1.2 DISEÑO DE LA COLUMNA DE ABSORCIÓN
Para el diseño de una columna de relleno debemos tener en cuenta que se debe conseguir el máximo de transferencia del contaminante con el mínimo consumo de energía y tamaño de la columna es decir, con el mínimo coste. El cálculo principal en el diseño de la columna es la altura de relleno necesaria para conseguir la transferencia deseada de contaminante al líquido, en función del equilibrio que tenga entre gas y líquido. Existen otros parámetros importantes, como son el diámetro de la columna, los caudales de gas residual y líquido, si es de platos o de relleno si es de relleno es importante elegir correctamente el tipo de relleno. Para diseñar la columna proponemos lo siguiente: 1. vamos a elegir una torre de relleno ya que que el empleo de columnas de relleno frente a las de platos se ve favorecido por que son más adecuadas cuando las columnas son de pequeñas dimensiones (menos de 0,6m de diámetro y una altura de relleno inferior a 6m) también si se tienen sustancias corrosivas o se forma mucha espuma o si se requiere que la pérdida de carga en la columna sea pequeña y la velocidad del líquido es elevada.
Mientras que la torre de platos pueden resultar económicamente preferibles para operaciones en gran escala, pueden p resentar mejor “relación de flujo descendente” y están menos sujetas a ensuciamiento por sólidos que las
columnas de relleno. Pero como el que necesitamos es a pequeña escala nos conviene la torre de relleno. 2. Para seleccionar el tipo de relleno tomaremos en cuenta cual resulta más eficiente en cuanto a costo y superficie de transferencia; como vimos en la información antes presentada el anillo de rasching es uno de los más usados debido a que el materia con el que se fabrica es el plástico y relativamente no tiene un costo muy elevado pero el plástico se deteriora rápidamente, los plásticos deben escogerse con especial cuidado, puesto que se pueden
deteriorar, rápidamente y con temperaturas apenas elevadas, con ciertos solventes orgánicos y con gases que contienen oxígeno. Así que elegiremos el relleno de anillo tipo pall estos a diferencia del rasching tienen como ventajas:
Gran área por unidad de volumen
Formación de película de barro extensa
Excepcional espacio vacio
Capacidad de alta oxigenación
Alta carga hidráulica
Alta carga DBO
Requerimiento de área mínimo
Es un relleno rígido y liviano
Es de fácil instalación (cargado al azar)
Pared de sostén de baja resistencia
Tiene un mínimo costo de operación
Y un bajo costo
3. Para seleccionar la distribución de relleno será al azar ya que el anillo que se eligió es para este tipo de distribución
4. Cálculos de variables: como son el diámetro de la columna, los caudales de gas residual y líquido, el tipo de relleno y la pérdida de presión. 5.
Datos que son conocidos normalmente en el proceso: 1. Condiciones de operación de la columna: P T y T 2. Composición de las corrientes de entrada 3. Composición del gas a la salida (fin perseguido) 4. Circulación en contra corriente Se va a estudiar el caso de absorción, en estado estacionario, de un soluto A desde una mezcla gaseosa con B mediante un absorbente líquido C
Definición de variables: L y G: caudales
Ecuaciones de transformación:
de líquido y gas (mol/s m2) x e y: fracciones molares de líquido y gas LS (mol C/s m2) GS (mol B/s m2) Y (mol A/mol B)
X (mol A/mol C)
1.2.1Columnas de relleno o empacadas: Las torres empacadas, utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El liquido se distribuye sobre estos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas. Son usadas para destilación, absorción de gases, y extracción liquido-liquido.
Tipos de Columnas Empacadas
Las columnas empacadas se clasifican según el empaque, así tenemos 2 tipos: 1. Columnas Empacadas con Empaque al Azar o Aleatorios 2. Columnas Empacadas con Empaque Regulares
El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes características: 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.
2. Poseer las características deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen fraccionario vacío, 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. 3. Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando (Alta durabilidad, resistencia a la corrosión 4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación. 5. Tener bajo precio.
Tipos de relleno:
a) Montura berl b) Montura intalox c) Anillo raschig d) Anillo pall
Anillos Raschig: son cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100 mm o más. Pueden fabricarse de porcelana industrial, que es útil para poner en contacto a la mayoría de los líquidos, con excepción de álcalis y ácido fluorhídrico; de carbón que es útil, excepto en atmósferas altamente oxidantes; de metales o de plásticos.
Montura de Berl e Intalox: son empaques con forma de silla de montar, y sus variaciones se pueden conseguir en tamaños de 6 a 75 mm; se fabrican de porcelanas químicas o plásticos.
Anillos pall: El anillo Pall, es un cilindro con paredes ranuradas y lenguas o costillas internas, siendo el diámetro y la altura del anillo iguales. Los anillos son fabricados en Polipropileno (PP) y una gran variedad de metales, Los anillos Pall tienen la forma aproximada de los anillos Raschig, excepto que las paredes han sido abiertas y se han adicionado superficies interiores y deflectores. Estos cambios eliminan los defectos que en los anillos Raschig impiden performances satisfactorias, en el relleno de columnas de gran diámetro.
1.2.1.1 Mezclas binarias
1.2.1.1.1 Altura del empaque.
Características de distintos tipos de empaque:
Químicamente inertes frente los fluidos de la torre Resistente mecánicamente sin tener peso excesivo Tener pasos adecuados para ambas corrientes sin excesiva retención de líquidos o caídas de presión. Proporcionar un buen contacto entre el liquido y el gas Unidades de relleno huecas, que garantizan la porosidad del lecho y el paso de los fluidos.
1.2.1.1.2 Diámetro de la columna Distribución de relleno
la distribucion de relleno en una torre se puede llevar a cabo de las siguientes maneras: 1.- al azar: tamaño < 3 in (< 1 in se usan comúnmente en el laboratorio o planta piloto) 2.- ordenados entre 2 y 8 in También se puede seleccionar en base al diámetro de la columna tal como se muestra a continuación: Tamaño recomendado de empaque Tamaño Diámetro de la columna < 25 mm < 0,3 m 25 - 39 mm 0,3 - 0,9 m 50 - 75 mm > 0,9 m
