dinámica de platos

EQUIPO 2INTEGRANTES:

CARRILLO PATIÑO BRENDA GEORGINA CAZARIN ROJAS AMANDA GUADALUPE DE LA CRUZ MORALES JOSÉ COSME DE LA ROSA MANZANO JUAN DANIEL LÓPEZ MUÑOZ ABRAHAM ISRAEL REYES RAMÍREZ ANGELES VARGAS DOMÍNGUEZ ILSE GUADALUPE

PLATOS DE CACHUCHAS DE BURBUJEO

DINÁMICA DE PLATO

DINAMICA DE PLATO La dinámica de plato

consiste en el comportamiento hidráulico del vapor, es decir la selección de un plato que sea el especifico para trabajar

La elección del tipo de plato dependerá del flujo del liquido y el diámetro de la columna

INUNDACION La inundación puede producirse

debido a: El área de la bajante es

insuficiente para el flujo del liquido.

Cuando el arrastre de liquido es demasiado que alcanza a llegar al palto superior, inundándolo

El límite inferior del rango de operación ocurre cuando el derrame de liquido a través de las perforaciones del plato es excesivo, se produce inundación

ARRASTRE Y EFICIENCIA

El arrastre es la cantidad de liquido que sube al plato superior ocasionado por el flujo ascendente del vapor, el cual produce una disminución de eficiencia en el plato.

La eficiencia de un plato es la medida que nos indica el grado en que un plato real se acerca al comportamiento ideal.

ABERTURAS DE LAS RANURAS

Los casquetes de burbujeo tienen diámetros de 100 a 170 mm (4 a 7 pulg.) Un tamaño estándar es de 152 mm (6 pulg.) para el casquete y 100 mm (4 pulg.) para la perforación

Los casquetes están provistos de  ranuras a través de los cuales asciende el vapor para ponerse en contacto con el liquido.

Las ranuras pueden trabajar total o parcialmente dependiendo el gasto de vapor

CAIDA DE PRESION POR PLATO

La caída de presión es una consideración de diseño importante. Existen dos causas principales para que ocurra la caída de presión:

1.        La presión disminuye debido al flujo de vapor a través del conjunto de contactores

a.    Contracción a medida que el gas entra a los casquetes o perforaciones

b.    Fricción en las perforaciones y en el espacio anular en una unidad de casquetes

c.    Fricción debido al cambio de dirección en los casquetes y en las válvulas

2.        Caída de presión debido a la columna de liquido sobre las ranuras, perforaciones o sobre las válvulas

COEFICIENTE DE DISTRIBUCION DE VAPOR

Debido al gradiente hidráulico, una distribución uniforme del flujo de vapor atreves del plato no es posible.

El coeficiente de distribución de vapor indica la distribución de vapor en el plato.

Se sabe que el vapor fluye mas por las cachuchas que se encuentran a la salida del plato que las que están a la entrada

ALTURA DE LIQUIDO EN LA BAJANTE

Caída de presión bajo la mampara

Esta se produce al pasar el liquido de la bajada al plato

La altura del liquido sin espacio en la bajante, esta dado por la suma de las cabezas del liquido

TIEMPO DE RESIDENCIA DEL LIQUIDO EN LA BAJANTE

Se debe dar suficiente tiempo de residencia en el bajante para permitir el desprendimiento del vapor contenido en el liquido, para evitar que caiga por el bajante liquido con espuma.

Se recomienda un tiempo no menor de 3 segundos para sistemas sin espuma y 5 segundos aprox para sistemas con espuma.

CÁLCULO DE LA

DINÁMICA DEL PLATO

Inundación:El parámetro de flujo líquido-vapor esta dado por

ECUACIÓN 9PÁG. 34 Donde:

L’ = Gasto máximo del liquido (kg/h)

V’= Gasto máximo de vapor (kg/h)

ρV = Densidad del vapor (kg/m3)

ρL = Densidad del liquido (kg/m3)

Determinación del factor de capacidad.

Con la distancia entre platos seleccionada y el parámetro de flujo se obtiene :

Seleccionar una distancia entre platos y un diámetro de la torre tentativa, de acuerdo a la siguiente tabla .

