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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE QUIMICA LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA 3 HIDRODINAMICA DE UNA COLUMNA EMPACADA GARCIA VAZQUEZ DIEGO ARMANDO 314137560 FECHA DE EXPERIMENTACION 6-03-2019 FECHA DE ENTREGA 20-03-2019

Problema El tiempo de gas (aire) en kg / hy de las líneas de presión en la unidad de longitud en kgf / m2 en la torre, le garantiza un buen funcionamiento. permanente de la columna empacada.

INTRODUCCIÓN Las torres empacadas son equipos de transferencia de masa gas-líquido ampliamente usados en operaciones tales como: absorción (física y química), Desorción, extracción, deshumidificación, entre otras. Sus constituyentes internos Son: sistemas de alimentación, distribución y redistribución; retenedores y soportes de empaques; Colectores de líquido y eliminadores de arrastre. Las torres empacadas son columnas verticales llenas con empaque o con Dispositivos de superficie grande, utilizados para el contacto continuo del líquido y del gas, tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela. Para el funcionamiento correcto de una columna empacada, requiere varios constituyentes, Los que se describen a continuación: Empaque. La función del relleno es maximizar el área de contacto gas - líquido (superficie Específica y el espacio vacío por unidad de volumen (porosidad del lecho), Minimizar la retención de líquidos y las incrustaciones, entre otros. En los rellenos desordenados, para evitar la tendencia del líquido a segregarse hacia las paredes y a fluir por el centro de la columna (canalización), se recomienda que el diámetro de las piezas individuales sea menor que 1/8 del diámetro de la torre. Para diámetro inferior a 0,3 m, tamaño del empaque inferior a 25 mm; entre 0,3 – 0,9 m, entre 28 – 38 mm; superior a 0,9 m, entre 50 – 75 mm. Soporte y contenedores del empaque La función de los platos de soporte es sostener el peso del empaque seco y tener una amplia área libre para permitir el flujo de líquido y del gas con un mínimo de refrenado y caída de presión. Se emplean rejillas con espaciados anchos; pero se prefiere un soporte donde las entradas del gas son proporcionadas sobre el nivel donde el líquido fluye desde el lecho, proporcionando paso separado del líquido y del gas. Los contenedores de empaques evitan el levantamiento del empaque durante un aumento repentino del gas. Distribuidor y redistribuidor de líquidos El distribuidor de líquido debe garantizar la irrigación adecuada del empaque y distribución uniforme del líquido, resistencia a la obstrucción baja caída de presión. Se considera necesario proporcionar al menos cinco puntos de introducción del líquido por cada 0,1 m2 de sección transversal para diámetros de la torre mayor a 1,2 m y un número mayor para diámetros pequeños. Colectores de Líquidos Los colectores de líquido se instalan para realizar extracciones laterales, o entre lechos sobre cada redistribuidor. No deben bloquear el flujo ascendente y deben permitir un mezclado efectivo del líquido antes de extraerlo, para evitar gradientes de concentración. Eliminador de arrastre Los eliminadores de arrastre o neblina se usan para evitar que a velocidades elevadas de gas, el gas que abandona la parte superior del empaque pueda 194 acarrear gotas del líquido como niebla. Estos pueden ser construidos como un colchón de mallas entretejida o con empaque seco al azar. Sistemas de alimentación Los sistemas de alimentación consideran la variación del flujo de alimentación y su estado de agregación (líquidos, mezcla Líquido – vapor).

Esquema de proceso L1

G2

L2

G1

Tablas de datos experimentales No. De empaque

Do (mm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

PROMEDIO

7,45 7,4 7,5 6,04 7,4 7,3 7,4 7,5 7,4 6,3 6,4 6,1 7,38 6 6,44 7,5 6,97

Di (mm) 5,8 5,9 5,9 4,51 5,8 5,9 5,8 5,5 5,98 4,4 4,78 4,1 5,9 4,6 4,62 5,8 5,33

L, longitud (mm) Ro (radio externo) Ri 9,1 3,725 9 3,7 9,3 3,75 8,6 3,02 8,8 3,7 8,74 3,65 8,7 3,7 7 3,75 7,9 3,7 6,9 3,15 7,22 3,2 7,1 3,05 8,54 3,69 9 3 8,18 3,22 9,4 3,75 8,34 3,48

2,9 2,95 2,95 2,255 2,9 2,95 2,9 2,75 2,99 2,2 2,39 2,05 2,95 2,3 2,31 2,9 2,67

A bases Ai 34,3415 31,3374 33,6779 25,3550 33,1752 29,0283 33,1752 40,8407 29,8445 31,9343 28,4496 32,0442 30,8731 23,3106 31,6189 35,5157 31,53

Ao 165,81 166,82 172,38 121,85 160,35 162,00 158,52 120,95 148,42 95,38 108,42 91,45 158,29 130,06 118,73 171,28 140,67

At 212,98 209,23 219,13 163,19 204,58 200,44 202,26 164,93 183,66 136,57 145,17 136,06 198,00 169,65 165,50 221,48 183,30

413,14 407,39 425,18 310,39 398,10 391,47 393,96 326,73 361,92 263,88 282,04 259,56 387,16 323,02 315,84 428,28 355,50

Memoria de calculo 1)Calculo del área de cada empaque 1.1)Radio externo Ro Ro  1.2)Radio interno Ri 

