Práctica 3 - Evaluacion de Columnas de Platos

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGÍA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

ASIGANATURA DE TRANSFERENCIA DE MASA: AI-443

PRÁCTICA N° 03

“EVALUACIÓN DE COLUMNA DE PLATOS”

FECHA DE PRÁCTICA : 09 de Octubre de 2013

GRUPO : Miércoles, 10 – 1 pm.

PROFESORA : Ing. Anna ZEGARRA VILA

ALUMNA : Paucarhuanca Yarihuamán, Yude Katia

AYACUCHO – PERÚ2013

INTRODUCCIÓN

El contacto entre fases en operaciones con transferencia de masa se realiza a través de diferentes formas, según la clase de equipo que se emplee. Normalmente, los equipos para las operaciones gas-liquido permiten dos tipos de contacto, por etapas y diferencial, cuyos ejemplos típicos son las columnas de platos y las columnas empacadas, en su orden.

Normalmente, las operaciones de absorción, desabsorción y rectificación se realizan en las denominadas torres o columnas, que son recipientes cilíndricos esbeltos, en posición vertical y en cuyo interior se incluyen dispositivos como bandejas o lechos de relleno. Generalmente, el gas y el líquido fluyen en contracorriente por el interior de la torre, cuyos dispositivos promueven el contacto entre las fases y el desarrollo de la superficie interfacial a través de la cual se producirá la transferencia de materia.

El diseño de columnas de platos para operaciones de absorción o desorción se basa en muchos de los principios utilizados en los cálculos de operaciones de rectificación, tales como la determinación del número de platos teóricos necesario para conseguir un cambio de composición especificado. Estas columnas pueden resultar económicamente preferibles para operaciones en gran escala, pueden presentar mejor “relación de flujo descendente” y están menos sujetas a ensuciamiento por sólidos que las columnas de relleno

I. OBJETIVOS:

Evaluar la circulación de una corriente de agua-aire en contracorriente por una columna de platos.

Determinar la caída de presión para diferentes caudales circulando a través de columnas de platos.

Determinar los parámetros de flujo como punto de carga e inundación para descarga de aire en una columna de platos.

II. INFORMACIÓN BIBLIOGRÁFICA:

Las columnas de platos son cilindros verticales cuyos constituyentes internos esenciales, los platos, se diseñan con las dimensiones y características apropiadas para que, en condiciones de operación específicas, sea posible generar suficiente área entre fases y volumen entre platos para fomentar el contacto íntimo, la transferencia interfacial y la separación de los fluidos. Además, la velocidad de las corrientes de proceso debe ser tal que permita un tiempo de contacto adecuado, así como la generación de turbulencia suficiente para favorecer la eficiencia de la operación de turbulencia suficiente para favorecer la eficiencia de la operación, considerando limitaciones mecánicas como la caída de presión.

Las principales operaciones gas-líquido que se pueden llevar a cabo en una torre de platos son: absorción, absorción reactiva, desorción, destilación, destilación reactiva, condensación y enfriamiento.

Constituyentes del plato

Los constituyentes esenciales de un plato se presentan esquemáticamente en la figura 1.1, en la que se indican también otros internos básicos de una columna, así como algunos platos especiales, que se describen más adelante.

Cuerpo del plato

Corresponde a la lámina que constituye la estructura del plato, normalmente construida en metal, aunque ocasionalmente se utiliza vidrio, metales vidriados, carbón impermeable o plástico.

Los platos metálicos generalmente son fabricados con aleaciones, y su espesor depende de condiciones de operación como la caída de presión y la eficiencia, y de condiciones propias del plato como la velocidad de corrosión, determinada para el tiempo de vida útil del equipo, y la resistencia mecánica requerida para soportar los demás internos instalados.

Canal de descenso

Es el conducto que permite el trasiego del líquido de un plato a otro; puede ser una tubería circular o, más comúnmente, un canal cuya sección es una fracción del área transversal de la columna, cuyo volumen se delimita generalmente con una o más láminas, a manera de faldón.

El borde del faldón, que debe estar muy cerca del plato inferior, constituye un sello que impide la entrada del gas al canal de descenso y controla el tiempo de residencia del líquido en el mismo.

