ÍNDICE ÍNDICE DE CONTE CONTENIDO NIDO
INTRODUCCIÓN ________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________ 1 MARCO TEÓRICO____________________________________________________________ 2 TORRES DE RELLENO_____________________________________________________ RELLENO______________________________________________________ _ 2 TIPOS DE RELLENO RELLENO ________________________________ ________________________________________________________ ________________________ 4 CARACTERÍSTICAS DE LOS RELLENOS ________________________________ _______________________________________ _______ 8 APLICACIONES____________________________________________________________ 9 VENTAJAS VENTAJAS DE LAS COLUMNAS COLUMNAS DE RELLENO RELLENO ____________ _________________ __________ ___________ __________ ______ __ 9 DESVENTA DESVENTAJAS JAS DE LAS COLUMNAS COLUMNAS DE RELLENO ___________ ________________ ___________ ___________ _______ __ 10 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS______________________________________________ 11 FIRMAS DE RESPONSABILIDAD____________________________________________ RESPONSABILIDAD_______________________________________________ ___12
III
ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS FIGURAS Figura. 1 Torre Empacada ________________________________ ______________________________ 2 Figura. 2 Empaques comunes en torres: torres: a) anillos Raschig; b) anillo metálico Pall; Pall; c) anillo plástico Pall; d) montura Berl; e) montura de cerámica Intalox; f) montura plástica super intalox; g) montura metálica Intalox _________________________________ __________________________________ ________________ 3 Figura. 3 Relleno tipo rejilla _________________________________ ____________________________ 4 Figura. 4 Torre de Relleno Aleatorio ________________________________ ______________________ 5 Figura. 5. Empaques aleatorios: a) anillo Pall de plástico; b) anillo Pall de metal; c) anillo Rashing; d) montura IMTP; e) montura Intalox de plástico; f) montura montura Saddle _________________________________ ______5 ______ 5 Figura. 6 Modelos de empaques para relleno aleatorio________________________________________6 Figura. 7 Torre Torre de relleno estructurado ________________________________ ____________________ 6 Figura. 8 Relleno de empaque estructurado (Mellapak (Mellapak 250 Y) ________________________________ __7 __ 7 Figura. 9. Modelos de de empaques empaques para relleno estructurado estructurado ________________________________ ____7 ____ 7 Figura. 10 Comparación de Rellenos de Malla, Anillos y Monturas (Henley & Seader, 1990) 1990) __________ 8
IV
INTRODUCCIÓN Estas torres de relleno es es un sistema donde se emplean en en la absorción de gases, gases, extracción liquido-líquido y algunas otras otras operaciones. Este equipo consiste consiste en una columna columna cilíndrica donde hay una entrada de gas y un espacio de distribución en la parte inferior; una entrada y un distribuidor en la parte superior, salida para el gas y liquido liquido por cabeza y cola respectivamente, respectivamente, dentro de ella contiene un relleno que es la que proporcionan una mayor área de contacto entre el líquido y gas. gas. En una torre torre de relleno la corriente de gas entrante a la columna circula en contracorriente con el líquido. El gas asciende como consecuencia de la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la columna, columna, estas torres pueden alcanzar una eficiencia eficiencia de remoción muy alta un ejemplo muy claro es la recuperación de cianuro en la industria minera donde el gas cianhídrico es sometido en estas columnas para luego recuperar gran parte del cianuro. Unas de sus falencias son sus caída de presión alta en el sistema, potencial de obstrucción y ensuciamiento ensuciamiento alto y costo de mantenimiento mantenimiento extensas debido a la presencia del material de empaque. Dentro de estas torres se da una operación unitaria que consiste la separación de uno o varios componentes de una mezcla gaseosa mediante la ayuda de un solvente líquido con con el cual va a formar una una solución. En este este proceso se da una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A, a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un líquido C, también en reposo.