Do 2

Di 2

1.3) Área de las bases Área de las bases  2   RO2  Ri2  1.4) Área interna Área int erna    Di  L 1.5)Área externa Área Externa    Do  L 1.6) Área total de cada empaque Área total  Área de las bases  Área int erna  Área externa 2)Calculo del peso de los empaques

Peso de los emques  Peso de la probeta y empaques  Pesso de la probeta

3) Cálculo de la fracción de huecos  

Volumen de agua Volumen de la probeta

4) Cálculo de las densidades 4.1) Densidad aparente  aparente  4.2) Densidad real  real 

Peso de los empaques Volumen de la probeta

Peso de los empaques Volumen de la probeta  Volumen del agua

5) Cálculo del área superficial específica de los empaques secos / unidad de volumen empacado 5.1)Empaques / volumen Empaques por volumen 

N Volumen de la probeta

aV  Área total  Empaques por volumen

5.2)área superficial especifica

 cm 2   empaques     empaque   cm 3   

6) Cálculo del área transversal y volumen de la columna vacía 6.1) Área transversal de flujo Área transversal    

Diámetro   2  

6.2) Volumen de la columna

2

Volumen de la columna  Área transversal  Longitud de la columna

7) Cálculo del volumen de huecos en la columna Volumen de hue cos en la columna 

 Volumen de agua     Volumen de la columna  Volumen de la probeta 

8) Cálculo del área transversal de flujo entre los empaques Área transversal entre empaques   Área de la columna  Volumen de hue cos      Volumen de la columna    en la columna    

9)Calculo del flujo de aire en Kg/h

Flujo de aire del sistema= (𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑡𝑑 𝑎𝑙 100% ∗

%𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑃𝑠𝑡𝑑∗𝑇𝑠𝑖𝑠𝑡 )∗( ) 100 𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡∗𝑇𝑠𝑡𝑑

10)Calculo de flujo de aire por área transversal de huecos(G`) 𝐺 𝐺` = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑚𝑝𝑎𝑞𝑢𝑒 11)Calculo del flujo de agua por área transversal de huecos (L`) 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐿` = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑚𝑝𝑎𝑞𝑢𝑒 12)Ajuste de la correlación de Lobo 𝐺`2 𝑎 ( 𝜀 𝑣 ) 𝜇𝐿0,2 𝐿` 𝜌𝐺 1/2 ( ) ( ) 𝑉𝑆 𝐺` 𝜌𝐿 𝑔𝜌𝐺 𝜌𝐿 Donde: L` flujo de agua por área transversal de huecos G` Flujo de gas por área transversal de huecos ρL densidad liquido ρG densidad gas av área sespecifica de los empaques μL viscosidad del liquido ε fracción de huecos g gravedad

Ejemplo de calculo 1.1)Ro= 0,745/2= 0,3725cm 1.2)Ri= 0,58/2= 0,29cm 1.3) Área de bases=2*π*(0,3725^2-0,29^2)= 0,3434cm2 1.4) Area interna=π*(0,58cm)*( 0,91cm)= 1,66 cm2 1.5)Área externa=π*( 0,745cm)*( 0,91cm)= 2,13 cm2 1.6)Area total =0,3434 cm2 + 1,66 cm2 + 2,13 cm2= 4,13 cm2 2)Peso de los empaques=650g-370.9g= 279,1g 3)Fracción de huecos= 280cm3/400cm3=0,7 4)Densidad aparente 4.1)Densidad aparente = 279,1g/400cm3= 0,70g/cm3 4,2)Densidad real == 279,1g/(400cm3-280cm3)=2,33g/cm3 5) Cálculo del área superficial específica de los empaques secos / unidad de volumen empacado Empaque/v=904/400cm3=2,26 1/cm3 5,2)av=(3,56cm2)*( 2,26 1/cm3)= 8,03 1/cm 6.1)Área transversal de flujo= π*(0,53cm/2)2=0,22cm2 6.2)Volumen de la columna=(1,06m)*(0,22cm2)*100=23,66cm3 7)Volumen de huecos de la columna=(280cm3/400cm3)* 23,66cm3=16,56 cm3 8) área transversal de flujo entre los empaques= (0,22cm2/23,66cm3)* 16,56 cm3=0,16cm2

9)flujo de aire en Kg/h =(7,2m3/h)*(10%/100)((1atm*295,15K)/(0,77atm*298,15K))*(1,2021Kg/m 3)=1,113Kg/h 10) G´=1,113Kg/h/((8,03 1/cm)*(1m/1002cm2)= 71227,247Kg/hm2 11)L´=0Kg/h/((8,03 1/cm)*(1m/1002cm2)=0 Kg/hm2 12)Correlación de lobo 𝐿` 𝐺`

𝜌 1/2 =(0 𝜌𝐿

Eje x ( ) ( 𝐺)

𝐺`2 𝑎𝑣 )𝜇𝐿 0,2 𝜀

(

Eje y

𝑔𝜌𝐺 𝜌𝐿

=

(

Kg/hm2/71227,247Kg/hm2)*( 1,2021Kg/m3/1033,81734Kg/m3)1/2=0

(71227,247Kg/hm2)∗((8,03 1/cm)∗(1m/1002cm2) )(1,0167𝑐𝑃)0,2 0,7

127098720 (m h2)∗(1,2021Kg/m3)∗(1033,81Kg/m3)

=4831,120748