6 equipo lg platos
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA-
TORRE DE PLATOS (Cascada en contracorriente)
Sal da del gas
Cubierta
Plato perforado
Vertedero
Espuma -
Alimentacin intermedia
Entrada de iq lquido
- Solida latera.
Derramadero
Etapa o plato
Entrada del gas
Salida del n lquido
1 lquido fluye en forma descendente por gravedad:
verticalmente vertederos y horizontalmente platos
por los
por los
1 gas fluye hacia arriba:
atraviesa los orificios del plato
burbujea a travs del liquido
forma espuma se separa de la espuma y
pasa al plato superior
Cada plato representa a una etapa, ya que en el plato se ponen en contacto el gas y el lquido, ocurre la transferencia de masa y luego se separan
Dimetro = f (L , G)
N de etapas ideales = f (curva de operacin, curva de equilibrio)
Eficiencia de cada plato = f (condiciones de operacin, diseo mecnico)
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
Diseo mecnico del plato = f (mejor combinacin de la tendencias opuestas entre aumentar la eficiencia y aumentar las dificultades de operacin)
Eficiencia f entonces Dificultades de operacin |
Eficiencia f
1. Tiempo de contacto f
Eficiencia f 2. Superficie interfacial entre fases f
(rea de transferencia) Eficiencia f
3.CTM t
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
Dificultades de t operacin
4. Acarreo de gota de lquido por el gas al plato superior (reduce el cambio de concentracin)
Dificultades de t operacin
5. Elevada cada de presin a travs del plato:
Eleva costo En destilacin, mayor temperatura en
los fondos Inundacin (por aumento del nivel de
lquido en el vertedero
Dificultades de t operacin
6. Arrastre por espuma
(cuando los lquidos forman espuma con facilidad, estos recirculan y causan una mayor carga en el lquido y por tanto una mayor cada de presin)
Ejemplos
Mayor profundidad de lquido Efic. | (1)
Dific. de Operacin f (5)
Mayor Velocidad del gas Efic. | (2) y (3)
Dific. de operacin f (4) y (5)
Condiciones no deseables
Velocidad del liquido j j El gas empuja el lquido hacia fuera Existe mal contato
Velocidad del gas H Lquido caer por los orificios (lloriqueo)
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
TIPO DE PLATOS
PLATO TIPO CAPUCHA O CAMPANA DE BURBUJEO
^ 2.88" *i
Planta de la placa superior
Sello del vertedero
Vertedero
. 24 orificios/capucha
Flujo de la fase L (fase pesada)
O o
1 IV \m \M
\m \M b
Flujo de la fase V (fase ligera)
A
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA-
PLATO TIPO VALVULA
P L A T O T I P O C A P U C H A
P L A T O T I P O V A L V U L A
P L A T O P E R F O R A D O
Tamao de agujeros (tpico)
7 cm 4 cm 4.5 mm
alta mediana mediana
Eficiencia alta moderada moderada a
baja Flexibilidad alta intermedia baja Riesgo de lloriqueo No existe
bajo puede ser alto
Costo alto mediano bajo
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
DISEO DE PLATOS PERFORADOS
Dimetro = f ( L , G )
Verificar : AP recomendado Que se evite dificultades de operacin Que no se presente lloriqueo Bajo arrastre de lquido
Procedimiento
1. Clculo de la constante de inundacin Cp
cF = a log _{Po^
0.5
f a A 0 2 0.020
, P = f(t)
t = espaciamiento entre platos cr = tensin superficial del lquido [N / m]
2. Clculo de la velocidad del gas en la inundacin
VF CF ( ^ 5
PL-PG
PG
3. Clculo de la velocidad del gas
V = 0.80 a 0.85 V F para lquidos que no forman espuma
V = 0.75 V F para lquidos que forman espuma
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
4. Clculo del dimetro de la torre [T]
Por definicin v = A
Donde Q = flujo volumtrico del gas V = velocidad del gas An = seccin transversal neta
4 , = Q v
- r -
yAt j
= f{w)
W: longitud del derramadero
Ad
5. Verificacin del manejo de flujo del lquido
m~ ^ < 0.015 T sm
q = flujo volumtrico del lquido
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
Tabla 6.1 Condiciones y dimensiones generales recomendadas para las torres de platos
i Kspaciamiento de los platos
Dimetro de la torre, 7 Espaciamicnto de la torre, t
m ft m in
0.15 6 mnimo 1 menos 4 menos 0.50 20 1-3 4-10 0.60 24 3-4 10-12 0.75 30 4-8 12-24 0.90 36
2. Flujo del liquido
a. No superior a 0.015 ra3/(ni diatn) s (0.165 ft3/ft s> para piato^de flujo transversal de un solo paso
b. No superior a 0.032 m 3/ longitud de derramadero {0.35 ft3/ft ) para otros.
