fluidización 2014 pizarro

Departamento Académico de Laboratorio de Ingeniería Operaciones Unitarias Química II

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)

FACULTAD DE QUÍMICA, ING. QUÍMICA E ING. AGROINDUSTRIAL

DEPARTAMENTO DE OPERACIONES UNITARIAS

PRÁCTICA N° 2 : FLUIDIZACIÓN

CURSO : Laboratorio de Ingeniería Química II

PROFESOR : Ing. Raúl Germán Pizarro Cabrera

FECHA DE REALIZACIÓN :03 de Septiembre del 2014

FECHA DE ENTREGA :10 de Septiembre del 2014

GRUPO :“C”

INTEGRANTES :APONTE CUCHO, Andrés Eduardo 10070103GARCIA HANCCO, Juan Diego 10070198REYNOSO BASURTO, Miguel Diógenes 10070172VALENTIN CABALLERO, Diego 10070197

Ciudad Universitaria, Septiembre del 2014

Informe Nº 2: Fluidización 1


I. ÍNDICE DE CONTENIDO

I. Índice de contenido 2

II. Resumen 3

III. Introducción 4

IV. Principios teóricos 5

V. Detalles experimentales 11

VI. Tabla de datos Experimentales 12

VII. Tabla de Resultados 18

VIII. Discusión de resultados 22

IX. Conclusiones 23

X. Recomendaciones 24

XI. Bibliografía 25

XII. Apéndice 26

1. Ejemplo de cálculos 26

2. Gráficas 32



II. RESUMEN

El objetivo de la presente práctica sobre “fluidización” es el estudio del flujo en lechos fijos y fluidizados. Se determinarán las caídas de presión en un lecho fijo y fluidizado para luego compararlas con los modelos de Carman, Leva y Ergun; la porosidad y velocidad mínima de fluidización correspondiente a un lecho fluidizado.

Se realiza en 2 etapas: para flujo ascendente y descendente La caída de presión para estas etapas se ha calculado por la ecuación de Max Leva, Karman y Ergun; siendo en el flujo ascendente para el último caudal de 8.25*10-6(m3/s) la ecuación de Karman la de mejor aproximación con respecto a los valores experimentales para flujo ascendente para el lecho fijo obteniendo una desviación para la ecuación de Max Leva de 58.98de error, la ecuación 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 ecuación de Max Leva, 63.63 % de error, la ecuación de Karman 59.58 %de error y la de Ergun da 54.64% ,siendo la de ergun la de mayor aproximación.

También se obtuvo un punto mínimo de fluidización 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. INTRODUCCIÓN

La fluidización se da cuando una corriente de fluido atraviesa, de abajo hacia arriba, un lecho de sólidos granulares, cuyo tamaño de partícula varía entre límites estrechos. Al aumentar la velocidad de esta corriente de fluido se establece un gradiente de presión. Cuando las pérdidas de presión se acerquen al valor del peso del lecho por unidad de superficie de sección transversal al flujo, las partículas sólidas comienzan a moverse y constituye el comienzo del proceso de fluidización.

La utilización amplia de la fluidización, comenzó en los reactores catalíticos de cracking en la industria del petróleo. Actualmente se aplica la fluidización a muchos procesos catalíticos y a otras operaciones, tales como el secado de cristales. Las principales ventajas de la fluidización son, que asegura el contacto del fluido con todas las partes de las partículas sólidas; mantiene una uniformidad completa de los sólidos debido a la total agitación del lecho, y hace que las variaciones de temperatura sean mínimas en reactores de gran tamaño, a causa también de la vigorosa agitación.

El fenómeno de fluidización debe cumplir ciertas condiciones como por ejemplo la velocidad del fluido debe ser lo suficientemente alta como para suspender las partículas, pero a la vez no tan elevada como para expulsar las partículas fuera del recipiente. Las partículas sólidas rotan en el lecho rápidamente,creándose un excelente mezclado. El material que se fluidiza es casi siempre un sólido y el medio que fluidiza puede ser tanto líquido como gas. Las características y comportamiento de los lechos fluidizados dependen fuertemente de las propiedades del sólido y del fluido.



