INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DISEÑO DE EQUIPOS INDUSTRIALES. DISEÑO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN DE PLATOS PERFORADOS. Profesor: Javier Díaz Romero. Grupo: 8IM3 Alumna: Ortiz Valenzuela Mireya Fecha de entrega: 4-junio-2012 PROBLEMA. Diseñe una columna de destilación de platos perforados para los fluidos anilina-tolueno en base a los siguientes datos obtenidos del balance de masa. Datos. Número de platos TEÓRICOS=26 A. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. De acuerdo al fluido que se maneja, se selecciona acero inoxidable 410, ya que es el material más resistente a la corrosión y desgaste, aún cuando los fluidos no son corrosivos. Lo anterior con el fin de que el plato no se deteriore al estar parada la columna o las perforaciones de los platos se agranden. B. Cálculo del Diámetro de la Columna. 1. Método de Souders-Brown. Determinación de la masa velocidad permisible de vapor (W) Con un diámetro de torre supuesto entre 1.5 a 6.0 m, una distancia entre platos de 61 cm y una , mediante la gráfica de la fig 10 pag. 23, se obtiene el valor de C=205 m/h en base a las unidades de la densidad de los fluidos en kg/m3. Por lo tanto ⁄ ⁄ Diámetro de la Torre (Dt) Donde: 2. Método de Inundación. Determinación del factor de capacidad de gráfica- C sbgraf. A partir del parámetro de flujo, la distancia entre platos= 61cm y la gráfica 32. ( ) ⁄ ( )⁄ Donde: Por lo tanto: Corrección del factor de capacidad Se corrige por el por ciento de área perforada y tensión superficial. Velocidad de vapor de diseño. Suponiendo una velocidad de vapor de diseño del 75% de la velocidad de inundación. Área de la torre Si escogemos el área de cada bajante como el 12% del área de la torre, tendremos que el área neta del flujo de vapor será del 88% At. Diámetro de la torre. | | () Se obtiene un diámetro promedio de los calculados por los métodos anteriores. C. Distancia entre platos. En base a la siguiente tabla y el diámetro de torre obtenido de 2.55 m, seleccionamos la distancia entre platos: Diámetro de la torre (m) Distancia entre platos cm in 0.75 a 1.50 45.7 18 0.75 a 3.0 45.7 ó 61 18 ó 24 1.5 a 6.0 61 24 6.0 o mayor 91.4 o mayor 36 o mayor Por lo tanto, la distancia entre platos escogida es de 61 cm. D. TIPOS DE FLUJO EN EL PLATO. Se selecciona un flujo cruzado en base al diámetro de la torre. Tomando en cuenta que los platos perforados trabajan satisfactoriamente y tienen una alta eficiencia debido al largo recorrido del líquido en el mismo con un paso se selecciona esta opción. E. DISTRIBUCIÓN DE ÁREAS EN EL PLATO. La zona de calma a la entrada del plato tendrá un ancho de 10 a 20 cm, la zona de calma de la salida puede tener un ancho de 7.5-10 cm. Tomando como guía la tabla siguiente, se determina la distribución de áreas en el plato. Tipo de Flujo Long. del vertedero (Lv) Área de bajante lateral (AbL) Área de bajante central (AbL) Área activa máxima (Aacmax) Ancho de bajante (W d) CRUZADO 77% del Diámetro de la Torre 12% del Área de la Torre 18% del Área de la Torre 76% del Área de la Torre 18% del Diámetro de la Torre Por lo tanto. Si Se escoge una distancia entre vertederos y perforaciones (Ws) de 10cm y considerando que la distancia entre coraza y perforaciones (Wc) es mínima. Por lo tanto: Tapado de perforaciones. El área tapada en ningún caso debe ser mayor del 25% del área activa. Por lo tanto el tapado se aproxima como F. DIÁMETRO DE LAS PERFORACIONES, ARREGLO Y ESPESOR DEL PLATO. El diámetro más adecuado de las perforaciones es de 4.8 mm (3/16 in) el cual proporciona una eficiencia alta y no se tapan en sistemas ligeramente incrustantes. El arreglo se puede calcular mediante la fórmula, esta es la