Capacidad de una columna de platos

La máxima capacidad de un plato para el manejo de los fluidos de gas y de líquido tiene gran importancia, porque determina el mínimo diámetro posible en la columna. Para un caudal de líquido constante, el aumento de la velocidad del gas produce arrastre excesivo e inundación. En el punto de inundación es difícil obtener un descenso neto del líquido y cualquier cantidad añadida a la columna será arrastrada por el gas de cabeza. También se puede llegar a inundación aumentando la velocidad de líquido mientras se mantiene la del gas constante. El caudal excesivo de líquido puede sobrepasar la capacidad de los bajantes u otros conductos, con el resultado de un aumento de del contenido del líquido, mayor caída de presión y demás características propias de la condición de inundación. La mínima capacidad admisible de una columna de platos está determinada por la necesidad de obtener una dispersión eficaz y un buen contacto entre las fases. Los distintos tipos de platos difieren en su capacidad para admitir caudales bajos de gas y de líquido.

Ventajas de columnas de platos:

Peso.Las torres de platos normalmente pesan menos que las torres rellenas, ahorrando en el costo de fundaciones, apoyos y paredes de la columna.

Reacción química, absorción.Aquí la el retención del líquido es más alto en los platos manteniendo un mayor tiempo de residencia favoreciendo la absorción o y la reacción química que lo que se logra con rellenos.

Correlación empírica de caída de presión

III. ASPECTOS EXPERIMENTALES

III.1. Cuadro de datos obtenidos en el laboratorio.

Platos secos.

N° Erot/aire h1 h2 h3 h4

1 10 191 194 154 1542 20 189 195 153.5 1553 30 186 198 153 1564 40 183 201 152 156.55 50 179 205 151 157

Platos mojados.

N° Erot/aire

Erot/agua h1 h2 h3 h4

1 10 10 191 195 154 1542 20 10 185 200 153 1553 30 10 176 207 153 1554 40 10 163 220 152 1565 50 10 156 228 151 157

N° Erot/aire


1 10 20 182 199 153 1532 20 20 169 221 153 1543 30 20 137 249 153 1544 40 20 120 265 153 1555 50 20 105 279 151 156

N° Erot/aire


1 10 30 175 208 153 1542 20 30 162 233 153 1543 30 30 141 250 152 1544 40 30 110 274 152 1555 50 30 75 310 150 157

N° Erot/aire


1 10 40 174 210 153 1542 20 40 164 232 153 1543 30 40 115 268 152 154

4 40 40 104 280 152 1555 50 40 90 295 151 156

N° Erot/aire


1 10 50 175 209 153 1542 20 50 165 220 153 1543 30 50 100 285 152 1544 40 50 74 312 152 1555 50 50 55 331 151 156

III.2. Cálculos para determinar la caída de presión para diferentes caudales.

ρagua=998.0749 kg /m3(20.6 °C)

g=9.81m/ s2

∆ hC=∆h(2−1)−∆h(4−3)

