incluyendo así al Fp (factor de empaque).
Columnas empacadas – caída de presión,
inundación, y diámetro de la columna
-La gráfica resultante es la correlación
generalizada para la caída de presión (GPDC).
-Una revisión posterior de la correlación
GPDC, predice caída de presión específica, a
una inundación, mayor que 1.5 inch H2O/ft
de altura del empaque.
-Es conveniente usar dos gráficas
generalizadas para la caída de presión, una
para empaques random y otra empaques
estructurados.
FLV (abscisa)
FC (ordenada)
-El diámetro debe ser tal que la inundación sea
evitada y la caída de presión no sea excesiva
(debajo de 0.072 psi/ft de altura empacada)
-El diámetro nominal del empaque no debe ser
mayor que 1/8 del diámetro de la columna.
Empirical capacity factor
Valores de FP
en tabla 6.6
….(1)
….(2)
(29) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Columnas empacadas – caída de presión,
inundación, y diámetro de la columna
(30) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Columnas empacadas – caída de presión,
inundación, y diámetro de la columna
(31) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J.
.
Para empaques modernos (random y
estructurados) con Fp (factor de packing)
entre 9 – 60 ft-1 se tiene que la caída de
presión específica a una inundación, es
menor de 2 inch H2O/ft de altura del
empaque, viene dada por la siguiente
correlación empírica.
Esta ecuación es aplicable a todos los
empaques, con excepción de la primera
generación de cerámicos tipo Rasching rings y
Berl saddles, cuyos valores de ΔPflood en inch
H2O/ft de altura del empaque van desde 2.5 a
4.
Columnas empacadas – caída de presión,
inundación, y diámetro de la columna
Método para estimar la caída de presión
específica y el diámetro del empaque para
empaques distintos a Raschig y Berl saddles,
es el siguiente:
a) Seleccionar un empaque random o estructurado y
seleccionar su factor de empaque Fp (table 6.6)
b) Calcular Δpflood de (3)
c) Calcular FLV de (1)
d) Para random packing, leer Fc de la figura 6.36 o
figura 6.37 para structured packings.
e) Calcular la velocidad de vapor superficial de (2),
este es la velocidad de inundación estimado.
f) Seleccionar una fracción de inundación, f, de 50 a
70% de la velocidad de inundación estimada.
g) Calcular el diámetro interno de la torre empacada
según la ecuación:
h) Calcular usando y para leer la caída
de presión específica de figura 6.36 y 6.37
….(3)
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Sesion 07. Ecuaciones de kremser y columnas empacadas.pdf

  • 1. Ecuaciones de Kremser y columnas empacadas 16 / 05 / 2024 Sesión 7
  • 2. Índice • Introducción • Objetivos • Método de kremser para absorcíón y desorción • Método para las columnas empacadas • Liquid hold up – columnas empacadas • Caída de presión, inundación y diámetro de columna empacada Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanessa Figueroa J.
  • 3. Objetivos (3) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanessa Figueroa J. - Entender la determinación y utilidad de las ecuaciones de kremser. - Reconocer y entender las distintas ecuaciones para el diseño de la columna empacada. - Entender los conceptos para el diseño de la columna empacada, hold up, caída de presión, inundación y diámetro de columna empacada.
  • 4. Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanessa Figueroa J. 1 Método de Kremser para absorción y stripping multicomponente
  • 5. (5) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Método de grupo de Kremser para absorción y desorción multicomponente El método gráfico anterior visto es inapropiado para cuando ocurre: - Hay más de un soluto absorbido o desorbido - La ubicación de la curva de equilibrio es desconocida. - Muy altas o muy bajas concentraciones de soluto, fuerzan la construcción hacia las esquinas del diagrama Y-X, dificultando la exactitud. Ante esa dificultad, el método analítico de Kremser es útil. Relaciona: # etapas de equilibrio con la recuperación de un componente clave en una cascada a contracorriente de una sola sección (usado para la absorción o desorción multicomponente) El procedimiento es llamado método de grupo porque provee un tratamiento general del grupo de etapas en la cascada.
