REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA

FUERZA ARMADA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA PETROQUIMICA

CÁTEDRA: OPERACIONES UNITARIAS I

NÚCLEO ZULIA- EXTENSION BCV

COLUMNAS EMPACADAS Y DE PLATOS

Integrantes:

Batista, Alí C.I: 21.230.122

Alvarado, Oswaldo C.I: 23.735.118

Prieto, Nuyerling C.I: 20.381.776

Valbuena, Chirley C.I: 22.059.230

Vera, Edgar C.I: 19.835.488

Sección: 06IPED07

Profesora: Adalana Rosales

Maracaibo, Enero de 2013

INDICE

Contenido Página

INTRODUCCIÓN……………………………………………………… 3

MARCO TEÓRICO…………………………………………………….. 4

1.DISEÑO DE COLUMNAS EMPACADAS Y DE PLATOS PARA SISTEMAS

LIQUIDO-VAPOR Y LIQUIDO-LIQUIDO …………………………………...……4

2.RELLENOS DESORDENADOS Y RELLENOS ESTRUCTURADOS………..

3.DISEÑO HIDRÁULICO DE TORRES……………………………………………

4.SELECCIÓN DE RELLENO ………………………………………………………

5.CALCULO DE DIÁMETRO, ALTURA Y CAÍDA DE PRESIÓN EN LA

COLUMNA………………………………………………………………………….

6.DISEÑO DE PLATOS PARA CONTADORES LIQUIDO-VAPOR………...…..

CONCLUSIÓN…………………………………………………………….

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………

INTRODUCCIÓN

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En las Operaciones Unitarias más comunes como lo es la destilación,

humidificación y absorción de gases o humidificación son llevadas a cabo en

un laboratorio, y se emplean en columnas o comúnmente llamadas torres de

separación.

Las Torres empacadas ocupan un lugar destacado en las industrias de

transformación físico-químicas ya que juegan un papel fundamental en la

transferencia de masa y de calor que requieren el contacto directo entre fases

inmiscibles. Una gran parte de los estudiantes de ingeniería y aun muchos

profesionales carecen de una preparación suficiente en el conocimiento de

esta temática planteada como es el principio de operación, diseño y

características de funcionamiento de las columnas empacadas o comúnmente

llamadas torres de relleno y las columnas de platos o torre de empaque.

Es por ello que el siguiente trabajo aborda el estudio de los aspectos

relativos de columnas empacadas y de platos, su diseño respectivo para

sistemas liquido-vapor y liquido-liquido. Se plantean las características propias

de los tipos de empaques; desordenados y estructurados; así como la

implementación y diseño hidráulico de torres, los principales requerimientos

para la selección de relleno de una torre o columna. Se desarrolla el módulo de

cálculo para determinar el diámetro, altura y caída de presión en la columna y

finalmente se incluye el diseño de platos para contadores liquido-vapor;

cumpliendo con los objetivos planteados de la investigación.

MARCO TEÓRICO

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1.DISEÑO DE COLUMNAS EMPACADAS Y DE PLATOS PARA SISTEMAS

LIQUIDO-VAPOR Y LIQUIDO-LIQUIDO

La absorción de gases es una operación de separación que consiste en

transferir uno o varios gases contenidos en una mezcla gaseosa hacia un

líquido solvente selectivo por medio del contacto directo entre ambas fases. Se

lleva a cabo en columnas o torres de separación.

Clasificación de columnas:

  1. Columna de pared húmeda o película.

  2. Columna de platos

  3. Columna empacada.

4. Columna agitada

TORRE EMPACADA O COLUMNAS EMPACADAS

La torre empacada es un dispositivo simple en comparación con las torres de

platos. Estas torres utilizan empaques como dispositivos de contacto. Las

columnas empacadas se especifican por lo común cuando los dispositivos de

platos no son factibles, debido a características indeseables del fluido o algún

requisito especial de diseño.

