Columnas de Empaque

Columnas de Empaque
Transferencia de Materia
1 Semestre 2011
Alonso Jaques
Contacto Gas-Liquido
Empaque
Parámetros y Grupos Relevantes
•
•
•
•
•
•
•
Porosidad, e.
Numero de Reynolds, Re
Numero de Froude, Fr
Velocidad Superficial
«Factor F»
Area especifica, a
Volumen de inventario, hold-up
Parámetros y Grupos Relevantes
Liquid Hold-Up (Volumen de Inventario de Liquido)
El flujo de gas, el hold up de liquido y la caida de presion
estan relacionados y definen el regimen de flujo.
ReL<5,
ReL>=5,
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Liquid Hold-Up (Volumen de Inventario de Liquido)
Para asegurar una completa cobertura del empaque
“wetting” velocidades mínimas son requeridas. Esto
representa el rol de la tensión superficial.
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Inundacion, (Flooding)
La velocidad de
inundación
esta con la
razón de
energía
cinética del
liquido/gas.
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Inundacion, (Flooding): Correlacion de Leva
La correlación generalizada de Leva, para columnas
empacadas define el siguiente parámetro:
El diámetro de la torre, DT, se calcula a partir d ella velocidad
superficial y un factor de inundación, f (0.5-0.7)
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Inundacion, (Flooding): Correlacion de Leva
Los factores de corrección por densidad y viscosidad
están dados por:
La correlación de Leva predice razonablemente las condiciones de
inundación, pero discrepa para la caída de presión.
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Caida de Presion
Kister & Gill proponen para la caida de presion en
inundacion:
Para la caida de presion en empaque secos (dry-bed), se
tiene la expresion de Ergun:
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Caida de Presion
Billet & Schultes proponen para la caída de presión, por
altura de empaque lT:
El factor de pared se incluye para considerar el efecto
diámetro de empaque con respecto a diámetro de torre.
El diámetro efectivo de empaque esta dado por:
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Caida de Presion
El factor de resistencia para empaque seco esta dado por
la expresión empírica:
En el caso de columnas irrigadas la caída de presión esta dada
por:
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Eficiencia de Transferencia de Materia. HETP
Una primera estimación para la altura de una columna
de empaque se puede obtener por los siguientes
criterios, (Kister):
1. Pall ring y similares con líquidos de baja viscosidad:
HETP [ft]=1.5 Dp [in]
2. Empaque estructurado a bajas y moderadas presiones con
líquidos de baja viscosidad:
HETP [ft]=100/a [ft2/ft3] +4/12
3. Absorción con líquidos viscosos: HETP = 5 a 6 [ft]
4. Servicio a vacío: HETP [ft] = 1.5 Dp [in] + 0.5
5. Altas presiones (>200 psia), HETP[ft] > 100/a +4/12
6. Pequeños diámetros de columnas, Dt<2 [ft]
HETP [ft]= Dt, pero no menor a 1 ft.
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Eficiencia de Trans. de Materia. Factor F
Considerando un
constante valor de
L/G, se puede ver
la independencia
de HETP con
respecto al factor
F:
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Eficiencia de Transferencia de Materia. HTU
Muchas veces en vez usar los coeficientes de
transferencia de materia, se reportan los valores de
HTU correspondiente a un determinado empaque y
sistema.
Considerando la siguiente expresión para
Se puede comparar la dependencia de HTU con L.
Adaptado de Seader & Henley, Ch.6,
Eficiencia de Transferencia de Materia. HTU
Muchas veces en vez usar los coeficientes de
transferencia de materia, se reportan los valores de
HTU correspondiente a un determinado empaque y
sistema.
Considerando la siguiente expresión para
Se puede comparar la dependencia de HTU con L:
Adaptado de Seader & Henley, Ch.6,
Eficiencia de Transferencia de Materia. HTU
Se puede comparar la dependencia de HTU con L:
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Eficiencia de Transferencia de Materia. kLa
La siguiente expresión empírica permite la estimación del
coeficiente de transferencia en la fase liquida.
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Eficiencia de Transferencia de Materia. kGa
La siguiente expresion empirica permite la estimacion del
coeficiente de transferencia en la fase gas.
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Eficiencia de Transferencia de Materia. HOG
Usando la teoría de la penetración y datos de transferencia
de materia, Billet y Schultes proponen las siguientes
expresiones.
1 1
𝐻𝐿 =
𝐶𝐿 12
1
𝐻𝐺 =
𝜖 − ℎ𝐿
𝐶𝑉
1/2
1/6
4𝜖
𝑎4
4ℎ𝐿 𝜖
𝐷𝐿 𝑎𝑢𝐿
1/6
1/2
𝑢𝑉 𝜌𝑉
𝑎𝜇𝑉
𝑢𝐿 𝑎
𝑎 𝑎𝑃ℎ
−3/4
𝜇𝑉
𝜌𝑉 𝐷𝑉
−1/3
𝑢𝑉 𝑎
𝐷𝐺 𝑎𝑃ℎ
Donde:
𝑎𝑃ℎ
= 1.5 𝑎
𝑎
1
−2
𝑑ℎ
𝑢𝐿 𝑑ℎ 𝜌𝐿
𝜇𝐿
−0.2
𝜖
𝑑ℎ = 4
𝑎
0.75
2
𝑢𝐿 𝜌𝐿 𝑑ℎ
𝜎
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2 −0.45
𝑢𝐿
𝑔𝑑ℎ
Criterios de Diseño
• La razón diámetro de columna a diámetro de empaque
debe ser idealmente:
30× Raschig rings
15 × Ceramic Saddles
10 × rings or plastic saddles
•
Caída de presión:
Destilacion, alta a medias presiones
= 32 to 63 mm water/ m packing
Destilacion aVacio = 8 to 16 mm water / m packing
Absorbedores y Desorbedores= 0.2 to 0.6 in water / ft packing
= 16 to 48 mm water / m packing
http://www.cheresources.com/packcolzz.shtml
Relleno Estructurado
Para relleno estructurado se reporta el HETP (HOG) vs. F,
además de caída de presión vs. F.
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