practica3

Fecha de entrega 14/Octubre/2010Laboratorio de Ingeniería Química IIIHIDRODINÁMICA DE UNA COLUMNA EMPACADA(PRÁCTICA 3)Día de labores:JuevesGrupo 11Hernández Zepeda José Carlos

HIDRODINÁMICA DE UNA COLUMNA EMPACADA(Propuesta de modificaciones)

PROBLEMA Encuentre usted para cada flujo de agua recomendado en la tabla siguiente, el intervalo de flujo de gas (aire) y de caídas de presión a través de la torre, que garanticen la operación a régimen permanente de la columna empacada.

TablaFlujos de agua recomendados5 L / h7 L / h9 L / h12 L / h15 L / h

DESARROLLO EXPERIMENTALPRIMERA PARTE

Calcule las propiedades físicas de los empaques de la columna, para ello, llene las siguientes tablas:

(1) Peso de la probeta

( g )361.2

(4) Peso de la probeta y empaques

( g )

577.4

2) Volumen de la probeta

(cm3)300

(5) Volumen de agua

(cm3)198

3) N número de empaques

836

.Diámetro interno de la columna 5.08 (cm)

Longitud empacada de la columna

106 (cm)

.No. de

empaque muestra

Do, diámetro externo

(cm)

Di, diámetro interno

(cm)

L, longitud(cm)

1 0.60 0.40 0.652 0.59 0.39 0.623 0.66 0.48 0.814 0.62 0.43 0.815 0.73 0.43 0.816 0.60 0.42 0.807 0.65 0.56 0.79

8 0.60 0.41 0.819 0.59 0.37 0.66

10 0.63 0.45 0.7911 0.59 0.38 0.5812 0.64 0.44 0.7713 0.63 0.43 0.7314 0.75 0.52 1.015 0.61 0.41 0.8216 0.62 0.43 0.82

Promedio 0.63 0.43 0.77

Cálculo del área total / pieza de empaqueRo 0.315 cm

Ri 0.215 cm

Área de las bases 0.333 cm^2

Área interna 1.04018 cm^2Área externa 1.5224 cm^2Área total / pieza de empaque

2.897 cm^2

.Cálculo del peso de los empaques

Peso de los empaques

216.2 g

.Cálculo de la fracción de huecos

Fracción de huecos

0.66

.Cálculo de las densidades

Densidad aparente

0.721 g/cm^3

Densidad real

1.325 g/cm^3

.Cálculo del área superficial específica de los empaques secos / unidad de volumen

empacadoEmpaques / volumen

2.787 1/cm^3

a v

8.073 1/cm

.

Cálculo del área transversal y volumen de la columna vacíaÁrea transversal de flujo

20.268 cm^2

Volumen de la columna

2148.440 cm^3

..Cálculo del volumen de huecos en la columna

Volumen de huecos en la columna

1417.970 cm^3

.Cálculo del área transversal de flujo entre los empaques

Área transversal entre empaques

13.377 cm^2

Tablas de datos experimentales para empaque seco y mojado

Temperatura del agua = 19 ºC Longitud empacada = 106 cmTemperatura del aire = 20 ºC

ROTAMETRO

DE AIRE m^3/h Cond LIQ

% STD m^3/h

100 7.2 7.483076923

90 6.48 6.734769231

80 5.76 5.986461538

70 5.04 5.238153846

60 4.32 4.489846154

50 3.6 3.741538462

40 2.88 2.993230769

30 2.16 2.244923077

20 1.44 1.496615385

10 0.72 0.748307692

Densidad del agua (kg/m^3)998.1715

a b c d-10.2158 1792.5 0.01773 -0.000012631

Viscosidad del agua (centipoises)1.095876161

0.06575257 Kg/m h

CORRECIÓN DE CAIDA DE PRESION

Densidad Hg (Kg/m^3)13579

Densidad aire (Kg/m^3)1.2091

Tabla 1.Flujo de agua=0 (L/h)

AIRE GP

domo P

fondo ΔP ΔP ΔP/L%

Aire m^3/h (kg/h)(cm H2O)

(cm H2O)

(cm H2O) (mm Hg) (Kgf/m^2 m)

10 0.748307692 0.904778831 64.7 63.8 0.9 0.661576221 8.485090283

20 1.496615385 1.809557662 65.3 63.2 2.1 1.543677848 19.79854399

30 2.244923077 2.714336492 66 62.5 3.5 2.572796414 32.9975733240 2.993230769 3.619115323 66.8 61.6 5.2 3.822440386 49.0249660850 3.741538462 4.523894154 68.1 60.4 7.7 5.66015211 72.5946613160 4.489846154 5.428672985 69.6 59 10.6 7.79189771 99.9355077870 5.238153846 6.333451815 71.3 57.2 14.1 10.36469412 132.933081180 5.986461538 7.238230646 73.4 55.1 18.3 13.45204982 172.5301691

Flujo de agua=5 (L/h)

AIRE GP

domoP



(cm H2O)

(cm H2O) (cm Hg) (Kgf/m^2 m)