IV. PRINCIPIOS TEÓRICOS

La fluidización es una operación unitaria que involucra contacto directo entre partículas sólidas finamente divididas, cuyos diámetros se encuentran entre límites estrechos, y fluidos tales como el gas o líquido. Se dice que el lecho esta fluidizado cuando la fuerza de arrastre debida al flujo es igual al peso de éstas. La fluidización constituye una operación de características intermedias entre el desplazamiento de sólidos en el seno de fluidos, y el flujo de fluidos entre partículas sólidas.

Hidrodinámicamente, existe poca diferencia entre Fluidización y Sedimentación. El hecho de que el fluido o el sólido sea el que tiene movimiento con respecto al recipiente de contención es lo que hace posible la distinción entre Fluidización y Sedimentación.

MECANISMO DE FLUIDIZACION

Considere un tubo vertical parcialmente lleno con un fino material granular, como se muestra en la Figura Nº1. El tubo está 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 través del lecho sin dar lugar a ningún movimiento de partículas. Si las partículas son muy pequeñas, el flujo en los canales existentes entre ellas será laminar y la caída de presión a través del lecho será proporcional a la velocidad superficial (Vo). A medida que aumenta la velocidad, aumenta la caída de presión, pero las partículas no se mueven y la altura del lecho permanece invariable. Para una cierta velocidad, la caída de presión a través del lecho se equilibra, y un posterior aumento de la velocidad, provoca el movimiento de las partículas. Esto corresponde al punto A de la gráfica.

Figura Nº1: Caída de presión y altura de lecho vs. Velocidad superficial



Al aumentar más la velocidad, las partículas están lo suficientemente separadas para moverse en el lecho y entonces comienza la fluidización (punto B).Una vez que el lecho está fluidizado, la caída de presión a través del lecho permanecerá constante, pero la altura del lecho continuará aumentando con el flujo.Si se reduce en forma gradual la velocidad de flujo en el lecho fluidizado, la caída de presión permanece constante y la altura del lecho disminuye (línea BC). Sin embargo la altura final del lecho será mayor que la inicial para el lecho fijo, debido a que los sólidos vertidos en el tubo tienden a empaquetarse mejor que los sólidos que se asientan lentamente a partir de un estado fluidizado.

En el punto B se considera la velocidad mínima de fluidización VOM. En la figura Nº2 se observa con mejor detalle la variación de la presión con la velocidad superficial.

Fig.Nº2: muestra la dependencia del caudal de fluido con la caída de presión que origina el lecho.

El punto B indica la caída de presión que equilibra el peso del lecho; mientras que la curva BC muestra un lecho inestable, debido a los pequeños movimientos y reajustes de partículas. En el punto C el lecho adquiere la mínima compacidad, y se conoce como punto crítico de fluidización. En el punto D la fluidización es más completa, y en el punto E las partículas 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 fracción de huecos, ε: Es la relación que existe entre el volumen de huecos del lecho y su volumen total.



2. Esfericidad de una partícula, φ: nos da una descripción de cuanto una partícula se acerca a la forma de una esfera. Es la medida más útil para caracterizar la forma de partículas no esféricas e irregulares. Se define como:

φ=(superficie .de .una.esferasuperficie .de . la . particula )igual .volumen

La esfericidad de las partículas y la porosidad del lecho están relacionadas. La FIG 3 muestra los datos típicos de fracción de huecos para lechos de relleno. La fracción de huecos disminuye a medida que la esfericidad aumenta.

Figura Nº3: Esfericidad en función de la porosidad para lechos

Conforme aumenta la velocidad del fluido y la pérdida de presión, la capa se dilata y la oscilación de cada una de las partículas aumenta en velocidad y amplitud. El recorrido libre medio de las partículas entre choque y choque aumenta al crecer la velocidad del fluido. Paralelamente, aumenta la porosidad del lecho. Esta expansión del lecho continúa al seguir aumentando la velocidad del fluido, hasta que cada partícula se comporta como un ente individual cuyos desplazamientos no se ven impedidos por la acción de cualquier otra partícula sólida.

RELACIÓN DE ESPACIO LIBRE ENTRE LAS PARTICULASLa relación de espacio libre entre partículas representa la porosidad del lecho fluidizado. Se representa con εmfen condiciones de fluidización mínima.

El conocimiento del valor numérico de εmf es muy importante en el estudio de la fluidización. La forma más común de hacerlo es mediante experimentos, y se realiza de la siguiente manera:

∈0=¿


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