fluidización 2014 pizarro

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Departamento Acadmico de Laboratorio de Ingeniera Operaciones Unitarias Qumica II UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Per, Decana de Amrica)

FACULTAD DE QUMICA, ING. QUMICA E ING. AGROINDUSTRIALDEPARTAMENTO DE OPERACIONES UNITARIAS

PRCTICA N 2: FLUIDIZACIN

CURSO : Laboratorio de Ingeniera Qumica II

PROFESOR: Ing. Ral Germn Pizarro Cabrera

FECHA DE REALIZACIN:03 de Septiembre del 2014FECHA DE ENTREGA:10 de Septiembre del 2014

GRUPO:CINTEGRANTES:APONTE CUCHO, Andrs Eduardo 10070103GARCIA HANCCO, Juan Diego 10070198REYNOSO BASURTO, Miguel Digenes 10070172VALENTIN CABALLERO, Diego 10070197

Ciudad Universitaria, Septiembre del 2014

I. NDICE DE CONTENIDO

I. ndice de contenido2

II. Resumen3

III. Introduccin4

IV. Principios tericos5

V. Detalles experimentales11

VI. Tabla de datos Experimentales12

VII. Tabla de Resultados18

VIII. Discusin de resultados22

IX. Conclusiones23

X. Recomendaciones24

XI. Bibliografa25

XII. Apndice26

1. Ejemplo de clculos26

2. Grficas32

II. RESUMEN

El objetivo de la presente prctica sobre fluidizacin es el estudio del flujo en lechos fijos y fluidizados. Se determinarn las cadas de presin en un lecho fijo y fluidizado para luego compararlas con los modelos de Carman, Leva y Ergun; la porosidad y velocidad mnima de fluidizacin correspondiente a un lecho fluidizado. Se realiza en 2 etapas: para flujo ascendente y descendente La cada de presin para estas etapas se ha calculado por la ecuacin de Max Leva, Karman y Ergun; siendo en el flujo ascendente para el ltimo caudal de 8.25*10-6(m3/s) la ecuacin de Karman la de mejor aproximacin con respecto a los valores experimentales para flujo ascendente para el lecho fijo obteniendo una desviacin para la ecuacin de Max Leva de 58.98de error, la ecuacin de Karman de 54.42 de error y la de Ergun de 48.85 Para flujo descendente en lecho fijo, considerando el primer caudal de 8.25*10-6se tiene para la ecuacin de Max Leva, 63.63 % de error, la ecuacin de Karman 59.58 %de error y la de Ergun da 54.64% ,siendo la de ergun la de mayor aproximacin.Tambin se obtuvo un punto mnimo de fluidizacin experimental para lecho ascendente de 0.3 Kg/m2s y 1700 Kgf/m2 y para el lecho descendente de 0.4 Kg/m2s y 1700 Kgf/m2.

III. INTRODUCCIN

La fluidizacin se da cuando una corriente de fluido atraviesa, de abajo hacia arriba, un lecho de slidos granulares, cuyo tamao de partcula vara entre lmites estrechos. Al aumentar la velocidad de esta corriente de fluido se establece un gradiente de presin. Cuando las prdidas de presin se acerquen al valor del peso del lecho por unidad de superficie de seccin transversal al flujo, las partculas slidas comienzan a moverse y constituye el comienzo del proceso de fluidizacin.La utilizacin amplia de la fluidizacin, comenz en los reactores catalticos de cracking en la industria del petrleo. Actualmente se aplica la fluidizacin a muchos procesos catalticos y a otras operaciones, tales como el secado de cristales. Las principales ventajas de la fluidizacin son, que asegura el contacto del fluido con todas las partes de las partculas slidas; mantiene una uniformidad completa de los slidos debido a la total agitacin del lecho, y hace que las variaciones de temperatura sean mnimas en reactores de gran tamao, a causa tambin de la vigorosa agitacin.El fenmeno de fluidizacin debe cumplir ciertas condiciones como por ejemplo la velocidad del fluido debe ser lo suficientemente alta como para suspender las partculas, pero a la vez no tan elevada como para expulsar las partculas fuera del recipiente. Las partculas slidas rotan en el lecho rpidamente,crendose un excelente mezclado. El material que se fluidiza es casi siempre un slido y el medio que fluidiza puede ser tanto lquido como gas. Las caractersticas y comportamiento de los lechos fluidizados dependen fuertemente de las propiedades del slido y del fluido.