  • 6. (6) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Método de grupo de Kremser para absorción y desorción multicomponente Se considera un absorbedor a contracorriente de N etapas de equilibrio adiabático: - El absorbente es puro. - Los flujos molares de los componentes son: Absorbedor
  • 7. (7) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Método de grupo de Kremser para absorción y desorción multicomponente Balance de materia alrededor del tope Incluyendo las etapas del 1 al N-1 para cualquier especies absorbidas Además, se tiene: K-value de equilibrio en la etapa N ….(i) ….(ii) ….(iii) ….(iv) Combinando (ii), (iii) y (iv) Absorbedor
  • 8. (8) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Factor de absorción para una etapa y componente dado: Método de grupo de Kremser para absorción y desorción multicomponente El flujo molar del componente lN-1, se elimina por sustitución sucesiva mediante balance de material alrededor de las secciones más pequeñas del tope de la cascada. Para etapas del 1 al N-2 Reemplazando (ix) en (viii) Siguiendo hasta la etapa superior: ….(v) ….(vi) Combinando (v) y (vi) ….(i) ….(vii) Combinando (i) y (vii) ….(viii) ….(ix) ….(x)
  • 9. (9) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Balance general del componente Método de grupo de Kremser para absorción y desorción multicomponente Combinando (x) con el balance general del componente (xi) ….(xi) Absorbedor ….(1)
  • 10. (10) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Para el método kremser se tiene un factor de absorción efectiva Ae, para cada componente reemplazamos los factores de absorción separados por cada etapa. Multiplicando y dividiendo por (Ae-1) Cada componente tiene un Ae diferente Método de grupo de Kremser para absorción y desorción multicomponente Ecuación de Kremser
  • 11. (11) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Método de grupo de Kremser para absorción y desorción multicomponente Se considera que los componentes desorbidos del líquido no están presentes en el vapor de entrada. Desorbedor Las ecuaciones se derivan de manera análoga a las ecuaciones del absorbedor: ….(2)
  • 12. (12) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Acoplamiento para la recuperación de absorbente Los absorbedores son frecuentemente acoplados con los desorbedores para permitir la recuperación y recirculación del absorbente. Debido a que la acción de desorción no es perfecta. El absorbente reciclado contiene especies presentes en la alimentación de vapor.
  • 13. (13) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Método de grupo de Kremser para absorción y desorción multicomponente Una ecuación más general para el absorbedor para el manejo de esta situación, se tiene: ….(1) ….(2) Para una especie que aparece solo en el líquido de entrada de un absorbedor (con etapas del tope al fondo) Balance en absorbedor Para un componente que aparece en ambos vapor y líquido entrante, de un absorbedor Para un componente que aparece en ambos vapor y líquido entrante, de un desorbedor
  • 14. (14) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Ley de Raoult: Para soluciones ideales que involucran solutos a temperaturas subcríticas. Ley de Raoult modificada: Para soluciones no ideales (coeficientes de actividad conocidos @ o cerca a dilución infinita). Ley de Henry: Para solutos a temperaturas supercríticas. - Para solutos escasamente solubles a temperaturas subcríticas, con la data de solubilidad xs i. El valor de k-value depende de T, P y la composición de la fase líquida. A presiones cercanas a la presión ambiente y para mezclas diluidas, las siguientes expresiones son usadas:
  • 15. Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. 2 Método para las columnas empacadas
  • 16. (16) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Método para las Columnas empacadas Su desempeño es presentado en base a la etapas de equilibrio equivalente usando una altura empacada equivalente a una etapa teórica (HETP). Las columnas empacadas son dispositivos de contacto diferencial continuo que no tiene etapas físicamente distinguibles …(*)
  • 17. (17) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Sí consideramos un número de etapas requeridas de Nt= 6.46. Método para las Columnas empacadas Para determinar la altura del empaque es conveniente usar un método que involucra los coeficientes de transferencia de masa. • Packing: 1.5 inch Metall Pall rings Experimentalmente se tiene un HETP: 2.25 ft Por tanto Altura del empaque: = 2.25ft(6.46)= 13.7 ft • Packing: Metall Intalox IMTP #40 HETP: 2 ft Por tanto Altura del empaque: = 2 ft(6.46)= 12.9 ft • Packing: Metallpak 250Y (structured) HETP: 1.2 ft Por tanto Altura del empaque: = 1.2 ft(6.46)= 7.75 ft A menor HETP, más caro y complejo el packing
