2014 equipos g l

Equipos para operacin G/L

Prof. Debora Nabarlatz

Escuela de Ingeniera Qumica

Facultad de Ingenieras Fisicoqumicas

EQUIPOS PARA OPERACIN G/L

Se introduce en el lquido una corriente de gas en forma de

pequeas burbujas. Si el dimetro del tanque es pequeo, el

burbujeador localizado en el fondo del tanque puede ser un simple

tubo abierto.

El propsito del burbujeo es poner en contacto

el gas burbujeado con el lquido.

Circulacin de las dos fases en contracorriente.

Se utilizan cuando se requiere una cada de presin

muy baja.

COLUMNAS DE BURBUJEO

El lquido puede atomizarse en una corriente gaseosa por medio de

una boquilla que dispersa al lquido en una aspersin de gotas.

El flujo puede ser a contracorriente, o en paralelo.

Baja cada de presin de gas

Costo de bombeo de lquido elevado, debido a la cada de presin

por la boquilla atomizadora.

La tendencia del lquido a ser arrastrado por el

gas es considerable.

Relativamente ineficientes, pero eliminan partculas

contaminantes (Absorcin Arrastre)

COLUMNAS DE ASPERSIN

Cada plato constituye una etapa, puesto que sobre el plato se ponen

los fluidos en contacto ntimo, ocurre la difusin interfacial.

El nmero de platos tericos o etapas en equilibrio depende de lo

complicado de la separacin.

El dimetro de la torre depende de las cantidades de lquido y gas

que fluyen a travs de la columna por unidad de tiempo.

Alta eficacia de transferencia de materia (depende de la calidad y

tiempo de contacto). El tiempo de contacto depende de la laguna

lquida sobre cada plato la cual debe ser profunda y de velocidades

relativamente elevadas del gas.

TORRES DE PLATOS

Contacto entre fases

COLUMNA DE PLATOS

TIPOS DE PLATOS

PLATOS CON CAPUCHA O CAMPANAS DE BURBUJEO:

Conducen el vapor hasta un punto sobre el lquido fluyente y luego

cambian su direccin causando una salida en forma de chorro o

borboteo a travs de ranuras.

PLATOS PERFORADOS:

Es el ms sencillo, plancha metlica con agujeros espaciados de

forma regular, por los que sube el gas.

Los huecos tienen un dimetro entre 3-12 mm, siendo 5 mm el ms

comn. El rea de los huecos vara entre 5 y 15% del total del plato

TIPOS DE PLATOS

PLATOS DE VLVULA:

Contienen vlvulas que se abren y cierran al paso del gas, son los

ms utilizados.

Proporciona un rea abierta variable

Opera a una velocidad de flujo mayor que el plato perforado, con

slo 20% mayor costo.

TIPOS DE PLATOS

Tipos de platos + vertederos

Tipos de vertederos

El dimetro de la torre depende de los caudales msicos de gas y

lquido que fluyen a travs de la misma por unidad de tiempo.

Si los caudales de L y G en cada seccin de la columna son

diferentes, se necesitarn diferentes dimetros en cada seccin.

Por economa, se utiliza el dimetro mayor para toda la columna (se

evita inundacin y/o anegamiento).

El dimetro de la columna depende de la velocidad del vapor, la cual

depende a su vez del espaciamiento entre platos (tambin depende

del dimetro), por lo que ambos factores deben ser evaluados por

prueba y error.

CLCULO DEL DIMETRO EN TORRE DE PLATOS

Se determina en base a la facilidad de construccin, mantenimiento

y costo de la columna.

Una vez calculado el dimetro de la torre debe verificarse que el

espaciado elegido sea correcto, segn los datos recomendados:

Espaciado entre platos (t)

Dimetro (ft) Dimetro (m) Espaciado t (pulgadas)

6 pulg. mnimo

4 o menos 1.22 o menos 18 20

4 - 10 1.22 3 24

10 - 12 3 3.7 30

12 - 24 3.7 7.3 36

El dimetro de una torre debe ser lo suficientemente grande para

manejar el gas y el lquido a velocidades que no causen la inundacin

ni el arrastre excesivo.

Por ello se calcula la velocidad superficial del gas para una bandeja

en situacin de inundacin (VF), utilizando luego en el diseo real un

valor ms pequeo (V), que asegure una operacin adecuada.

El valor de V ser entre el 75 y 85% de VF, segn sean ms o menos

espumosos los lquidos.