IV. PRINCIPIOS TERICOS

La fluidizacin es una operacin unitaria que involucra contacto directo entre partculas slidas finamente divididas, cuyos dimetros se encuentran entre lmites estrechos, y fluidos tales como el gas o lquido. Se dice que el lecho esta fluidizado cuando la fuerza de arrastre debida al flujo es igual al peso de stas. La fluidizacin constituye una operacin de caractersticas intermedias entre el desplazamiento de slidos en el seno de fluidos, y el flujo de fluidos entre partculas slidas.Hidrodinmicamente, existe poca diferencia entre Fluidizacin y Sedimentacin. El hecho de que el fluido o el slido sea el que tiene movimiento con respecto al recipiente de contencin es lo que hace posible la distincin entre Fluidizacin y Sedimentacin.

MECANISMO DE FLUIDIZACION

Considere un tubo vertical parcialmente lleno con un fino material granular, como se muestra en la Figura N1. El tubo est abierto por la parte superior y tiene una placa porosa en el fondo. El aire entra por debajo de la placa distribuidora con una baja velocidad de flujo y asciende a travs del lecho sin dar lugar a ningn movimiento de partculas. Si las partculas son muy pequeas, el flujo en los canales existentes entre ellas ser laminar y la cada de presin a travs del lecho ser proporcional a la velocidad superficial (Vo). A medida que aumenta la velocidad, aumenta la cada de presin, pero las partculas no se mueven y la altura del lecho permanece invariable. Para una cierta velocidad, la cada de presin a travs del lecho se equilibra, y un posterior aumento de la velocidad, provoca el movimiento de las partculas. Esto corresponde al punto A de la grfica.

Figura N1: Cada de presin y altura de lecho vs. Velocidad superficial

Al aumentar ms la velocidad, las partculas estn lo suficientemente separadas para moverse en el lecho y entonces comienza la fluidizacin (punto B).Una vez que el lecho est fluidizado, la cada de presin a travs del lecho permanecer constante, pero la altura del lecho continuar aumentando con el flujo.Si se reduce en forma gradual la velocidad de flujo en el lecho fluidizado, la cada de presin permanece constante y la altura del lecho disminuye (lnea BC). Sin embargo la altura final del lecho ser mayor que la inicial para el lecho fijo, debido a que los slidos vertidos en el tubo tienden a empaquetarse mejor que los slidos que se asientan lentamente a partir de un estado fluidizado.

En el punto B se considera la velocidad mnima de fluidizacin VOM. En la figura N2 se observa con mejor detalle la variacin de la presin con la velocidad superficial.

Fig.N2: muestra la dependencia del caudal de fluido con la cada de presin que origina el lecho.

El punto B indica la cada de presin que equilibra el peso del lecho; mientras que la curva BC muestra un lecho inestable, debido a los pequeos movimientos y reajustes de partculas. En el punto C el lecho adquiere la mnima compacidad, y se conoce como punto crtico de fluidizacin. En el punto D la fluidizacin es ms completa, y en el punto E las partculas dejaran el lecho debido al gran flujo.

FLUJO A TRAVES DE LECHOS RELLENOSEl comportamiento de un lecho relleno viene caracterizado principalmente por las siguientes magnitudes: 1. Porosidad del lecho o fraccin de huecos, : Es la relacin que existe entre el volumen de huecos del lecho y su volumen total.2. Esfericidad de una partcula, : nos da una descripcin de cuanto una partcula se acerca a la forma de una esfera. Es la medida ms til para caracterizar la forma de partculas no esfricas e irregulares. Se define como:

La esfericidad de las partculas y la porosidad del lecho estn relacionadas. La FIG 3 muestra los datos tpicos de fraccin de huecos para lechos de relleno. La fraccin de huecos disminuye a medida que la esfericidad aumenta.

Figura N3: Esfericidad en funcin de la porosidad para lechos

Conforme aumenta la velocidad del fluido y la prdida de presin, la capa se dilata y la oscilacin de cada una de las partculas aumenta en velocidad y amplitud. El recorrido libre medio de las partculas entre choque y choque aumenta al crecer la velocidad del fluido. Paralelamente, aumenta la porosidad del lecho. Esta expansin del lecho contina al seguir aumentando la velocidad del fluido, hasta que cada partcula se comporta como un ente individual cuyos desplazamientos no se ven impedidos por la accin de cualquier otra partcula slida.RELACIN DE ESPACIO LIBRE ENTRE LAS PARTICULASLa relacin de espacio libre entre partculas representa la porosidad del lecho fluidizado. Se representa con mfen condiciones de fluidizacin mnima.El conocimiento del valor numrico de mf es muy importante en el estudio de la fluidizacin. La forma ms comn de hacerlo es mediante experimentos, y se realiza de la siguiente manera:

Informe N 2: Fluidizacin - 8 -