  • 18. (18) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Para una columna empacada con flujo a contracorriente de altura de empaque Método para las Columnas empacadas Balance molar para el soluto Absorbedor Para la parte superior de la altura del empaque, Asumiendo soluciones diluidas Absorbedor Desorbedor x, y representan a los bulk compositions del gas y el líquido en contacto a cualquier ubicación vertical en el empaque. x, y: fracciones molares La ecuación de la línea de operación es similar a las ya estudiadas. El método para determinar el flujo de absorbente líquido mínimo es idéntico a la de las columnas de platos …(**)
  • 19. (19) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Método para las Columnas empacadas Las velocidades de transferencia de masa del soluto a través del film fase gaseosa es igual a la velocidad a través del film líquido. (r: velocidad por unidad de volumen de lecho empacado) a: área interfacial para la transferencia de masa entre las fases por unidad de volumen de un lecho empacado. I: denota la interface Determina la resistencia relativa a la transferencia de masa entre 2 fases. Absorción de un soluto ligeramente soluble en la fase líquida Ante una resistencia muy baja en la fase gaseosa ~ Y de este modo la resistencia proviene solamente de la fase líquida (e.g. CO2, un soluto con un alto valor de K-value) Absorción de un soluto muy soluble en la fase líquida Ante una resistencia muy baja en la fase líquida ~ Y de este modo la resistencia proviene de la fase gaseosa (e.g. NH3 un soluto con un bajo valor de K-value) ….(II) ….(I)
  • 20. (20) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . La composición en la interface es difícil de medir, por lo que los coeficientes globales de transferencia de masa volumétrico son usados De las ecuaciones (I), (II) y (III) Método para las Columnas empacadas De ambas ecuaciones se tiene: ….(III) Para soluciones diluidas Balance diferencial de materia En un sistema diluido, donde el soluto es absorbido en un diferencial de altura del packing. Altura del empaque La altura del empaque está determinada por el Kya (fase gas), cuando el líquido tiene una fuerte afinidad al soluto
  • 21. (21) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Indicándose para la expresión dos términos: Comparando (IV) con (*) es análogo a Método para las Columnas empacadas De la integración en (V), y considerando la ecuación lineal de equilibrio Y considerando la ecuación de la línea de operación determinada por Donde: De (VI) y (VII) se puede determinar la altura del empaque ….(IV) ….(V) …(**) …(*) más eficiente el contacto Mayor el tiempo o área el contacto requerido ….(VI) ….(VII)
  • 22. (22) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Método para las Columnas empacadas ….(VII) El NTU (NOG) no es igual al #etapas de equilibrio Nt El HTU (HOG) no es igual al HETP Son iguales si las líneas de operación y equilibrio son rectos y paralelas. Las líneas son rectas pero no paralelas. NTU (NOG) es mayor o menor que el Nt
  • 23. Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. 3 Liquid hold up-columnas empacadas
  • 24. (24) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Columnas empacadas - Retención de líquido La estimación del diámetro de la columna, el packing y las condiciones de operación requieren las siguientes consideraciones: - Liquid holdup - Inundación - Caída de presión Dependen de las velocidades del gas y el líquido Estas dependen del flujo del gas y líquido y el diámetro de la columna
  • 25. (25) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Columnas empacadas - Retención de líquido Sistema aire-agua @20°C, 1bar Aplicado a estructuras que no contienen obstrucción como los empaques. QV,QL:flujos volumétricos AT: área seccional Preloading region Una columna empacada es mejor diseñada en o debajo del loading point (preloading region) ε (0.94) el ring ocupa solo 6% del volumen del empaque. El hL específico, para un líquido a 40 m/h, es 0.08m3/m3 (8% del volumen del empaque es líquido) hasta que uV de 1 m/s es alcanzado Volumen disponible para el flujo de gas: 100-6-8= 86 86% del volumen del lecho del empaque.