Velocidad de flujo de gas de inundacin

Anegamiento o Inundacin 1

Lmites de anegamiento para platos de campanas de borboteo y platos perforados

La velocidad de inundacin VF se calcula como:

L y G : densidades de las mezclas de lquido y vapor

CF : constante emprica o constante de inundacin, que depende del

tipo y del arreglo del plato.


Para platos perforados, para sistemas que no forman espuma y con espaciados de

platos entre 12 y 36 pulgadas:

L y G son los caudales msicos de lquido y vapor en la zona correspondiente

es la tensin interfacial de la mezcla, en dyn/cm

a y b son factores que dependen del coeficiente (L/G)(G/L)0.5, siendo:

donde t es el espaciado entre platos en pulgadas

Velocidad de flujo de gas

Rango de (L/G)(G/L)0.5 a b

0.03 0.2 0.0041 * t + 0.0135 0.0047 * t + 0.068

0.2 1 0.0068 * t + 0.049 0.0028 * t +0.044

Si ya conocemos la velocidad del gas (V), el dimetro de la torre se

calcular a partir del rea transversal de flujo (At):

At = An (rea transversal neta para el flujo) + Ad (rea de tuberas de

descenso)

La relacin entre At y An depende de la longitud del derramadero W, la

cual se toma en general como el 70% del dimetro de la torre.

Dimetro de la torre

An Ad At = Ad + An

La relacin entre At y An depende de la longitud del derramadero W, la

cual se toma en general como el 70% del dimetro de la torre.

Dimetro de la torre

An (m2 )= Q/V, donde Q es el flujo volumtrico del gas (m3/s) y V es

la velocidad de flujo (m/s)

El dimetro de la torre ser:

Con el valor del dimetro en ft se deber verificar que el espaciado

entre platos elegido sea el adecuado.

Dimetro de la torre

ftenA

D

menA

D

t

t

428.3

4

La cada de presin para el gas es la suma de los efectos para el flujo del

gas en el plato seco + el efecto por la presencia del lquido en el plato.

hG = hD + hL + hR

hG : Cada de presin para el gas

hD : Cada de presin en el plato seco

hL : Cada de presin resultante de la profundidad del lquido en el plato

hR : Cada de presin residual

Cada de presin en la torre

Intervalo de operacin satisfactorio 1

Efectos del vapor y del

lquido sobre el

rendimiento de un plato

perforado en contacto G/L


Esquema del

comportamiento de

los fluidos en un

plato

daowwt hhhhH H 50% distancia entre platos

Arrastre 1

Arrastre: Separacin fsica incompleta de las fases.

o Efecto perjudicial en la eficacia de la etapa.

o Aumento del flujo entre etapas: en columna de destilacin,

aumenta el flujo de lquido descendente en los conductos de

desage, provocando anegamiento.

Arrastre 1

Correlacin para

arrastre en columnas

de contacto G/L de

campanas de

borboteo y platos

perforados (King)

Capacidad y Eficiencia

o Capacidad de tratamiento de una etapa: cantidad de alimento que

puede tratar por unidad de tiempo.

Factores que limitan la capacidad:

o Inundacin o anegamiento de la columna

o Arrastre de una fase en otra

o Prdidas de presin en la columna

o Tiempo de residencia para lograr separacin

1

Capacidad y Eficiencia

o Eficiencia: Diferencia entre etapas en equilibrio hipotticas y reales,

para la separacin de dos fases.

Factores que limitan la eficiencia:

o Limitaciones de transferencia de materia

o Limitaciones de transferencia de calor

o Separacin incompleta de las fases producto

o Configuracin de flujo

o Efectos de mezclado

1

Alternativa a las torres de platos.

Variacin continua de la concentracin en toda la torre.

Circulacin de las dos fases en contracorriente.

Contienen un material de soporte (relleno).

Alta eficacia de transferencia de materia (depende de la calidad y

tiempo de contacto)

TORRES RELLENAS

TORRES RELLENAS

Caractersticas adecuadas de flujo, el volumen fraccionario vaco en

el lecho empacado debe ser grande (60-90%), para tener baja cada

de presin.

Elevada superficie interfacial entre el lquido y el gas.

Qumicamente inerte, con respecto a los fluidos que se estn

procesando.

Resistencia estructural, para permitir el fcil manejo e instalacin.

Bajo peso por unidad de volumen.

Pequea retencin de lquido.