∆ PC=∆hC×g×ρagua

∆ PC=∆hC×9.81m /s2×998.0749 kg /m3

Qaire=0.0123(Erotaire )3

−2.2307 (Erotaire )2

+194.28(Erotaire )+383.46

Qaire (10)=0.0123 (10 )3−2.2307 (10 )2+194.28 (10 )+383.46=2115.49 L/h

Qaire(10)=2115.49Lh× m3

1000 L=2.11549m3/h

Qaire (20)=0.0123 (20 )3−2.2307 (20 )2+194.28 (20 )+383.46=3475.18 L/h

Qaire(20)=3475.18 L/h=3.47518m3/h

Qaire (30)=0.0123 (30 )3−2.2307 (30 )2+194.28 (30 )+383.46=4536.33L/h

Qaire(30)=4536.33L /h=4.53633m3/h

Qaire(40)=0.0123 (40 )3−2.2307 (40 )2+194.28 (40 )+383.46=5372.74 L/h

Qaire(40)=5372.74 L /h=5.37274m3/h

Qaire(50)=0.0123 (50 )3−2.2307 (50 )2+194.28 (50 )+383.46=6058.21L /h

Qaire(50)=6058.21 L/h=6.05821m3/h

Qagua=0.557(Erotaire )+2.3991

Qagua(10)=0.557 (10 )+2.3991=7.9691L/h=0.79691 x 10−2m3 /h

Qagua(20)=0.557 (20 )+2.3991=13.5391L/h=1.35391 x 10−2m3/h

Qagua(30)=0.557 (30 )+2.3991=19.1091L/h=1.91091x 10−2m3/h

Qagua(40)=0.557 (40 )+2.3991=24.6791L/h=2.46791 x10−2m3 /h

Qagua(50)=0.557 (50 )+2.3991=30.2491L/h=3.02491x 10−2m3/h

Erot/aire Q aire (m3/h) Erot/agua Q agua (m3/h)10 2.11549 10 0.79691 x10−2

20 3.47518 20 1.35391 x 10−2

30 4.53633 30 1.91091 x 10−2

40 5.37274 40 2.46791 x10−2

50 6.05821 50 3.02491x 10−2

Platos secos.

N° Erot/aire

∆ h(2−1)

(m)∆ h(4−3 )

(m)∆ hC(m)

∆ PC(Pa)

1 10 03 x10-3 0.0 3.0 x10-3 29.37334432 20 06 x10-3 1.5 x10-3 4.5 x10-3 44.06001653 30 12 x10-3 3.0 x10-3 9.0 x10-3 88.12003294 40 18 x10-3 4.5 x10-3 13.5 x10-3 132.1800495 50 26 x10-3 6.0 x10-3 20.0 x10-3 195.822295

Platos mojados.

N° Erot/ Erot/ ∆ h(2−1) ∆ h(4−3 ) ∆ hC ∆ PC

aire agua (m) (m) (m) (Pa)1 10 10 04 x10-3 0.0 04 x10-3 39.16445912 20 10 15 x10-3 2 x10-3 13 x10-3 127.2844923 30 10 31 x10-3 2 x10-3 29 x10-3 283.9423284 40 10 57 x10-3 4 x10-3 53 x10-3 518.9290835 50 10 72 x10-3 6 x10-3 66 x10-3 646.213575

N° Erot/aire

Erot/agua

∆ h(2−1)

(m)∆ h(4−3 )

(m)∆ hC(m)

∆ PC(Pa)

1 10 20 17 x10-3 0.0 17 x10-3 166.4489512 20 20 52 x10-3 1 x10-3 51 x10-3 499.3468533 30 20 112 x10-3 1 x10-3 111 x10-3 1086.813744 40 20 145 x10-3 2 x10-3 143 x10-3 1400.129415 50 20 174 x10-3 5 x10-3 169 x10-3 1654.69840

N° Erot/aire

Erot/agua

∆ h(2−1)

(m)∆ h(4−3 )

(m)∆ hC(m)

∆ PC(Pa)

1 10 30 33 x10-3 1 x10-3 32 x10-3 313.3156732 20 30 71 x10-3 1 x10-3 70 x10-3 685.3780343 30 30 109 x10-3 2 x10-3 107 x10-3 1047.649284 40 30 164 x10-3 3 x10-3 161 x10-3 1576.369485 50 30 235 x10-3 7 x10-3 228 x10-3 2232.37417

N° Erot/aire

Erot/agua

∆ h(2−1)

(m)∆ h(4−3 )

(m)∆ hC(m)

∆ PC(Pa)


N° Erot/aire

Erot/agua

∆ h(2−1)

(m)∆ h(4−3 )

(m)∆ hC(m)

∆ PC(Pa)


III.3. Cálculos para determinar el punto de carga e inundación para descarga de aire en la columna de platos.

Platos secos.

N° Erot/aire

∆ PC(Pa)

Ln (∆ PC) Q aire(m3/h)

Ln(Q aire)

1 10 29.3733443 3.38008761 2.11549 0.749286462 20 44.0600165 3.78555271 3.47518 1.245646283 30 88.1200329 4.47869990 4.53633 1.512118324 40 132.180049 4.88416500 5.37274 1.681338025 50 195.822295 5.27720759 6.05821 1.80141438

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

f(x) = 1.79303059259213 x + 1.85455627710334R² = 0.929940050894012

Ln(∆PC ) Vs. Ln(Qaire ) de Platos Secos

Ln(Qaire )

Ln(∆

PC )

Identificar el punto de carga e inundación en la gráfica representada en relleno seco.