10 0.748307692 0.904778831 65 63.8 1.2 0.882101628 11.3134537120 1.496615385 1.809557662 65.8 63.1 2.7 1.984728662 25.4552708530 2.244923077 2.714336492 66.7 62 4.7 3.454898041 44.3110270340 2.993230769 3.619115323 68.2 60.7 7.5 5.513135172 70.7090856950 3.741538462 4.523894154 70 58.2 11.8 8.673999337 111.248961560 4.489846154 5.428672985 74.9 53.8 21.1 15.51028695 198.928227770 5.238153846 6.333451815 82 48 34 24.99287945 320.5478551


AIRE GP

domoP



(cm H2O)


10 0.748307692 0.904778831 65 63.5 1.5 1.102627034 14.1418171420 1.496615385 1.809557662 65.9 62.6 3.3 2.425779476 31.111997730 2.244923077 2.714336492 67.3 61.2 6.1 4.484016607 57.5100563640 2.993230769 3.619115323 69.4 59.2 10.2 7.497863834 96.16435654


AIRE GP

domoP



(cm H2O)


10 0.748307692 0.904778831 65.2 63.5 1.7 1.249643972 16.0273927620 1.496615385 1.809557662 66.1 62.5 3.6 2.646304883 33.9403611330 2.244923077 2.714336492 67.5 61.3 6.2 4.557525075 58.4528441740 2.993230769 3.619115323 69.7 59.2 10.5 7.718389241 98.99271997


AIRE GP

domoP



(cm H2O)


10 0.748307692 0.904778831 65.2 63.4 1.8 1.323152441 16.9701805720 1.496615385 1.809557662 66 62.5 3.5 2.572796414 32.9975733230 2.244923077 2.714336492 67.4 60 7.4 5.439626703 69.76629788


AIRE GP

domoP



(cm H2O)


10 0.748307692 0.904778831 65.4 63.2 2.2 1.617186317 20.741331820 1.496615385 1.809557662 66.5 62.3 4.2 3.087355696 39.59708799

G´ 2(aV / 3) / (g G ) (L´ / G´) ( G / )1/2 Log X Log Y

0.260 0.020 -1.698970004 -0.585026652

0.230 0.025 -1.602059991 -0.6382721640.150 0.060 -1.22184875 -0.8239087410.110 0.100 -1 -0.958607315

0.055 0.300 -0.522878745 -1.2596373110.030 0.600 -0.22184875 -1.5228787450.009 2.000 0.301029996 -2.0457574910.004 4.000 0.602059991 -2.3979400090.003 5.000 0.698970004 -2.522878745

€

x =L'

G' ⎛ ⎝

⎞ ⎠ρGρL

⎛ ⎝

⎞ ⎠

1/ 2

y = G'2 av /ε 3( )μ L0.2 / gρGρL( )

L=0 L=5 L=7log x log y log x log y log x log y0.000 -2.314 -0.716 -2.314 -0.570 -2.3140.000 -1.712 -1.017 -1.712 -0.871 -1.7120.000 -1.359 -1.193 -1.359 -1.047 -1.3590.000 -1.109 -1.318 -1.109 -1.172 -1.1090.000 -0.916 -1.415 -0.9160.000 -0.757 -1.494 -0.757

0.000 -0.623 -1.561 -0.6230.000 -0.507

L=9 L=12 L=15log x log y log x log y log x log y

-0.461 -2.314 -0.336 -2.314 -0.239 -2.314-0.762 -1.712 -0.637 -1.712 -0.540 -1.712-0.938 -1.359 -0.813 -1.359-1.063 -1.109

Cuestionario

1.- Cuándo alimenta el aire con empaque seco, ¿observa algún cambio en el comportamiento interno de la columna?

Se observa un cambio de presión entre el domo y el fondo.

2.- Para un flujo de agua constante, cuando aumenta el flujo de aire ¿observa algún cambio en el comportamiento interno de las corrientes de líquido y del gas en la columna?. Si su respuesta es si, explique en qué consiste el cambio ¿A qué condiciones de caída de presión en la columna y de flujo de aire ocurre este cambio?

Se observa un cambio al aumentar el flujo de aire,se observa que esta va cayendo y recorriendo los empaques, y al llegar a un valor elevado de flujo de aire se observa que en la columna comienza a burbujear.3.- ¿Cuál es el flujo de aire máximo que se puede alimentar para cada flujo de agua recomendado?. Explique porqué no es posible alimentar un flujo mayor de aire

Flujo de Agua[L/h]

Máximo Flujo de Aire[Kg/h] (aprox)

5 6.337 3.629 3.6212 2.7115 1.81

En estos puntos se llega a los puntos de carga, y como se estaba cuidando el equipo electrónico no se puede alimentar mas flujo pues se inundaria la columna

4.- Elaborar la gráfica 1 de (ΔP/L Vs. G) para empaque seco

5.- ¿Cómo es la variación de (ΔP/L Vs. G) obtenida para empaque seco?

Aumenta la caída de presión conforme aumente el flujo.