5 Sellado de los vertederos a. Vaco,n, 5 mm mnimum, 10 de preferencia ( i - i in)
b. Presin atmosfrica y superior, 25 mm mnimo, 40 mm de preferencia (1-1.5 in)
4. Longitud del derramadero para derramaderos rectangulares rectos, platos de flujo transversal, 0.67 a 0.87, 0.77 tpica
Longitud del derramadero W Distancia desde centro de la torre
Porcentaje del rea de la torre utilizada ^ por un vertedero
0.557 0.41817 3.877 0.607 0.39937 5.257 0.657 0-25167 6.899 0.707 0.35627 8.808 0.757 0.32967 11.255 0.807 0.19917 14.145
5. Caida de presin normal por plato
Presin total Cada de presin
35 mmHg abs 3 mm Hg o menos 1 std atm 500-800 N/m 2 (0.07-0.12 Ibf/in2) 2 X 10* N/m 2 1000 N/m 2 3001bt/in2 0.151bf/in2
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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Tabla 6.2
SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
Dimensiones recomendadas para torres de platos perforados
i ( 'obstantes de inundacin CF [Eqs. (6.29) and (6JO)], d0 < 6 mm ( in)
Rango de Rango de Unidades Unidades L ' (Pr. \ s de r de
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
P R O B L E M A D E DISEO D E UN P L A T O P E R F O R A D O
Disear un plato perforado de flujo transversal, para las siguientes condiciones de diseo seleccionadas:
Presin = 1 atm Temperatura = 95 C
VAPOR: G = 0.1kmol/h y = 0.18 (donde y es fraccin molar de metanol)
LIQUIDO: L = 0.25 kmol/h X = 0.15 (donde x es fraccin en peso de metanol)
SOLUCIN
1. Clculos preliminares
M (metanol) = 32 M(agua) = 18
V A P O R : M g = (0.18) (32) + (0.82) (18) = 20.52 PM (1H20.52) 3
pG = = =0.68 kvlm RT (0.082)(273 + 95)
0 ^ ( 0 . 0 ( 2 0 . 5 2 ) ^ ^ pG 0.68
L I Q U I D O : A=96lW
15
x = 1 5 3 2 8 5 =0.0903 (donde x es fraccin molar)
32 + 18 M L = (0.0903) (32) + (0.9097) (18) = 19.26 kg/kmol
^ = ( 0 . 2 5 ) 0 9 ^
PL 961
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
O,
d o
p' se recomienda entre 2.5 a 5.0 veces do
para nuestro caso p' puede tomarse entre 11.25 y 22.5 mm
Tomamos p' = 12 mm
De la Tabla 6.2 , parte 2
para do = 4.5 mm se tiene 1 /do = 0.43 para acero inoxidable
entonces 1 = 0.43 x 4.5 = 1.93 mm > 2.0 mm
Tomamos 1 = 2.0 mm
Ao rea de medio crculo Aa rea del tringulo = 0.907 4
KP'J = 0.1275
3. Clculo del dimetro de la torre (T) y del rea activa (Aa)
De la Tabla 6.1, parte 1
t = espaciamiento entre platos
t tiene valores desde 0.15 a 0.90 m
Asumimos t = 0.50 m (que es el mnimo para colocar un manhole), que luego se verificar.