DE LA TABLA 2 PAGINA 23

Menores a 0.75 23 ó 30.5 cm 9 ó 12 in

0.75 a 1.50 45.7 cm 18 in

0.75 a 3.00 45.7 ó 61 cm 18 ó 24 in

1.50 a 6.00 61 cm 24 in

6.00 ó mayor 91.4 ó mayor 36 ó mayor

Diámetro de la torre (m) Distancia entre platos

Usando el valor de la distancia entre platos de 61 cm y mediante:

FIGURA 18PÁG. 35

Obtenemos el parámetro de capacidad:

FIGURA 18 PAGINA 35

Corrigiendo Csb gráf. Por el % de área perforada mediante:

TABLA 15PÁG.82

0.10 ó mayor 1.00

0.08 0.9

0.06 0.8

Y por tensión superficial mediante la ECUACIÓN 11

PÁG. 36

Cbs inundación= 0.1012 m

s

De la Tabla 15 con el dato de:

Por lo que:

Se conserva el mismo valor de:

Para el Cálculo de % de inundación dado por la ECUACIÓN 10

PÁG. 35

Donde:ρV = Densidad del vapor (kg/m3)ρL = Densidad del liquido (kg/m3)Un diseño = velocidad lineal de inundación m/sCsb inund. = m/s

Calculo de la Un de operación

Un operación= 0.7039 m

s

Gasto máximo de vapor

% de inundaciónEcuación 12 Pág. 36

MAXIMO DEL % DE INUNDACION=85%

Cálculo de la Eficiencia y Arrastre

De la ecuación 13 página 36 tenemos la eficiencia global de una columna:

Considerando el arrastre fraccional y las modificaciones realizadas, tenemos la ecuación 17 página 37, tenemos la llamada eficiencia húmeda de la columna:

DondeѰ: Relación de Arrastre Em: Eficiencia seca de Murphy

EH: Eficiencia húmeda

Nota: Consideramos que la Em es aprox. de 0.7

El arrastre fraccional máximo económicamente permitido es de 0.15

Para la relación de arrastre (Ѱ), vamos a la gráfica 19 página 38.

Gráfica 19. Arrastrepara platos de cachuchas

Estando en función de:

Sustituyendo valores para obtener el valor de la eficiencia húmeda de la columna:

ABERTURA DE LAS RANURASCapacidad máxima para el manejo del vapor:

Ecuación 18, página 38

Donde :

Ar= Área de las ranuras / platoCr = Área que depende de la forma de la ranura

Basándonos en la tabla 8, página 39:

R= 0.5Cr= 0.141

El vapor, para poder pasar a través de las ranuras, empuja hacia abajo el líquido que se encuentra en el espacio anular de la cachucha y sale por ellas. Este empuje puede ocasionar que las ranuras trabajen total o parcialmente abiertas, dependiendo del gato del vapor.

ABERTURA DE LAS RANURAS

% del flujo máximo de vapor:

Ecuación 19, página 39

Usando la figura 20, página 40

La abertura de las ranuras será el % que se obtiene

Abertura de las ranuras= (0.7957)(Hr)= (0.7957)(3.175)

Abertura de las ranuras= 2.52 cm

Es la suma de las cabezas de líquido en el plato, más la caída de presión, más la caída de presión del vapor al fluir por las cachuchas. La caída de presión permisible está dada por el proceso.

Factores que originan la caída de presión

Sello estático de las ranurasAltura del líquido sobre el vertederoGradiente hidráulicoCaída de presión del vapor al pasar a través de la cachucha

CAIDA DE PRESION POR PLATO

a) Sello estático

Valores recomendables de sello estático varían de 1.27 a 3.5 cm Con marcada preferencia de 2.54 cm

hse= 2.54 cmb) Altura del líquido sobre el vertedero

Mediante la fórmula de Francis, para vertederos rectos. Ecuación 20 página 41

Los valores de la altura del líquido sobre el vertedero recomendamos son mínimo 1.27cm, máximo 3.8cm.

