INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS

Tema del ensayo: DISEÑO DE TORRES DE ABSORCIÓN

Titular: ING. QUÍMICO SERGIO LLANES CASTELLANOS

Equipo:

BUTRÓN SANTIAGO ELIEL

GONZALEZ MENDEZ JONATHAN STEVEN

MARTINEZ ALOR LUIS IGNACIO

ING. BIOQUÍMICA

7 “B”

INTRODUCCIÓN

La  absorción es una operación unitaria de transferencia de materia

entre fases, utilizada para la separación de uno o más componentes de una

mezcla de gases por absorción de los mismos en un líquido adecuado. Esta

operación, basada en la transferencia de materia en una interfase, está

controlada en gran parte por las velocidades de difusión. La absorción,

generalmente, se realiza en columnas de platos o de relleno. En el

primer caso, la transferencia de materia se realiza en cada plato,

llegándose al equilibrio siempre y cuando se suponga que la e f i cac ia

de l p la to sea to ta l . Para las co lumnas de re l leno , la

t rans fe renc ia de mate r ia se rea l i za a lo la rgo de toda la

co lumna, de fo rma con t inua . E l modo más frecuente de operar es

haciendo circular las corrientes de gas y líquido en contracorriente, ya que

así se obtiene un mayor gradiente de concentración, lo que facilita que la

absorción se mas rápida. A veces la absorción puede llevarse a cabo en

columnas de pulverización, de borboteo, de paredes mojadas, aunque también se

utilizan tanques de agitados y otros tipos de equipos. La columna empacada es un

dispositivo que consiste en un envolvente en forma de cilindro que tiene en su

interior un plato de soporte para el material de empaque, un dispositivo de

distribución de líquido, con un diseño tal que proporcione una irrigación eficaz al

empaque. Es posible implementar otros dispositivos para lograr una redistribución

del liquido que se puede encauzar hacia debajo de la pared. El diseño de una

columna de empacada involucra muchas etapas como por ejemplo seleccionar el

tipo y tamaño de empaque, determinar la altura de la columna para la separación

especificada, determinar el diámetro de la columna para manipular los flujos de

liquido y vapor, seleccionar y diseñar los dispositivos internos de la columna:

soportes de empaque, distribuidos de liquido. Los empaques para maximizar su

eficiencia tienen que maximizar el área específica, proporcionar distribución

uniforme de líquido y vapor a lo largo del lecho empacado.

DESARROLLO

Las columnas empacadas son usadas para destilación, absorción de gases, y

extracción liquido-liquido. El contacto liquido – gas en una columna empacada es

continua, no por etapas, como en una columna de platos. El flujo de liquido cae

hacia abajo en la columna sobre el área de empaque y el gas o vapor, asciende

en contracorriente, en la columna. En algunas columnas de absorción de gases se

usa corrientes en flujo co-corriente.

Para poder distinguir los tipos de columnas empacadas es necesario saber su

clasificación y estas se clasifican según el empaque:

Columnas Empacadas con Empaque al Azar o Aleatorios

Columnas Empacadas con Empaque Regulares

Los empaques al azar son aquellos que simplemente se arrojan en la torre durante

la instalación y que se dejan caer en forma aleatoria. Estos empaques

actualmente son fabricados y ya no se utilizan materia como piedras rotas, grava o

coque; aunque estos materiales resultan baratos, no son adecuados debido a la

pequeña superficie y malas características con respecto al flujo de fluidos.

Los más comunes son:

a) Montura berl

b) Montura intalox

c) Anillo raschig

d) Anillo pall

Los anillos raschig son cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100 mm o más.

Pueden fabricarse de porcelana industrial, que es útil para poner en contacto a la

mayoría de los líquidos, con excepción de álcalis y ácido fluorhídrico; de carbón

que es útil, excepto en atmósferas altamente oxidantes; de metales o de plásticos.

Mientras que los anillos raschig son cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100

mm o más. Pueden fabricarse de porcelana industrial, que es útil para poner en

contacto a la mayoría de los líquidos, con excepción de álcalis y ácido fluorhídrico;

de carbón que es útil, excepto en atmósferas altamente oxidantes; de metales o

de plásticos. Los empaques que conforman un tipo de silla de montar son

llamados montura de berl e intalox y sus variaciones se pueden conseguir en

tamaños de 6 a 75 mm; se fabrican de porcelanas químicas o plásticos.

El anillo Pall, es un cilindro con paredes ranuradas y lenguas o costillas internas,

siendo el diámetro y la altura del anillo iguales. Los anillos son fabricados en

Polipropileno (PP) y una gran variedad de metales, Los anillos Pall tienen la forma

aproximada de los anillos Raschig, excepto que las paredes han sido abiertas y se

han adicionado superficies interiores y deflectores.