6.- Hacer la gráfica 2 para cada uno de los flujos de agua recomendados de (ΔP/L Vs. G) sobre la grafica 1 del punto 4.

7.- ¿Cuál es el comportamiento observado en la gráfica del punto anterior?. Comparar estos perfiles con respecto a la obtenida para empaque seco. ¿La pendiente es constante?, ¿Sí o no?, explicar los cambios observados y en qué puntos

Se observa que a flujos bajos de aire, las caídas de presión son bajas, teniendo una buena transferencia de masa si asi lo fuera, cuando aumentamos el flujo tambien aumenta de forma considerable la caída de presión hasta que llegamos al punto de carga a un flujo determinado de agua.En esta gráfica se puede determinar el flujo máximo de aire permitido para trabajar en

condiciones de regimen permanente y sin puntos de carga.

8.- ¿Cómo se llaman estos puntos de cambio?

Puntos de Carga.

9.- En este caso, ¿De qué depende la caída de presión en la columna?Flujo de aireFlujo de aguaGeometría de la columnaTipo de empaque

10.- ¿Es conveniente trabajar la columna cerca de los flujos donde ocurren los cambios bruscos de ΔP?, ¿Sí o no?, ¿Por qué?

No, pues las caídas de presión altas en una columna se deben a que el aire empieza a generar un arrastre sobre el líquido. Esto ocasiona que el flujo de líquido a la salida sea muy bajo, teniendo un intercambio de materia muy bajo.

11.-Elaborar la gráfica 3 en coordenada logarítmicas para representar los comportamientos de las cantidades de las Tablas de datos experimentales. Colocar en

la ordenada G´ 2 (aV / 3) / (g G ) y en la abscisa las cantidades (L´ / G´) ( G /)1/2. Unir con una curvilínea los puntos de mayor ordenada.

12- Como resultado de la información obtenida durante todo el experimento asignar un nombre a la curva obtenida en el punto anterior

Curva en donde la columna empieza a tener puntos de inundación.

13.- Cuál es el significado físico de las ordenadas y las abscisas de la gráfica 3.¨Consultar las paginas 250 de Thomas K. Sherwood Absortion and Extraction y 48de Ocón Tojo. Estas figuras muestran una correlación generalizada para velocidades de inundación en torres empacadas y es una curva descendente a medida que aumentan los valores de la abscisa¨.

QuickTime™ and a decompressor

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En la ordenada muestra la velocidad másica del gas al cuadrado que

multiplica a una constante dada por (aV/ε3)μL0.2 /(g ρGρL )

y en la abscisa

€

L'

G' ⎛ ⎝

⎞ ⎠ρGρL

⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟

1/ 2

valores de corriente líquida entre corriente gaseosa que

multiplican a otra constante (ρG/ρL)1/2.

Si la velocidad másica del gas G´ permanece constante al incrementar la velocidad másica del líquido L´ se incrementan los valores del eje horizontal, al tomar un valor en este eje verticalmente se alcanza un punto en la curva de inundación para el cual un pequeño incremento de L´ es suficiente para impedir que cualquier cantidad de gas fluya en contracorriente a través del empaque.

Experimentalmente se aumentamo la velocidad másica del líquido en la torre en cada corrida,por lo que el valor de la velocidad másica del gas fue decreciendo(punto de carga)

14.- En la gráfica 3 trazar los siguientes datos experimentales de torres empacadas que reporta la literatura:

Comparar las curvas experimentales con la curva obtenida con los datos anteriores, explique sus conclusiones.Las curvas se parecen mucho, nuestra curva está ligeramente desfasada, lo que sucedió fue que la operación se realizo teniendo en mente cuidar el equipo electrónico, por lo cual se obtuvieron esos resultados.

15.- Para un proceso de absorción en esta columna. ¿Qué porcentaje de los valores de inundación recomienda para operar la columna a régimen permanente? Se recomienda trabajar en un intervalo entre 50% y 75% de la velocidad de inundación para el gasto esperado de líquido.

Foust, Alan S. PRINCIPIOS DE OPERACIONES UNITARIAS.

16.- Encuentre usted para cada flujo de agua recomendado en la tabla mencionada en el problema planteado, el intervalo de flujo de gas (aire) y de caídas de presión a través de la torre, que garanticen la operación a régimen permanente de la columna empacada.Tomando el ejemplo del Foust, se toma el intervalo a 60%

Flujo de Agua[L/h]

Intervalo de Flujo de Aire[Kg/h]

(60% VdI)

Intervalo de Caída de Presión

[Kgf/m2m](60% VdI)

5 0.9048 – 5.43 11.3 – 198.97 0.9048 – 2.71 14.2 – 57.59 0.9048 – 2.71 16.0 – 58.45

12 0.9048 – 1.81 17.0 – 32.99

15 0.9048 –0.905 20.8 – 35.59

Conclusión

En este tipo de experimentación se puede tener mas claridad de la transferencia de masa, y entender así como manipular las variables que ella involucra y poder dar un resultado efectivo.Se entiende mejor las condiciones de operación y se observan criterios para determinar resultados, estos criterios son totalmente experimentales.

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