Hidrodinámica de Una Columna Empacada

Hidrodinámica de una columna empacada. Introducción. La columna empacada es uno de los sistemas más importantes en la industria química por  su gran utilización en operaciones de transferencia de masa. La evaluación de la caída de presión en columnas empacadas es un requisito fundamental para el buen diseño de las mismas. Las torres empacadas se usan para el contacto continuo a contracorriente de un gas y un líquido en la absorción y también para el contacto de un vapor y un líquido en la destilación. La torre consiste en una columna cilíndrica que contiene una entrada de gas y un espacio de distribución en el fondo una entrada de líquido y un dispositivo de distribución en la parte superior una salida de gas en la parte superior una salida de líquido en el fondo y el empaque de la torre. !l gas entra en el espacio de distribución que está deba"o de la sección empacada y se va elevando a través de las aberturas o intersticios del relleno así se pone en contacto con el líquido descendente que fluye a través de las mismas aberturas. !l empaque proporciona una e#tensa área de contacto íntimo entre el gas y el líquido. $e %an desarrollado muc%os tipos diferentes de rellenos para torres. !stos empaques y otros rellenos comunes se pueden obtener comercialmente en tamaños de & mm %asta unos '( mm. La mayoría de los empaques para torres están construidos con materiales inertes y económicos tales como la arcilla porcelana o grafito. La característica de un buen empaque es la de tener una gran proporción de espacios vacíos entre el orden del )* al +*,. !l relleno permite que los vol-menes relativamente grandes del líquido pasen a contracorriente con respecto al gas que fluye a través de las aberturas con caídas de presión del gas relativamente ba"as. roblema !ncuentre usted para cada flu"o de agua recomendado el intervalo de flu"o de gas /aire0 en 1g2% y caídas de presión por unidas de longitud en 1g f 2m 2m3m a través de la torre que garantice que la operación a régimen permanente de la columna empacada.

4esultados (1) eso de

la probeta /g0

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:ensidad real

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Cálculo del área superficial específica de los empaques secos / unidad de olumen empacado

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7()7.7++( cm &

9olumen de %uecos en la columna .

Cálculo del área transersal de flu"o entre los empaques

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#a$las de datos e%perimentales para empaque seco ! mo"ado

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7.D 8uándo alimenta el aire con empaque seco Eobserva alg-n cambio en el comportamiento interno de la columnaF $e observa un cambio de presión en el domo y en el fondo 3.D ara un flu"o de agua constante cuando aumenta el flu"o de aire Eobserva alg-n cambio en el comportamiento interno de las corrientes de líquido y del gas en la columnaF. $i su respuesta es si e#plique en qué consiste el cambio EG qué condiciones de caída de presión en la columna y de flu"o de aire ocurre este cambioF $e observa un cambio al aumentar el flu"o de aire se observa que esta va cayendo y recorriendo los empaques y al llegar a un valor elevado de flu"o de aire se observa que en la columna comienza a burbu"ear. 8uando aumentamos el flu"o de agua este cambio se da con un incremento más pequeño de flu"o de aire. &.D E8uál es el flu"o de aire má#imo que se puede alimentar para cada flu"o de agua recomendadoF. !#plique porqué no es posible alimentar un flu"o mayor de aire !n estos puntos se llega a los puntos de carga y como se estaba cuidando el equipo no se puede alimentar más flu"o pues se inundaría la columna. =lu"o de agua /L2%0

á#imo flu"o de aire

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73

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;.D !laborar la gráfica 7 en escala logDlog de / 9s. A0 para empaque seco.

(.D E8ómo es la variación de / 9s. A0 obtenida para empaque secoF  Gumenta la caída de presión conforme aumenta el flu"o. !n principio debería de ser lineal. ).D Hacer la gráfica 3 en escala logDlog para cada uno de los flu"os de agua recomendados de / 9s. A0 sobre la grafica 7 del punto ;.

'.D E8uál es el comportamiento observado en la gráfica del punto anteriorF. 8omparar estos perfiles con respecto a la obtenida para empaque seco. ELa pendiente es constanteF E$í o noF e#plicar los cambios observados y en qué puntos

$e observa que a flu"os ba"os de aire las caídas de presión son ba"as teniendo una buena transferencia de masa si así lo fuera cuando aumentamos el flu"o también aumenta de forma considerable la caída de presión %asta que llegamos al punto de carga a un flu"o determinado de agua. !n esta gráfica se puede determinar el flu"o má#imo de aire permitido para traba"ar en condiciones de régimen permanente y sin puntos de carga. 5.D E8ómo se llaman estos puntos de cambioF untos de carga. +.D !n este caso E:e qué depende la caída de presión en la columnaF =lu"o de aire =lu"o de agua Aeometría de la columna >ipo de empaque 7*.D E!s conveniente traba"ar la columna cerca de los flu"os donde ocurren los cambios bruscos deF E$í o noF Eor quéF 6o pues las caídas de presión altas en una columna se deben a que el aire empieza a generar un arrastre sobre el líquido. !sto ocasiona que el flu"o de líquido a la salida sea muy ba"o teniendo un intercambio de materia muy ba"o.  Gfecta la operatividad del proceso. 77.D!laborar la gráfica & en coordenadas logarítmicas para representar los comportamientos de las cantidades de las >ablas de datos e#perimentales. 8olocar en la ordenada A 3 /a9 2&0 2 /g A0 y en la abscisa las cantidades /L 2 A0 /A 20723. Jnir con una curvilínea los puntos de mayor ordenada

73D 8omo resultado de la información obtenida durante todo el e#perimento asignar un nombre a la curva obtenida en el punto anterior  7&.D 8uál es el significado físico de las ordenadas y las abscisas de la gráfica & !n la ordenada muestra la velocidad másica del gas al cuadrado que multiplica a una constante. K en la abscisa valores de corriente líquida entre corriente gaseosa que multiplican a otra constante. $i la velocidad másica del gas AB permanece constante al incrementar la velocidad másica del líquido L se incrementan los valores del e"e %orizontal al tomar un valor en este e"e verticalmente se alcanza un punto en la curva de inundación para el cual un pequeño incremento de L es suficiente para impedir que cualquier cantidad de gas fluya en contracorriente a través del empaque. !#perimentalmente se aumentamos la velocidad másica del líquido en la torre en cada corrida por lo que el valor de la velocidad másica del gas fue decreciendo.

7;.D !n la gráfica & trazar los siguientes datos e#perimentales de torres empacadas que reporta la literatura para curvas de inundación /)0.

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8omparar las curvas e#perimentales con la curva obtenida con los datos e#plique sus conclusiones

anteriores

7(.D ara un proceso de absorción en esta columna. Eué porciento de los valores de carga recomienda para operar la columna a régimen permanenteF 7).D !ncuentre usted para cada flu"o de agua recomendado en la tabla mencionada en el problema planteado el intervalo de flu"o de aire en /1g2 %0 y de las caídas de presión 2 longitud en /1gf 2 m3 m0 a través de la torre que garanticen la operación a régimen permanente de la columna empacada. $e sugiere utilizar la gráfica 3 con e"es coordenados aritméticos.  Gnálisis de resultados. 8onclusiones. Mibliografía.