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MARC MA RCO O TEÓRI TEÓRICO CO
TORRES DE RELLENO
Las torres de relleno (“packing towers”) o también conocidas como torres empacadas, son columnas de relación relación diámetro – altura normalmente normalmente bajas, bajas, llenas en su interior interior de elementos sólidos pequeños. Estos elementos de relleno están distribuidos de forma ordenada ordenada o aleatoria aleatoria (Costa, (Costa, y otros, otros, 1991). 1991). Consis Consisten ten en una una columna columna cilínd cilíndrica rica equipada con una entrada de gas y un espacio de distribución en la parte inferior; una entrada de líquido líquido y un distribuidor distribuidor en la parte superior; superior; salidas para el gas y líquido líquido en la parte superior e inferio inferior, r, respectivamente (McCabe, Smith, & Harriott, Harriott, 2002). Las torres torres empaca empacadas das ocupan ocupan un un lugar lugar destacado destacado en las las industri industrias as de formación formación fisicoquímica, ya que juegan un papel fundamental en las operaciones de transferencia de masa y de calor que requieren el contacto directo entre las fases inmiscibles. Una unidad de torre empacada básica se compone de una envoltura de la columna, eliminadores de rocío, distribuidores de líquido, material de empaque, soporte del empaque y puede incluir un retenedor del empaque. Cuando se utilizan solventes o gases altamente corrosivos, corr osivos, para los interiore interioress de la columna se requieren de aleaciones resistente resistentess a la corrosión corrosión o materiale materialess plásticos plásticos.. ( Martínez Martínez Alvarado Alvarado & Morales Morales Mendivelso, Mendivelso, 2012)
Figura Figura.. 1 Torre Torre Empaca Empacada da
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El gas que contiene contiene el soluto, entra entra en el espacio espacio de distribución distribución situado en la parte inferior y asciende a través del empaque en contracorriente con el flujo del líquido. El empaque proporciona gran área de contacto entra las fases, así el soluto contenido en el gas es absorbido por por el líquido que ingresa ingresa a la torre y el gas sale de la torre por la parte superior. El líquido se enriquece en soluto a medida que desciende por la torre y sale por el fondo de la torre a través de la salida salida del líquido líquido (McCabe, Smith, & Harriott, Harriott, 2002). En cuanto a los rellenos, pueden dividirse en 3 clases: 1. Relleno de sólidos troceados.- son los más baratos y se utilizan en tamaños muy distintos. Ofrecen buena resistencia a la corrosión, pero son menos satisfactorios en cuanto al flujo del líquido o a la superficie efectiva para la transferencia. No son rellenos uniformes uniformes con porosidad constante constante (Franco & Ojeda, 2008). 2. Rellenos de una forma determinada.- Son los más comunes en las plantas químicas (anillos Raschig, Pall, Lessing, monturas Berl, etc., y los más recientes, anillos Mini, Mini, monturas Intalox, Hy-Pak, Hy-Pak, etc.). Presentan una una gran eficacia y una baja caída de presión, encontrándose disponibles en una amplia gama de tamaños y materiales. Presentan menos riesgo de canalizaciones y mejor distribución de líquidos, pero son más caros, sobre todo los de menor tamaño. El tamaño del relleno utilizado influye en la altura y el diámetro de la columna, y en la caída de presión y coste del relleno. Generalmente, al aumentar el tamaño del relleno, se reduce el coste por unidad de volumen y la caída de presión por unidad de altura, pero se reduce la eficacia en la transferencia transferencia de materia, por por lo que se precisará una mayor mayor altura de columna (Franco & Ojeda, 2008).
Figura. Figura. 2 Empaques Empaques comunes comunes en en torres: torres: a) anillos anillos Raschig; Raschig; b) anillo metálico metálico Pall; c) anillo plástico plástico Pall; d) montura montura Berl; e) montura montura de cerámica Intalox; Intalox; f) montura montura plástica super intalox; intalox; g) montura montura metálica Intalox
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3. Rellenos de rejilla.- Fáciles de fabricar, f abricar, se utilizan normalmente para columnas de sección cuadrada. También se construyen de diversos materiales, originando bajas caídas de presión debido a los espacios libres entre rejillas. Son fáciles de montar, pudiéndose utilizar para suspensiones. El principal problema que presentan es la mala distribución de líquidos para flujos elevados, porque se forman canalillos, canalillos, y no gotas (Franco & Ojeda, Ojeda, 2008).