  • 26. (26) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . hL depende de: - Las características del empaque, - La viscosidad, la densidad y velocidad superficial del líquido. Donde: Columnas empacadas - Retención de líquido A bajas velocidades del líquido, el hL es bajo y es posible que algunos empaques estén secos (disminuyendo la eficiencia del empaque). Para un mojado adecuado, deben usarse los distribuidores de líquidos y las velocidades superficiales del líquido deben exceder los sgtes valores: Specific liquid holdup (hL) No depende de: La velocidad superficial del gas Valores de a y Ch obtenidos en tabla 6.6
  • 27. Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. 4 Caída de presión, inundación y diámetro- columna empacada
  • 28. (28) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Flooding data para columnas empacadas Primera correlación: Posteriormente la data experimental se extiende considerando líneas de presión constante para mejorar la exactitud, incluyendo así al Fp (factor de empaque). Columnas empacadas – caída de presión, inundación, y diámetro de la columna -La gráfica resultante es la correlación generalizada para la caída de presión (GPDC). -Una revisión posterior de la correlación GPDC, predice caída de presión específica, a una inundación, mayor que 1.5 inch H2O/ft de altura del empaque. -Es conveniente usar dos gráficas generalizadas para la caída de presión, una para empaques random y otra empaques estructurados. FLV (abscisa) FC (ordenada) -El diámetro debe ser tal que la inundación sea evitada y la caída de presión no sea excesiva (debajo de 0.072 psi/ft de altura empacada) -El diámetro nominal del empaque no debe ser mayor que 1/8 del diámetro de la columna. Empirical capacity factor Valores de FP en tabla 6.6 ….(1) ….(2)
  • 29. (29) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Columnas empacadas – caída de presión, inundación, y diámetro de la columna
  • 30. (30) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Columnas empacadas – caída de presión, inundación, y diámetro de la columna
  • 31. (31) Operaciones de Separación-Fisicoquímicas Vanesa Figueroa J. . Para empaques modernos (random y estructurados) con Fp (factor de packing) entre 9 – 60 ft-1 se tiene que la caída de presión específica a una inundación, es menor de 2 inch H2O/ft de altura del empaque, viene dada por la siguiente correlación empírica. Esta ecuación es aplicable a todos los empaques, con excepción de la primera generación de cerámicos tipo Rasching rings y Berl saddles, cuyos valores de ΔPflood en inch H2O/ft de altura del empaque van desde 2.5 a 4. Columnas empacadas – caída de presión, inundación, y diámetro de la columna Método para estimar la caída de presión específica y el diámetro del empaque para empaques distintos a Raschig y Berl saddles, es el siguiente: a) Seleccionar un empaque random o estructurado y seleccionar su factor de empaque Fp (table 6.6) b) Calcular Δpflood de (3) c) Calcular FLV de (1) d) Para random packing, leer Fc de la figura 6.36 o figura 6.37 para structured packings. e) Calcular la velocidad de vapor superficial de (2), este es la velocidad de inundación estimado. f) Seleccionar una fracción de inundación, f, de 50 a 70% de la velocidad de inundación estimada. g) Calcular el diámetro interno de la torre empacada según la ecuación: h) Calcular usando y para leer la caída de presión específica de figura 6.36 y 6.37 ….(3) ….(4)