PRACTICA 6.PERDIDA DE PRESIÓN POR FRICCIÓN A TRAVÉS DE COLUMNAS EMPACADAS. OBJETIVOS. Objetivo General. Determinar las caídas de presión de un fluido que circula a través de columnas empacadas con diferentes características. Objetivos Particulares. a) Determinar la pérdida de presión experimental ( ∆ Pexp ¿
de un fluido que
circula a través de una columna empacada, con empaque de forma esférica. b) Determinar el factor de fricción experimental de cada columna en función del número de Reynolds modificado(Rem). c) Graficar la pérdida de presión experimental ( ∆ Pexp ¿ contra el gasto volumétrico (Gv) para cada columna empacada, para interpretar el comportamiento hidráulico de las columnas. d) Graficar el factor de fricción modificado (fm) contra el número de Reynolds modificado (Rem) para cada columna empacada, para interpretar el comportamiento hidráulico de las columnas. INTRODUCCIÓN. Las columnas empacadas son usadas para destilación, absorción de gases, y extracción Liquido-liquido; solamente la destilación y la absorción se considerarán en esta ensayo. La desorción (“stripping”) es el inverso de la absorción y se aplican los mismos métodos de diseño. El contacto liquido – gas en una columna empacada es continua, no por etapas, como en una columna de platos. El flujo de líquido cae hacia abajo en la columna sobre el área de empaque y el gas o vapor, asciende en contracorriente, en la columna. En algunas columnas de absorción de gases se usa corrientes en flujo co-corriente. La performance de una columna empacada depende mucho del mantenimiento de una buena distribución de líquido y gas a través del lecho empacado, y esto es una consideración importante en el diseño de columnas empacadas. Un diagrama esquemático mostrando las principales partes de una columna empacada es dado en la Fig.1 Una columna de destilación con empaque será similar a la columna de platos mostrada en dicha figura mencionada anteriormente con los platos reemplazados por secciones de empaque.
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Columnas y tipos de empaques
Al diseñar columnas de relleno a escala industrial, debe realizarse un balance económico entre el coste de instalación y el material auxiliar de la columna por una parte, y los costes de funcionamiento, por otra. Generalmente, al reducir el diámetro disminuye el coste de instalación, pero aumenta el coste de bombeo del gas, debido al aumento de la caída de presión. Si se selecciona una velocidad del gas y, por tanto, el diámetro de la columna, la velocidad del líquido dependerá del punto de carga calculado. Las columnas de relleno son muy usadas para conseguir un íntimo contacto entre dos fluidos inmiscibles o parcialmente miscibles, (gas-líquido o dos líquidos). Por tanto, es preciso seleccionar un relleno que proporcione una elevada superficie de contacto y un alto grado de turbulencia entre los fluidos. Normalmente esto se consigue a expensas de un incremento en los costes de inversión y/o en la caída de presión, debiendo realizarse el balance mencionado anteriormente. Finalmente, indicar que las columnas presentan tamaños muy distintos, según sean las operaciones a efectuar: desde 2,5 cm hasta 4,5 m de diámetro, y hasta 30 m de altura. En cuanto a los rellenos, pueden dividirse en tres grandes clases: a) 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 con porosidad constante, (riesgo de canalizaciones).
b) 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, monturas Intalox, Hy-Pak, etc.). Presentan 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, sobretodo los de menor tamaño. Las propiedades de algunos rellenos pueden verse tablas en la bibliografía. 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 de materia, por lo que se precisará una mayor altura de columna. c) Rellenos de rejilla: Fáciles de fabricar, 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, y no gotas. Usos principales: Se usa frecuentemente en la absorción de gases Aplicaciones. Remoción de contaminantes del aire para la eliminación de los gases. Absorción en procesos de producción de ácido nítrico, sulfúrico y cloro. Recuperación de compuestos orgánicos de corrientes acuosas. Desalinización de agua de enfriamiento en plantas térmicas y nucleares.
Tabla de datos experimentales. Corrida
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)
Tabla 1.Datos Experimentales de las columnas Empacadas Columna 1 Columna 2 Columna 3 Columna 4 %R %R %R %R ∆P ∆P ∆P ∆P 55 50 45 40 35 30 25
cm de Hg 13.4 13 12.2 9.9 7.8 5.7 4.1
90 80 70 60 50 40 30
cm de Hg 11.9 9.3 7.6 5.7 4.2 2.8 2.2
90 80 70 60 50 40 30
cm de Hg 2.3 1.9 1.8 1 0.8 0.7 0.4
90 80 70 60 50 40 30
cm de Hg 4.4 3.5 2.7 2 1.7 0.9 0.5