Las columnas empacadas representan el cuerpo de la torre. Esta puede ser de

madera, metal, porcelana química, ladrillo a prueba de ácidos, vidrio, plástico,

metal cubierto de plástico o vidrio, u otro material, según las condiciones de

corrosión. Para facilitar su construcción y aumentar su resistencia,

generalmente son circulares en la sección transversal. En su interior se alojan

materiales que la rellenan (Empaques).

Las columnas empacadas son utilizadas en una gran gama de procesos, como

destilación, extracción, humidificación (deshumidificación) y en absorción

gaseosa.

Las torres empacadas se usan como equipos de contacto para sistemas

liquido-gas y liquido-liquido.

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Estas torres consisten básicamente de:

1. Carcasa o envolvente.

2. Empaque.

3. Soportes.

4. Distribuidores de líquidos.

5. Redistribuidores

6. Boquillas de Entradas y salidas del líquido y gas.

Dentro del recipiente se colocan los dispositivos que permiten el contacto entre

las fases, las cuales pueden ser empaques o platos.

El diseño de una columna de relleno o empacada supone las siguientes

etapas:

1. Seleccionar el tipo y el tamaño del relleno.

2. Determinar el diámetro de la columna (capacidad) necesario en función de

los flujos de líquido y vapor.

3. Determinar la altura de la columna que se necesita para llevar a cabo la

separación específica.

4. Seleccionar y diseñar los dispositivos interiores de la columna: distribuidor

del líquido de alimentación, redistribuidores de líquido, platos de soporte y de

inyección del gas y platos de sujeción.

PLATOS O EMPAQUES

Este tipo de equipos se usan para proveer un contacto íntimo entre las

fases que coexisten en un proceso determinado que se sucede a

contracorriente; esto proporciona grandes áreas de contacto interfacial con el

objeto de facilitar el intercambio de masa, calor o ambos simultáneamente. En

general se recomienda seleccionar un tamaño de empacado menor al 10% del

diámetro de la columna. Se ha observado que en general, la eficiencia de

transferencia de masa es similar para empacados del mismo tamaño.

El dispositivo consiste en una columna cilíndrica, o torre equipada con una

entrada de gas y un espacio de distribución en la parte inferior; una entrada de

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líquido y un distribuidor en la parte superior; salidas para el gas y el líquido por

cabeza y cola; respectivamente y una masa soportada de cuerpos solidos

inertes que recibe el nombre de relleno de la torre. El soporte ha de tener una

gran fracción de área libre de forma que no se produzca inundación en el plato

de soporte. La entrada del líquido, que puede ser disolvente puro o una

disolución diluida del soluto en el disolvente puro o una disolución y que recibe

el nombre de líquido agotado, se distribuye sobre la parte superior del relleno

mediante un distribuidor, y en la operación ideal, moja uniformemente la

superficie del relleno. El gas que contiene el soluto o gas rico, entra en el

espacio de distribución situado debajo del relleno y asciende a través de los

intersticios del relleno en contracorriente con el flujo de líquidos. El relleno

proporciona una gran área de contacto entre el líquido y el gas, favoreciendo

así un íntimo contacto entre las fases. El soluto contenido en el gas rico es

absorbido por el líquido fresco que entra en la torre, y el gas diluido o agotado

abandona la torre. El líquido se enriquece en soluto a medida que desciende

por la torre y el líquido concentrado sale por el fondo de la torre.

En la siguiente figura se muestra la torre de relleno o empaque:

Figura 1. Torre de Relleno

El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes características:

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1. Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas. La

superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado debe ser

grande, pero no en el sentido microscópico. Los pedazos de coque, por

ejemplo, tienen una superficie grande debido a su estructura porosa, pero la

mayor parte de la superficie será cubierta por la película del líquido que

escurre. De todas maneras, la superficie específica de empaque a., es casi

siempre más grande que la superficie interfacial líquido-gas.

2. Poseer las características deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente

significa que el volumen fraccionario vacío, E, o fracción de espacio vacío, en el

lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de

grandes volúmenes de fluido a través de pequeñas secciones transversales de

la torre, sin recargo o inundación; debe ser baja la caída de presión del gas.