Punto de carga Punto de inundaciónLn (Qaire) ln (∆ P¿¿C)¿ Ln (Qaire) ln (∆ P¿¿C)¿

En relleno seco1.24565 3.78564 1.51212 4.47878

Platos mojados.

N° Erot/aire

Erot/agua

∆ PC(Pa)


Ln(Q aire)

1 10 10 39.1644591 3.66776968 2.11549 0.749286462 20 10 127.284492 4.84642468 3.47518 1.245646283 30 10 283.942328 5.64877115 4.53633 1.512118324 40 10 518.929083 6.25176723 5.37274 1.681338025 50 10 646.213575 6.47113006 6.05821 1.80141438

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

7

Ln(∆PC ) Vs. Ln(Qaire ) de caudal 10

Ln (Qaire)

Ln(∆

Pc)

N° Erot/aire

Erot/agua

∆ PC(Pa)


Ln(Q aire)

1 10 20 166.448951 5.11468866 2.11549 0.749286462 20 20 499.346853 6.21330095 3.47518 1.245646283 30 20 1086.81374 6.99100552 4.53633 1.512118324 40 20 1400.12941 7.24431995 5.37274 1.681338025 50 20 1654.69840 7.41137404 6.05821 1.80141438

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

7

8

Erot_agual 10Erot_agua 20

Ln (Qaire)

Ln(∆

Pc)

N° Erot/aire

Erot/agua

∆ PC(Pa)


Ln(Q aire)

1 10 30 313.315673 5.74721122 2.11549 0.749286462 20 30 685.378034 6.52997056 3.47518 1.245646283 30 30 1047.64928 6.95430415 4.53633 1.512118324 40 30 1576.36948 7.36287968 5.37274 1.681338025 50 30 2232.37417 7.71082095 6.05821 1.80141438

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Erot_agual 10Erot_agua 20

Erot_agua 30

Ln (Qaire)

Ln(∆

Pc)

N° Erot/aire

Erot/agua

∆ PC(Pa)


Ln(Q aire)

1 10 40 342.689017 5.83682338 2.11549 0.749286462 20 40 656.004690 6.48616794 3.47518 1.245646283 30 40 1478.45833 7.29875515 4.53633 1.512118324 40 40 1693.86286 7.43476692 5.37274 1.681338025 50 40 1958.22295 7.57979268 6.05821 1.80141438

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Erot_agual 10

Erot_agua 20

Erot_agua 30

Erot_agua 40

Ln (Qaire)

Ln(∆

Pc)

N° Erot/aire

Erot/agua

∆ PC(Pa)


Ln(Q aire)

1 10 50 323.106787 5.77806988 2.11549 0.749286462 20 50 528.720198 6.27054656 3.47518 1.245646283 30 50 1791.77400 7.49104875 4.53633 1.512118324 40 50 2300.91197 7.74114807 5.37274 1.681338025 50 50 2653.39210 7.88368138 6.05821 1.80141438

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Erot_agual 10

Erot_agua 20

Erot_agua 30

Erot_agua 40

Erot_agua 50

Ln (Qaire)

Ln(∆

Pc)

IV. RESULTADOS Cuadros de resúmenes totales de resultados.

N° E.aire (L/h) (m^3/h) h1 h2 ∆h(2-1) h3 h4 ∆h(4-3) ∆hc ∆Pc Ln(∆Pc) Ln(Qaire)1 10 2115.49 2.11549 191 194 0.003 154 154 0 0.003 29.37 3.3801 0.74932 20 3475.18 3.47518 189 195 0.006 153.5 155 0.0015 0.0045 44.06 3.7856 1.24563 30 4536.33 4.53633 186 198 0.012 153 156 0.003 0.009 88.12 4.4787 1.51214 40 5372.74 5.37274 183 201 0.018 152 156.5 0.0045 0.0135 132.18 4.8842 1.68135 50 6058.21 6.05821 179 205 0.026 151 157 0.006 0.02 195.82 5.2772 1.8014