EMPAQUES REGULARES

Hay gran variedad de estos empaques. Los platos de contracorriente, que  ya  se

consideraron, son una forma de empaque regular. Los empaques regulares

ofrecen las ventajas de una menor caída de presión para el gas y un flujo mayor,

generalmente a expensas de una instalación más costosa que la necesaria para

los empaques aleatorios. Los anillos hacinados de Raschig son económicos solo

en tamaños muy grandes. Hay varias modificaciones de los empaques metálicos

expandidos. Las rejillas o “vallas” de madera no son caras y se utilizan con

frecuencia cuando se requieren volúmenes vacíos grandes; como en los gases

que llevan consigo el alquitrán de los hornos de coque, o los líquidos que tienen

partículas sólidas en suspensión.

MEZCLAS BINARIAS

Estas mezclas se encuentran presentes dentro de las columnas empacadas y

para su mayor entendimiento es importante son una mezcla de dos constituyentes

A y B que presenta una sola fase y que mantiene la misma composición

fisicoquímica a nivel macroscópico, en todo el espacio que ocupa.

La composición fisicoquímica de la mezcla se establece mediante las

concentraciones de A y B.

ALTURA DEL EMPAQUE.

Con el fin de determinar la pérdida de carga de una columna, o si el relleno es

aleatorio o estructurado, se encontró que ésta depende en gran medida del factor

de empaquetamiento, FP, con lo que Kister y Gill propusieron la siguiente

ecuación:

Una correlación que se emplea para obtener la pérdida de carga del gas seco fue

desarrollada por Billet y Schultes a partir de un gran número de estudios

experimentales usando diferentes tipos de materiales de relleno e incluyendo los

rellenos estructurados.

KW se denomina factor de pared: Diámetro efectivo del relleno

Coeficiente de resistencia del relleno seco

Donde NRe es el número de Reynolds modificado para el gas y CP es una

constante del relleno que se encuentra tabulada para distintos rellenos.

Cuando se comienza a introducir el líquido en la columna se produce un aumento

de la pérdida de carga.

DIAMETRO DE LA COLUMNA

Para la estimación del diámetro, se deben tener en cuenta factores como: la carga

del líquido, la inundación y la caída de presión. La carga de líquido específica

depende de las características del relleno y de la viscosidad, la densidad y la

velocidad superficial del líquido, según la expresión a dimensional:

Donde:

Número de Froude para el

líquido.

Número de Reynolds para el

líquido.

Relación entre el área

hidráulica específica, ah, y el

área superficial específica del

relleno, a.

 

Los parámetros a y Ch dependen del tipo y el tamaño del relleno.

El diámetro de la columna se debe determinar de forma que se evite la

inundación y que ésta opere en la zona estable con una pérdida de carga que no

supere los 0,054 psi/ft de relleno (1,22 Pa/m). Además el diámetro nominal de

las piezas empleadas como relleno aleatorio no debe ser mayor de 1/8 del

diámetro de la columna.

El diámetro de la torre resulta:

CONCLUSIÓN

La absorción de gases es una operación unitaria de transferencia de materia en la

cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido a fin de disolver, de

manera selectiva, uno o más componentes del gas y obtener una solución de

éstos en el líquido. El gas que queda libre de los componentes se denomina gas

limpio o gas agotado. La absorción es una operación unitaria que tiene una gran

importancia dentro de los procesos químicos. El diseño de una torre de absorción

es un proceso de gran prioridad ya que es nuestra base para el proceso de

absorción. Para el diseño de una columna de relleno debemos tener en cuenta

que se debe conseguir el máximo de transferencia del contaminante con el mínimo

consumo de energía y tamaño de la columna es decir, con el mínimo coste. Dentro

de la torre de absorción podemos resaltar los cálculos que se realizan en la

misma, el cálculo principal en el diseño de la columna es la altura de relleno

necesaria para conseguir la transferencia deseada de contaminante al líquido, en

función del equilibrio que tenga entre gas y líquido. Existen otros parámetros

importantes, como son el diámetro de la columna, los caudales de gas residual y

líquido, si es de platos o de relleno si es de relleno es importante elegir

correctamente el tipo de relleno. Las columnas empacadas son usadas para

destilación, absorción de gases, y extracción liquido-liquido. El contacto liquido gas

en una columna empacada es continua, no por etapas, como en una columna de

platos, cabe resaltar que existen dos tipos de columnas empacadas que son:

Columna empacada con empaque al azar o aleatorios y Columnas empacadas

con empaque regulares. Las mezclas binarias son una mezcla de dos

constituyentes A y B que presenta una sola fase y que mantiene la misma

composición fisicoquímica a nivel macroscópico, en todo el espacio que ocupa.

Dentro de las características de los empaques podemos mencionar que son

químicamente inertes frente los fluidos de la torre, resistentes mecánicamente sin

tener peso y proporcionan un buen contacto entre el líquido y el gas. Sin duda

alguna la absorción o lavado de gases es un proceso de gran importancia ya que

podemos separar componentes de una mezcla.