Figura. Figura. 3 Relleno Relleno tipo rejilla rejilla
TIPOS DE RELLENO
Hay muchos tipos distintos de rellenos comerciales, se persigue que tengan una elevada área superficial por unidad de volumen, poco peso, buena resistencia mecánica y que los elementos elementos constituyentes constituyentes no se compacten compacten entre sí (Costa, y otros, 1991). 1991). El relleno puede ser de dos tipos: -
Relleno
Aleatorio.-
Es una alternativa económica para incrementar la
capacidad y eficiencia de las columnas. La mayoría de empaques de relleno aleatorio se construye con materiales baratos e inertes, tales como arcilla, porcelana o diferentes plásticos. A veces se utilizan anillos metálicos de pared delgada, de acero o aluminio. Se alcanzan altos espacios vacíos o pasos grandes para los fluidos haciendo las unidades de empaque irregulares o huecas de forma que se entrelazan para dar lugar a estructuras abiertas con porosidad del 60 a 90%. Son los de uso más común en la práctica comercial. Históricamente pueden ser divididos en tres generaciones. La primera generación (1907 a 1950) produjo dos tipos básicos de formas simples, el anillo Rasching y la silla Berl, que vienen a ser los ancestros de los empaques desordenados modernos. Estos empaques se han vuelto obsoletos con los nuevos desarrollos, y rara vez son usados en la práctica moderna de destilación. La segunda generación (finales de 1950 principio de los setenta) setenta) produjo dos geometrías geometrías muy populares: el anillo anillo Pall, que evoluciono del anillo Rasching, y la silla Intalox, que se desarrolló a partir de 4
la silla Berl. Esta segunda generación de empaques todavía es popular y de extensivo uso en en la industria (PDVSA MDP-04-CF-07, MDP-04-CF-07, 1997).
Figura. Figura. 4 Torre Torre de Relleno Relleno Aleatorio Aleatorio
Figura. 5. Empaques aleatorios: a) anillo Pall de plástico; b) anillo Pall de metal; c) anillo Rashing; d) montura IMTP; e) montura Intalox de plástico; f) montura Saddle Saddle
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Figura. Figura. 6 Modelos Modelos de empaques empaques para relleno relleno aleatori aleatorio o
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Los empaques estructurados establecen trayectorias
R e l le le n o E s t r u c t u r a d o . -
definida definidass de los fluido fluidoss dentro dentro de la colum columna, na, usualmen usualmente te tienen tienen caídas caídas de presión menores y son capaces de manejar mayores relaciones de flujo con respecto a los empaques aleatorios. Sin embargo estos empaques son más caros por unidad de volumen. Los empaques estructurados pueden clasificarse en empaques estructurados tipo gasa y empaques con hojas corrugas metálicas (Mendoza, 2010).
Figura. Figura. 7 Torre Torre de relleno relleno estruct estructurado urado
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Figura. Figura. 8 Relleno Relleno de empaque estructur estructurado ado (Mellapak (Mellapak 250 Y)
La primera generación de empaques estructurados (Panapack) apareció hacia los años cuarenta. Estos empaques rara vez son usados en la actualidad. La segunda generación comenzó en los años cincuenta con empaques de malla tejida (“wire mesh”) de alta eficiencia tales como Hyperfil de Goodloe y los empaques Koch–Sulzer de malla tejida. Hacia los años setenta la aplicación de estos empaques cobró importancia en destilación al vacío, donde su baja caída de presión por etapa teórica es de gran ventaja. En este servicio son muy usados hoy en día. Los empaques de hoja corrugada, primeramente introducidos por Sulzer hacia 1970, comenzaron con la tercera generación de empaques estructurados. Con una alta capacidad, menor costo y menor sensibilidad a los sólidos (en comparación a los empaques de malla tejida), pero con una alta eficiencia, estos empaques se vuelto más competitivos con otros internos convencionales, convencionales, especialmente en aumentos aumentos de capacidad capacidad “revamps”, “revamps”, hasta el punto de hacerlos hacerlos uno de los los internos más más usados en la actualidad actualidad (PDVSA MDP-04-CF-07, 1997).
Figura. Figura. 9. Modelos Modelos de empaque empaquess para relleno relleno estructur estructurado ado
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Figura. Figura. 10 Comparació Comparación n de Rellenos Rellenos de Malla, Malla, Anillos Anillos y Montura Monturass (Henley (Henley & Seader, Seader, 1990) 1990)
CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE LOS RELLENOS -
Químicamente inerte frente a los fluidos de la torre.
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Resistente mecánicamente mecánicamente sin tener un peso excesivo. excesivo.
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Tener pasos adecuados para para ambas corrientes sin excesiva excesiva retención de líquido o caída de presión.
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Proporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas.
