Las column columnas as de rellen relleno o a contr contraco acorrie rriente nte,, son equipo equipos s cilínd cilíndric ricos os que contie contienen nen en su interi interior or un rellen relleno o cuyo cuyo objeti objetivo vo es maxim maximiza izarr el área área de contac contacto to entre entre gas y líquid líquido. o. Las torres torres empac empacad adas as tienen tienen eficie eficienc ncias ias de remoción de gases más altas que otros equipos manejando caudales de gas resi residu dual al más más alto altos s y meno menorr cant cantida idad d de líqu líquid ido o de limpi limpiez eza, a, aunq aunque ue las las pérdidas de presión son altas y los costos del equipo, de operación y de mantenimiento también pueden ser bastante altos. Se prefi cuando: se manejan manejan cargas cargas variables variables de prefier eren en torres torres por platos platos cuando: líquido y/o vapor, se trabaja con presiones superiores a la atmosférica, se trabaja con bajas velocidades de líquido, cuando se maneja un gran número de etapas y/o diámetro, y se cuenta con un alto factor de ensuciamiento. Se prefie prefieren ren torres torres empac empacada adas s cuando cuando el diáme diámetro tro es menor menor a 2.5ft, 2.5ft, se manejas fluidos corrosivos, se trabaja con presiones de vacío y bajas caídas de presión, y en sistemas con formación de espuma. El diseño de una columna empacada involucra las siguientes etapas:
1. Selecciona Seleccionarr el tipo y tamaño tamaño de eempaqu mpaque. e.
Tamaño recomendado de empaque Diámetro de la columna Tamaño < 0,3 m < 25 mm 0,3 - 0,9 m 25 - 39 mm > 0,9 m 50 - 75 mm
Características de los rellenos de columnas de absorción: • • •
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Químicamente inerte frente a los fluidos de la torre. Resistente mecánicamente sin tener un peso excesivo. Tener pasos adecuados para ambas corrientes sin excesiva retención de líquido o caída de presión. Proporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas. Económicos.
1. Determinar la altura de la columna para la separación especificada. La altura de la columna esta dada por la siguiente expresión en relación al coeficiente de transmisión de materia de la fase gas y la composición del gas (en esta fase podríamos usar las presiones parciales para el cálculo de NOG): Z = H OG N OG
También se puede expresar en función de los mismos parámetros de la fase líquida: Z = H OL N OL
Para el cálculo de HOG y HOL usamos las siguientes expresiones, ya que las constantes KG y KL deben ser determinadas experimentalmente para cada caso, y para cada tamaño de columna.
Hay distintas fórmulas empíricas para el cálculo de estos parámetros, que a su vez dependen del tipo de empaque y del tamaño de éste. Tomando como ejemplo las correlaciones Cornell para monturas Berl, pudiendo servir de estimativo para otro tipo de rellenos:
Donde: HG: Altura de unidad de transferencia de la fase gas, (m) HL: Altura de unidad de transferencia de la fase liquida, (m) (Sc)v :Número de Schmidt del gas = (mv / r vDv) (Sc)L :Número de Schmidt del liquido = (mL / r LDL) Dc :Diámetro de la columna, m Z :Altura de la columna, (m) K3 : factor de corrección del porcentaje de inundación
Ψh factor de corrección para HG
øh factor de corrección de HL
L*w flujo de masa de liquido por unidad de área de sección transversal de la columna,(kg/m2s) f 1 factor de corrección para la viscosidad del liquido = (mL /mw)0,16 f 2 factor de corrección de la densidad del liquido = (r w /r L)1,25 f 3 factor de corrección para la tensión superficial = (sw /sL)0,8
NOL y NOG se calculan mediante integración gráfica o numérica de las expresiones anteriores. Suponiendo que las líneas de operación y de equilibrio son rectas (habitual en condiciones de operación con gases diluidos) y que la concentración en el solvente de entrada es 0, entonces:
El valor del factor de absorción (mGm/Lm) debe encontrarse entre 1,5 y 2,0. 2.
Determinar el diámetro de la columna (capacidad), para manipular los flujos de liquido y vapor. La velocidad de flujo esta directamente relacionada con el caudal y con el área de la sección transversal. A = Q/V
Donde: A área de la sección trasversal •
• • •
Q Caudal volumétrico V velocidad de flujo a través de la columna D diámetro de la columna
El diámetro Según Kister (1992), se recomiendan diseñar para operar entre el 70 y 80% de la velocidad del gas, que corresponde al punto de inundación. Strigle recomienda diseñar las columnas empacadas con un margen del 10 al 20 % de su capacidad máxima de operación y esta se encuentra alrededor de un 5% por debajo de su punto de inundación lo cual equivale diseñar entre el 76 y 86% de la velocidad de inundación.
Tabla 2. Máxima caída de presión recomendada para columnas empacadas. (Kister, 1992)
Operación
Máxima caída de presión permisible.(Pa/m)
Sistema Sistemas No Espumantes.
ABSORCIÓN.
200 – 325
Sistemas Espumantes.
200
Con aminas
200
Carbonato caliente
250
Secado de cloro
80 – 120
Absorción de SO3
200 – 250
Atmosférica.
160 – 325
A presión.
410 - 820
Tiempo de residencia. El gas debe de permanecer dentro de la vasija el tiempo suficiente para que la mayor cantidad posible de soluto sea absorbida. PH. Dependiendo del sistema empleado, el pH se debe de mantener dentro de unos límites para asegurar una alta solubilidad del soluto y la no formación de costras. La razón líquido/gas. Cuanto menor sea este número menor cantidad de líquido lavador se necesitara y por tanto menor gasto y menor dimensionado de las instalaciones 1.
Seleccionar y diseñar los dispositivos internos de la columna; Soportes de empaque, distribuidos de liquido, redistribuidores.
2.
Costos.