Qaire Cuadro 1. Platos secos

N° E.aire (L/h) (m^3/h) h1 h2 ∆h(2-1) h3 h4 ∆h(4-3) ∆hc ∆Pc Ln(∆Pc) Ln(Qaire)1 10 2115.49 2.11549 191 195 0.004 154 154 0 0.004 39.16 3.6678 0.74932 20 3475.18 3.47518 185 200 0.015 153 155 0.002 0.013 127.28 4.8464 1.24563 30 4536.33 4.53633 176 207 0.031 153 155 0.002 0.026 283.94 5.6488 1.51214 40 5372.74 5.37274 163 220 0.057 152 156 0.004 0.053 518.93 6.2518 1.68135 50 6058.21 6.05821 156 228 0.072 151 157 0.006 0.066 646.21 6.4711 1.8014

QaireCuadro 2. Platos mojados a Erot de agua 10

N° E.aire (L/h) (m^3/h) h1 h2 ∆h(2-1) h3 h4 ∆h(4-3) ∆hc ∆Pc Ln(∆Pc) Ln(Qaire)1 10 2115.49 2.11549 182 199 0.017 154 154 0 0.017 166.45 5.1147 0.74932 20 3475.18 3.47518 169 221 0.052 153 155 0.001 0.051 499.35 6.2133 1.24563 30 4536.33 4.53633 137 249 0.112 153 155 0.001 0.111 1086.81 6.9910 1.51214 40 5372.74 5.37274 120 265 0.145 152 156 0.002 0.143 1400.13 7.2443 1.68135 50 6058.21 6.05821 105 279 0.174 151 157 0.005 0.169 1654.70 7.4114 1.8014

Cuadro 3. Platos mojados a Erot de agua 20Qaire

N° E.aire (L/h) (m^3/h) h1 h2 ∆h(2-1) h3 h4 ∆h(4-3) ∆hc ∆Pc Ln(∆Pc) Ln(Qaire)1 10 2115.49 2.11549 175 208 0.033 153 154 0.001 0.032 313.32 5.7472 0.74932 20 3475.18 3.47518 162 233 0.071 153 154 0.001 0.07 685.38 6.5300 1.24563 30 4536.33 4.53633 141 250 0.109 152 154 0.002 0.107 1047.65 6.9543 1.51214 40 5372.74 5.37274 110 274 0.164 152 155 0.003 0.161 1576.37 7.3629 1.68135 50 6058.21 6.05821 75 310 0.235 150 157 0.007 0.228 2232.37 7.7108 1.8014






Gráficas en Platos secos y Platos mojados respectivamente

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

1

2

3

4

5

6

Ln(∆PC ) Vs. Ln(Qaire ) de Platos Secos

Ln(Qaire )

Ln(∆

PC )

I. DISCUSIONES:

Se determinó la pendiente en la gráfica logarítmica de la caída de presión de la columna en platos secos frente al caudal de aire, obteniéndose el siguiente valor: y = 1.793x – 1.8546. n = 1.793, entonces está alrededor del valor teórico establecido 1.8, por lo tanto, el número de platos diseñado en el equipo es ideal.

El punto de carga en la gráfica obtenida de platos secos es de (1.24565, 3.78564) y el punto de inundación observada es de (1.51212, 4.47878)

II. CONCLUSIONES:

Se evaluó la circulación de una corriente de agua-aire en contracorriente por una columna de platos.

Se determinó la caída de presión para diferentes caudales circulando a través de columnas de platos.

Se determinó los parámetros de flujo como punto de carga e inundación para descarga de aire en una columna de platos secos.

III. BIBLIOGRAFIA

Daniel Bernal B., Orlando Castellanos D., Pedro Bejarano J., Gerardo Rodríguez N.: Análisis y diseño de platos y columnas de platos (2011), Primera edición, Bogotá – Colombia.

http://es.wikipedia.org/wiki/Columnas_de_platos

http://es.wikipedia.org/wiki/Columnas_de_platos

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Práctica 3 - Evaluacion de Columnas de Platos