Más aún, la caída de presión del gas debe ser principalmente el resultado de la

fricción pelicular, si es posible, puesto que es más efectivo que formar arrastres

al promover valores elevados de los coeficientes de transferencia de masa.

3. Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando.

4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación.

5. Ha de tener un coste razonable.

2. RELLENOS DESORDENADOS Y RELLENOS ESTRUCTURADOS

Se han diseñado muchos tipos de torres y muchas de ella son de tipo

frecuente. El relleno puede ser cargado al azar en la torre o bien colocado

ordenadamente a mano. Los rellenos al azar consisten en unidades de ¼ a 3

pulgadas en su dimensión mayor; los rellenos inferiores a 1 pulg se utilizan

fundamentalmente en columnas de laboratorio o de planta piloto. Las unidades

de relleno ordenado son de tamaños comprendidos entre 2 y 8 pulg.

Por tanto, la mayoría de los rellenos de torre se construyen con materiales

baratos, inertes y relativamente ligeros, tales como arcilla, porcelana o

diferentes plásticos. A veces se utilizan anillos metálicos de pared delgada, de

acero o aluminio. La porosidad del lecho y el paso para los fluidos se fuerzan

haciendo las unidades de relleno irregulares o huecas, de forma que se

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entrelazan para dar lugar a estructuras abiertas con una porosidad de 60 a 95

por 100.

Los empaques se pueden clasificar de acuerdo a su tipo de acomodo dentro de

ella en:

  * Aleatorios, se denominan así a los empaques que se dejan caer dentro de la

columna y su arreglo permanece como al azar.

  * Ordenados, son empaques en piezas que se deben ordenar de uno en uno

dentro de la columna, de acuerdo con las instrucciones del proveedor.

  * Estructurados, son estructuras metálicas que forman una sola pieza dentro

de la columna y que se fabrica de acuerdo con las dimensiones de la misma.

Tipos de empaques más utilizados

Empaques con acomodo aleatorio:

 a) Anillos Raschig de cerámica, metal, vidrio y plástico.

b) Anillos ranurados de metal (tipo paII).

c) Anillos perforados de metal.

d) Monturas Berl de cerámica.

e) Monturas Intalox de cerámica.

Empaques acomodados ordenadamente:

a) Anillos hacinados de Raschig.

b) Rejillas o vallas de madera.

c) Malla de alambre tejida.

Empaques estructurados:

a) Empaques de lámina de metal estructurada Mellapak.

b) Empaques de lámina de metal estructurada Flexipak.

c) Empaques de lámina de metal estructurada Intalox.

En la figura 2. Se representan algunos tipos frecuentes de cuerpos de relleno.

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Figura 2. Cuerpos de relleno típicos: a) montura de Berl; b) montura

Intalox; c) anillo Raschig; d) anillo Pall.

3. DISEÑO HIDRÁULICO DE TORRES

4. SELECCIÓN DE RELLENO

5. CALCULO DE DIÁMETRO, ALTURA Y CAÍDA DE PRESIÓN EN LA COLUMNA

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6. DISEÑO DE PLATOS PARA CONTADORES LIQUIDO-VAPOR

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BIBLIOGRAFIA

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1.  TREYBAL, R. E. Operaciones de Transferencia de masa. Segunda

Edición en español, Editorial McGraw-Hill Interamericana, México,

1996.

2. PERRY, R. H.; GREEN, D. W. Manual del Ingeniero Químico. Séptima

Edición, Vol. I. Editorial Mc Graw Hill, New York, 1997.

3. MOTT, R. L., Mecánica de Fluidos Aplicada, Prentice Hall

Hispanoamericana, S.A, México.

4. MCCABE W.L.; SMITH, J.C. y HARRIOT, P. (1994). “Operaciones

unitarias de Ingeniería Química”. McGraw-Hill. Madrid.

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