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Coste razonable Tabla Tabla 1. Tamaño Tamaño recome recomenda ndado do de empaqu empaque e
Diámetro de la columna < 0,3 m 0,3 - 0,9 m > 0,9 m
Tamaño < 25 mm 25 - 39 mm 50 - 75 mm
Tabla 2. Porcentaje Porcentaje de Inundación
Servicio Sistemas De Hidrocarburos Sistemas Espumosos (Caustico, Amina, Catacarb) Otros Sistemas Acuosos
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Empaque Metálico 70-80 60 85
Empaque Plástico Nr 60 85
Empaque Cerámico Nr 50 70
Tabla 3. Comparación entre empaques estructurados y desordenados Estructurados
Mayor capacidad y eficiencia No deberían ser usados en servicios Capacidad y Eficiencia donde la presión de operación sea mayor de 100 a 200 psia, y/o con cargas líquidas menores a 24 m3/h m2 Los empaques estructurados tienen una Caída de presión por etapa considerablemente teórica menor caída de presión por etapa teórica Mantenimiento/Inspección: Difícil 3 a 10 veces más por unid unidad ad de volu volume men n Costo que los empaques desordenados Fuente: PDVSA MDP-04-CF-07, 1997
Aleatorios
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Baja capacidad Baja eficiencia
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Los empaques estructurados tienen una considerablemente mayor caída de presión por etapa teórica Fácil
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Económico
APLICACIONES -
Recuperación de productos de corrientes gaseosas con fines de producción.
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Método de control de emisiones de contaminantes a la atmósfera, reteniendo las sustancias contaminantes (compuestos de azufre, compuestos clorados y fluorados, etc.)
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Eliminación de amoníaco a partir de una mezcla de amoníaco y aire por medio de agua líquida.
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Eliminación de SO 2 de gases de combustión con disoluciones acuosas de hidróxido de sodio.
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Remoción de contaminantes del aire.
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Absorción de dióxido dióxido de carbono carbono (proceso Solvay). Solvay).
VENTAJAS VENTAJAS DE LAS COLUMNAS DE RELLENO RELLENO
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Para líquidos corrosivos, usualmente es más económica una columna empacada antes que su equivalente en platos.
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La retención de líquido es apreciablemente menor en una columna empacada que en una columna de platos. Esto puede ser importante cuando se necesita 9
mantener la cantidad de líquidos tóxicos o inflamables en la columna, tan baja como sea posible posible por razones de seguridad. seguridad. -
La caída de presión por etapa etap a de equilibrio puede ser más baja para par a una columna empacada que para una columna de platos.
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Los empaques deben considerarse siempre para columnas con diámetro pequeño, menores a 0.6m donde los platos son dificultosos y además costosos de instalar.
DESVENTAJAS DESVENTAJAS DE LAS COLUMNAS COLUMNAS DE RELLENO
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No manejan un amplio rango de velocidades de flujo, no son convenientes para velocidades velocidad es de líquido muy bajas.
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La eficiencia para empaques no puede predecirse con mayor certidumbre, la eficiencia de un plato sí.
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En las columnas de platos es más fácil que en las columnas empacadas hacer previsiones para enfriamiento, limpieza y para salida de corrientes laterales.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Martínez Alvarado , C. C., & Morales Mendivelso, D. F. (2012). Torres Empacadas. Bucaramanga.
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Costa, J., Cervera, S., Cunill, F., Esplugas, S., Mans, C., & Mata, F. (1991). Introducción a los procesos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte. Barcelona: Reverté.
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Franco, C. A., & Ojeda, Ojeda , E. D. (25 de Abril de 2008). Open Course Ware. Ware. Obtenido de
Universidad
de
Sevilla:
http://ocwus.us.es/arquitectura-e-
ingenieria/operaciones-b ingenieria/operaciones-basicas/contenid asicas/contenidos1/tema5/pa os1/tema5/pagina_12.htm gina_12.htm -
Henley, E. J., & Seader, D. (1990). Operaciones de Separación por Etapas de Equilibrio en Ingeniería Química. España: Reverté.
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McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriott, P. (2002). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química (Sexta ed.). México: McGraw-Hill.
-
Mendoza, G. (2010). Modelamiento de la Hidrodinámica de un flujo Gas-Líquido en empaque estructurados catalíticos. Instituto Politécnico Nacional , México.
-
PDVSA MDP-04-CF-07. (1997). Torres de Destilación Empacadas. Obtenido de https://alemansistem.files.wordp https://alemansistem.files.wordpress.com/2015/02 ress.com/2015/02/torres-de-destil /torres-de-destilacionacionempacadas.pdf
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FIRMAS DE RESPONSABILIDAD
_____________________ _______________________ __ ALVAREZ BYRON
_____________________ _______________________ __ ESPINOZA MARÍA
_____________________ _______________________ __ ESPINOZA KEVIN
_____________________ _______________________ __ FERNÁNDEZ VANESSA
_____________________ _______________________ __ ROMERO CRISTHIAN
_____________________ _______________________ __ ZAPATA JESSENIA
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