lv= longitud del vertedero

L”= Gasto mínimo del líquido

lv= 1.5128 m

L”= 0.55L´

L”= 0.55(1680 L/min)= 924 L/min

Ecuación 22 Página 42

Ecuación 23, Página 42

1) Gasto liquido por metro de ancho promedio de flujo (L”/Lp).

c) Gradiente hidráulico

2) Suponer un valor de gradiente (Δsup ) tentativo comprendido entre 2.54 a 5 cm

Es la diferencia de alturas del líquido a la entrada del plato y a la salida del mismo, producida por la caída de presión que experimenta el líquido al cruzar por la zona de burbujeo.

Lp= Ancho promedio de flujo

3) Cálculo de la altura del líquido en el plato (hl).

Ecuación 24, página 47

4) Cálculo del gradiente hidráulico no corregido por el flujo de vapor

Conociendo el espaciado de cachucha, mediante la figura 22-25, obtener el gradiente “no corregido por flujo de vapor” por hilera de cachucha (Δ’i)

Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera, y un espaciado de cachucha del 25%; γ=0.25A una hl=12.08cm Con grafica 1 de la página 43

5) Gradiente hidráulico no corregido a través de todo el plato.

6) Gradiente hidráulico corregido por flujo de vapor. Ecuación 26, página 47

Ecuación 25, página 47

Cv=0.98

De la figura 26 pagina 40 obtenemos Cv.

7) Si la repetir el procedimiento de cálculo desde el segundo paso igualando

SEGUNDA ITERACIÓN

2) Suponer el valor.

3)Altura media del líquido en el plato.

4)Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera.A una hl=14.116 cm Con grafica 1 de la página 43

5)Gradiente no corregido a través de todo el plato.

6) Gradiente corregido.

TERCERA ITERACIÓN

2) Suponer el valor.

3)Altura media del líquido en el plato.

7) Si la

5)Gradiente no corregido a través de todo el plato.

6) Gradiente corregido.

7) Si la

4)Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera.A una hl=12.940 cm Con grafica 1 de la página 43

CUARTA ITERACIÓN

2) Suponer el valor.

3)Altura media del líquido en el plato.

4)Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera.A una hl=13.381cm Con grafica 1 de la página 43

5)Gradiente no corregido a través de todo el plato.

6) Gradiente corregido.

7) Si la

QUINTA ITERACIÓN

2) Suponer el valor.

3)Altura media del líquido en el plato.

4)Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera.A una hl=13.161cm Con grafica 1 de la página 43

5)Gradiente no corregido a través de todo el plato.

6) Gradiente corregido.

7) Si la

Tabla de iteracionesΔsup (cm) hl (cm) Δ’i (mm) Δ’ (cm) Δc (cm)

2.54 12.08 4.5 6.75 6.615

6.615 14.116 2.9 4.35 4.263

4.263 12.940 3.5 5.25 5.145

5.145 13.381 3.2 4.8 4.704

4.704 13.161 3.3 4.95 4.85

Caída de presión de vapor al pasar a través de la cachucha

I) Caída de presión a través del elevador área de retorno y área anular.

Obtener Área anular y área del elevador de la Tabla 6 pagina 30.

Ecuación 27, pag.48

MATERIAL Acero al carbónTamaño nominal, cm 7.62 10.16 15.24

Áreas de cachucha en, cm2

Elevador 17.09 30.97 75.35De retorno 25.74 41.10 122.6

Anular 19.67 38.64 89.99De las ranuras 32.25 52.39 94.45De la cachucha 48.39 84.84 187.1

Relación de áreas.De retorno/Elevador 1.5 1.52 1.49

Anular/Elevador 1.15 1.25 1.20De las ranuras/Elevador 1.89 1.69 1.25

De las ranuras/De las cachuchas

0.67 0.62 0.50

Con la relación área anular entre área del elevador leer Kc de la figura 27 de la pagina 48.Kc=14.4

Ecuación 28, página 49

Caída de presión total a través del plato.

II) Caída de presión a través de las ranuras.