Bajo costo.

TORRES RELLENAS: EMPAQUE

Empaque al azar: el diseo particular influye mucho en las

caractersticas de transferencia de masa y cada de presin.

Empaque ordenado: la distribucin del empacado sigue un patrn

definido dentro

de la columna;

menores prdidas de carga.

TORRES RELLENAS: TIPOS DE EMPAQUE

Anillos Raschig

1/4 a 4 dimetro

Porcelana industrial


Sillas Intalox

(1/4 a 3 dimetro)

Porcelana o plstico

Anillos Pall

Metal o plstico


Anillo con helicoidal

Silla Berl


Anillo Lessing

Anillo en cruz

Factores que limitan la capacidad 1

o Anegamiento o Inundacin: Aptitud de las dos fases para fluir en

cantidad suficiente en direcciones opuestas una dentro de otra

dentro del aparato de contacto.

Columna de relleno de flujo en

contracorriente para contacto G-L

Se disean para operar a un 50-80% del limite de anegamiento

Velocidad de inundacin: lmite mximo para la velocidad de flujo

de gas para una torre rellena con cierto tipo y tamao de relleno, y

con flujo conocido de lquido.

A G , el lquido fluye hacia abajo casi sin influencia por el flujo de

gas.

Cuando G aumenta, hasta el PUNTO DE CARGA, comienza a impedir

el flujo del lquido y aparecen acumulaciones de lquido en el

empaque aumenta la cada de presin en el gas aumenta la

retencin del lquido se INUNDA la torre y el lquido puede salir

expulsado con el gas.

Condicin de inundacin

Generalmente Vgas


Correlacin para

estimar la velocidad

de anegamiento para

sistemas G/L en

torres de relleno

(King)

Prdida de presin 1

Columnas de relleno

Correlacin de prdida de presin para contacto G/L en

contracorriente en columnas de relleno.

(Geankoplis):

1. Elegir el tipo de empaque y estimar Fp

2. Elegir L/G (msicos), junto con la velocidad de flujo total del gas

3. Calcular P inundacin = 0,115 Fp0,7 (Ec. Kirster y Gill)

4. Calcular el parmetro de flujo y con P inundacin , calcular el parmetro de

capacidad

5. Estimar G (inundacin) a partir del parmetro de capacidad

6. Elegir G operacin = % G inundacin

7. Calcular P operacin a partir de la grfica

8. Con la velocidad de flujo total del gas y G operacin , estimar el rea total y el

dimetro de la torre

Clculo del dimetro y la cada de presin en una torre empacada

Prdida de presin 1

Prdida de presin 1

Correlacin de prdida de presin para contacto G/L encontracorriente en columnas de relleno aleatorio (Geankoplis)

Prdida de presin 1

Correlacin de prdida de presin para contacto G/L encontracorriente en columnas de empaque estructurado (Geankoplis)

La velocidad de inundacin VF se calcula como:

L y G : densidades de las mezclas de lquido y vapor

CF : constante emprica o constante de inundacin, que depende del

tipo y del arreglo del plato.


Empaques aleatorios:

Dimetro de la torre / Tamao de empaque debe ser 10:1, para

tener buena distribucin de lquido y gas.

Cada 3 m de empaque: redistribucin de lquido para evitar

canalizaciones

Dimetro 1 m

Generalmente se utiliza entre el 50 70% de V inundacin

Factores de diseo a considerar

Torres rellenas vs. Torres de platos 1

Torres de Relleno Torres de platos

1. Las eficacias deben basarse en ensayos experimentales con cada tipo de relleno.

1. Menor dificultad de dispersin del lquido a L/G bajos.

2. Preferibles si los lquidos tienen tendencia a la formacin de espumas.

2. Manejan amplios caudales de lquido sin anegamiento.

3. Menor retencin de lquido. 3. Platos son ms accesibles para la limpieza (preferibles para el manejo de lquidos con slidos dispersos). Dimetro mnimo >0,6 m

6. Ms baratas y fciles de construir para el manejo de fluidos altamente corrosivos.

4. Posible el enfriamiento entre etapas para eliminar calores de reaccin o solucin.

5. Mayor peso. 5. Menor peso.

6. Menor prdida de presin. 6. Mayor prdida de presin.

7. Deseables para operar al vaco, dado que el relleno evita el colapso de la pared de la torre.

7. Grandes cambios de temperatura pueden conducir a roturas del relleno

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