Calculamos C F :
G' Pe" 2 _1PL
C \ PG 2 q \A
[PLJ QPG KPL)
2 _ 0M5 ( 961 ^ " 3.02 l 068
= 0.0623 0.1
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
De la Tabla 6.2, parte 1
como Ao / Aa = 0.1275 > 0.1
entonces
a = 0.07441 + 0.01173 = 0.0489
p = 0.03041 + 0.0150 = 0.0302
Reemplazando en la ecuacin paraCp y V F :
( Espuma r , > > ^ ' ) T 5 *
Lmina perforada
Superficie del lquido
Faldn del vertedero
cF = r i ~n 0.0489 log vO-ly
+ 0.0302 0.04 O02
= 0.091
VF = 0.091 961-0.68
^ 0.68 ) = 3A2m/s
suponiendo que no forma espuma
V =0.%Vp= 0.8 (3.42) = 2.73 mis y
A n = Q = l = Ll06m> V 2.73
Para W tomamos el valor tpico (Tabla 6 .1 , parte 4 ) : W = 0.7 T
Adems para ese valor obtenemos Ad = 0.088 At
Entonces At An 1-0.088
= 1.213 m2
T = UAtT f4xl.213Y'5 \ J 7V
= 1.243 m
Tcorreg. = 1.25 m Atcorreg. = 1.227 m 2
W = 0.7 (1.25) = 0.875 m
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
Ad = 0.088 (1.227) = 0.1080 m 2 Verificacin de manejo del flujo lquido
Del Tabla 6.1, parte 2 , se debe cumplir
1 = ^ = 0.004 ^ 0 . 0 1 5 ^ s e c u m p l e T sm T 1.25 sm ' y
Clculo del rea Activa
Aa = At - 2Ad - reas ocupadas
reas ocupadas: Soportes y viguetas ~ 15 % At Zonas de distribucin y separacin ~ 5 % At
rea activa (perforada)
Entrada de hombre
Tomando como reas ocupadas el 18.1 % At
Aa = 1.227 - 2 (0.1080) - (0.181) (1.227) = 0.79 m 2
Aa/At = 0.79/ 1.227 = 0.64
Segn la Tabla 6.2, parte 4, el valor de Aa/At debera ser mayor, pero se acepta
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
4. Clculo de la altura (h w ) y cresta (hi) del derramadero
De la Tabla 6.2, parte 3 indica:
Profundidad de lquido = h w + hi : debe estar entre 50 y 100 mm
Tomamos h w = 50 mm
De la ecuacin de Francis Derramadero efectivo Derramadero rea
4~ - 1.8*?/*
Considerando W y Weff
*.-(*rK;) 2/3
Y de la geometra
Tenemos entonces 2 ecuaciones con dos incgnitas. Resolviendo se obtiene
hi = 20 mm h, + hw = 20 + 50 = 70 mm
5. Clculo de la cada de presin del gas (h G )
hG = h D + h L + h R
a) Cada de presin en plato seco (hD)
Es la suma de tres trminos:
VPG W ,*-)++( ,-)
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
Donde Co : Coeficiente de orificio f : Factor de friccin de Fanning
Re=MA, V o = Q
MG AO
b) Cada de presin a travs del lquido o carga hidrulica (hL)
Se calcula con:
hL - 6.10 X 10" 3 + 0.725V - 0.mhwVaP%5 + 1.225^
jr Q T + W Donde v a = z = ~ A 2
c) Cada de presin residual (hR)
Resultados: h D = 56.4 mm h L = 10.6 mm h R = 5,7 mm
entonces ho = 72.7 mm
6. Clculo del retroceso en el vertedero
a) Cada de presin a la entrada de lquido (h2)
Se estima como 3 cabezas de velocidad
V2 3 ( q ^ fu = 3
2g 2g Ada
Ada : El valor mnimo de Ad (rea del derramadero) y s W (rea vertical de ingreso de lquido
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO TRANSFERENCIA DE MASA"
Ad = 0.108 m 2
sW = 0.0219 m 2 , entonces Ada = 0.0219 m 2
h 2 = 8.0 mm
entonces, el retroceso en el vertedero
h 3 = ho + h 2 = 72.7 + 8.0 = 80.7 mm
Para que se pueda operar con seguridad:
hi + hw + h 3 < t / 2
20 + 50 + 80.7 = 150.7 mm < 250 mm
entonces el "t" asumido es satisfactorio
se cumple
7. Clculo de la velocidad de lloriqueo
Se debe cumplir Vow < Vo para que no exista lloriqueo
i ^ = o . o 2 2 9 - A _ ^ r v r m ) 8c \Zc(>GdoPG} \o! \Vjp*l
2.8/(Z/4) 0.724
De los clculos
Vow = 8.71 m/s
Vo =30.0 m/s
Se cumple
8. Clculo del arrastre fraccional (E)
Como V
= 0.8 0.5
= 0.0623
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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SEPARATAS DEL CURSO "TRANSFERENCIA DE MASA"
0.001 L U 0.005 0.01 0.02 0.04
J 6'
0_10 0.2 0.4 1.0
AL
PL
Del grfico se obtiene E = 0.05 < 0.10 Es aceptable
9. Clculo de la cada de presin (AP)
De la Tabla 6.1, parte 5 , se recomienda para P = 1 atm , una cada de presin de 500 a 800 N/m 2
A partir de
p _ Arj PL S = 685.4- 2 s e cumple ge
Autor: Ing. Pedro Pizarra Sols ppizarrosolis@yahoo.com
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