distancia de centro a centro de perforaciones en el plato. ⁄ [ ( )] [ √ ] El área activa está dada por: Donde: Siendo [√ ] ⁄ [ ( )] ⁄ [ ()] Sustituyendo Escogiendo la relación Al tener el valor del Arreglo calculado se determinará el Arreglo comercial basándonos en la siguiente tabla ajustando el valor al pitch comercial inferior más cercano. Arreglo cm in 1.27 1/2 2.66 1.43 9/16 3 1.59 5/8 3.33 1.75 11/16 3.66 1.90 3/4 4 Por lo tanto el Arreglo comercial=1.27 cm=1/2 in=12.7 mm En la práctica para el acero inoxidable se selecciona un espesor de 2.77 mm, 12 US. Calibre 0.109 in. ⁄ |||| ⁄ ( ) G. ALTURA DEL VERTEDERO DE SALIDA. Donde: Las alturas máxima y mínima del vertedero están dados por las sig. Ecuaciones. El vertedero de entrada no es recomendable, porque facilita el depósito de sólidos en la bajante de entrada. Por lo tanto la altura del vertedero es H. SELLO DE LA MAMPARA. De acuerdo a la sig. Tabla, se especifica un sello de mampara. Distancia vertedero-mampara (m) Sello de mampara (cm) Menor de 1.5 1.27 1.5 a 3.0 2.54 Mayor a 3.0 3.8 Si la distancia entre vertedero y mampara es de 3.8 cm es decir menor a 1.5 m, por ende el sello de mampara seleccionado es de 1.27 cm. I. CÁLCULO DE LA DINÁMICA DEL PLATO. 1. INUNDACIÓN. Donde: A su vez Nota: Los valores de Uninun y al área neta de flujo fueron calculados anteriormente para la determinación del diámetro de la torre por el Método de Inundación. Por lo tanto Cumple con la restricción de que %inundación máximo es 85% 2. ARRASTRE Y EFICIENCIA. Con y El arrastre está dado por mediante la fig. 33(pag. 83) se obtiene el arrastre fraccional. Donde: ( ) La eficiencia húmeda está dada por: Se supondrá un valor de Em, eficiencia seca o eficiencia de Murphy, de 70%. 3. GRADIENTE HIDRÁULICO. El gradiente hidráulico observado en los platos perforados es muy baja y puede ser despreciado para platos de hasta 3.5 m de diámetro. Tomando en cuenta el valor del diámetro obtenido de 1.94 m se desprecia el cálculo del gradiente hidráulico. 4. CAÍDA DE PRESIÓN POR PLATO. a) Caída de Presión del Plato Seco () () ( ) Donde: Se obtiene de gráfica mediante las relaciones De la gráfica Si ( ) cm b) Caída de Presión a través de la zona espumosa. - Caída de presión a través del líquido. Donde: El valor anterior debe corregirse por el factor de aereación () a partir de gráfica, =0.61 c) Caída de Presión Total en el Plato. 5. ESCURRIMIENTO. El escurrimiento en un plato consiste en el paso del líquido a través de las perforaciones cuando la velocidad del vapor equivalente no es lo suficientemente grande, es decir constituye el límite inferior a la capacidad de un plato perforado. Por ello es necesario calcular los gastos mínimos de líquido y vapor. Por lo tanto, la caída de presión del plato seco a los flujos de líquido y vapor mínimos deberá ser mayor a la caída de presión dada por la gráfica de escurrimiento. Se debe cumplir la condición de que ||| | ( ) ( ) | | () Si Sabemos que ho esta dada por la ecuación. ( ) ⁄ ⁄ ( ) ( ) Donde: Determinación gráfica de ho - Altura del líquido sobre el vertedero. Donde: Por lo tanto de la gráfica, la caída de presión de plato seco mínima para q no ocurra escurrimiento es: Se cumple la condición escurrimiento en estas condiciones de operación. 6. ALTURA DEL LÍQUIDO EN LA BAJANTE. a) Área bajo la mampara. Donde: b) Caída de presión bajo la mampara. Sustituyendo Cumple con la condición de no ser mayor a 2.5 cm de manera que no existirá c) Altura del líquido en la bajante. Cumple con la condición de no ser mayor a la distancia entre platos, en este caso 7. TIEMPO DE RESIDENCIA DEL LÍQUIDO EN LA BAJANTE. || Velocidad con la que baja el líquido en la bajante Por lo tanto el tiempo de residencia es