Es apróximadamente igual a la abertura de las ranurashr=2.52cm

Ecuación 29, página 49

COEFICIENTE DE DISTRIBUCION DE VAPOR

NOTA: Para que haya una buena distribución del vapor el valor de Rdv máximo permisible es de 0.5

Ecuación 30 página 49

El área de la bajante central se disminuye para mejorar el coeficiente de distribución del vapor, pero el número de cachuchas se ve afectado

La capacidad máxima de manejo de vapor de las ranuras está dada por:

Donde :Ar= Área de las ranuras / platoCr = Área que depende de la forma de la ranura en base a la siguiente tabla

Forma de la ranura

R Cr

Triangular 0 0.120

Trapezoidal 0.5 0.141

Rectangular 1.0 0.151

La siguiente relación define el porcentaje de carga a la que trabajan las ranuras expresado como una fracción del flujo máximo de vapor para las cachuchas

Se recomienda que el porcentaje se acerque al 100% para que el diámetro de la columna sea el menor posible.

Con el % de flujo máx se obtiene la abertura de las ranuras con ayuda de la figura 20 desarrollada por Bolles a partir de los trabajos de Roger y Thiele y de Winn.

a) Sello estático de las

ranuras

Es la diferencia de niveles entre la parte superior de las ranuras y la altura delVertedero de salida.

Valores recomendables de sello estático varían de = 1.27 a 3.5 cm

Se elige un sello estático de 3.54 cm

CAIDA DE PRESION POR PLATO

b) Altura del líquido sobre el vertedero

Se calcula mediante la fórmula de Francis para vertederos rectos

Bolles introdujo un factor de corrección para tomar en cuenta el efecto restrictivo de la coraza. Sin embargo, dicho valor es muy cercano a la unidad y por practicidad no se considera.

Ec.22-pag.42

Ec.23-pag.42

1) Calcular el gasto liquido por metro de ancho promedio de flujo (L”/Lp).

c) Gradiente hidráulico.

2) Suponer un valor de gradiente (Δsup ) tentativo comprendido entre 2.5 a 5 cm

L" = (67500*0.55)= 37125 Kg/h = 924 lt/min

Se elige un valor de 2.54cm

3) Calcular la altura media del líquido (hl).

Ec.24-pag.47

Gradiente hidráulico

NOTA: DEBIDO A QUE SE HAN AGOTADO LAS POSIBILIDADES PARA CAMBIAR PARÁMETROS, SE PROPONEUTILIZAR EL ÁREA DE LA RANURAMÍNIMA: Ar=0.9289m^2

POR LO QUE SE MODIFICAN LOS SIGUIENTES CÁLCULOS:

•Abertura de las ranuras

En los cálculos de caída de presión por plato, el cálculo del gradiente hidráulico no se ve afectado, por lo que Δ=2.54cm

• Caída de presión por las ranuras

• Coeficiente de distribución del vapor

Nota: A pesar de que el coeficiente de Distribución del vapor es mayor a 0.6 que Es el valor máximo permitido, se considera

Como aceptable, ya que el valor obtenido esMuy cercano al requerido.

SELLO DINÁMICO DE LAS RANURAS

Presión de Operación hsd en cm

Vacio 1.27-3.8

Atmosférica 2.54-6.35

3.5-7 Kg/cm^2 3.8-7.6

14-35 Kg/cm^2 5-10

Valores recomendados (TABLA 9 pag.50)

CALCULO DE ALTURA DEL LIQUIDO EN LA BAJANTE

•Área bajo la mampara

LA ALTURA DE LA MAMPARA SOBRE EL PISO DEL PLATO PUEDE VARIAS DE 3.8 A 10 cm

Distancia entre la mampara y piso= 10.16– 1.2=8.96 cm

•Caída de presión bajo la mampara

Altura del líquido en la bajanteEc. 33 pág. 51

Hb = hv + hsv + Δ + hbm + ht

Tiempo de residencia del líquido en la bajante

Ec. 34, 35 pág. 51

El tiempo mínimo que debe permanecer es de 3 segundos para sistemas que forman poca espuma y de 5 para sistemas espumosos.