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TRANSFERENCIA DE MASA II COLUMNAS EMPACADAS PARA DESTILACIÓN María del Rosario Caicedo Realpe, Ing. Química, M. Sc. Of. 18.

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1 TRANSFERENCIA DE MASA II COLUMNAS EMPACADAS PARA DESTILACIÓN María del Rosario Caicedo Realpe, Ing. Química, M. Sc. Of

2 Factores que determinan la selección entre una columna de platos y una columna empacada Son básicamente factores económicos: 1. Eficiencia de contacto 2. Capacidad de carga 3. Caída de presión * Sí el diámetro de la columna de destilación es menor a 2 ft resulta más económico si es empacada

3 Casos donde se debe considerar el uso de columnas empacadas - Componentes termosensibles que implican trabajar a bajas presiones y con una baja retención de líquido - Muy bajas velocidades del líquido y/o muy elevadas velocidades del vapor - La mezcla tiende a formar espuma - La mezcla contiene componentes muy corrosivos - Cuando el diámetro de la columna es menor a 2 ft

4 Internos de la columna Anillo Pall Super Intalox D F W Región de desenganche Distribuidor de vapor Plato soporte Distribuidor del alimento líquido Plato contenedor Plato soporte

5 Bases para el dimensionamiento de una columna empacada para destilación Altura del empaque 1. Análisis de etapa de equilibrio (Coulson et al., 1983; Wankat, 1988) 2. Consideraciones de transferencia de masa (Treybal, 1981; Perry, 1998) Diámetro (Treybal, 1981) 1. Consideraciones por inundación, ó 2. Caída de presión aceptable

6 Altura de la zona empacada (H) a partir del análisis de etapa de equilibrio Supuesto Cada una de las zonas empacadas se dividirá en segmentos de igual altura (HETP), donde cada segmento actúa como una etapa de equilibrio. En la columna empacada los cambios de concentración son continuos no discontinuos; el modelo no es real pero es útil para el diseño. La altura de la zona empacada se calcula así, H = NTP * HETP * NTP se puede calcular por cualquier método empleado para las columnas de platos.

7 Cómo calcular la HETP ? Para determinadas composiciones en el tope y el fondo de la columna se calcula el NTP a reflujo total, HETP = H / NTP En este caso el rehervidor parcial no se considera. La HETP depende de: - tipo y tamaño del empaque - naturaleza fisicoquímica de los componentes de la mezcla - flujo del gas Existe una gran cantidad de correlaciones para estimar la HETP: Murch, D. P., Height of equivalent theoretical plate in packed fractionation columns. Ind. Eng. Chem., 45, 2616 (1953); Bolle, W.L. y Fair, J.R. Improved mass transfer model enhances packed column design. Chem. Eng., 89(14), 109 (1982)

8 Estimaciones especiales en ausencia de datos - En ausencia de datos se puede aproximar HETP igual al diámetro de la columna (Ludwig, E. E., Applied process design for chemical and petrochemical plants. 2 ed. Gulf Pub. Co. Vol.2. Houston, 1979) - Para anillos Pall de 1, 1 1/2 y 2 in., la HETP se puede tomar igual a 1, 1 1/2 y 2 ft, respectivamente (Eckert, J. S., Selecting the proper distillation column packing. Chem. Eng. Prog., 66(3), 39 (1970)) * Estos valores estimados de HETP son casi independientes del sistema destilado; sí la distribución del líquido no es excelente se recomienda un factor de seguridad del 30 al 50%.

9 Cómo calcular el diámetro de la columna ? Consideraciones - El diámetro se diseña para operar entre un 65 a 90% de inundación o para una determinada caída de presión por ft de empaque (ver Figura 6.34 de Treybal, 1981) - Como las propiedades y los flujos del líquido y el vapor cambian a lo largo de la columna, se debe calcular los diámetros en varios puntos y usar el valor mayor para el diseño - Usualmente las variaciones en el flujo de vapor determinan los cálculos del diámetro - Para prevenir excesivo acanalamiento Dc / De > 15 Revisar Capítulo 6 de Treybal.

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11 TRANSFERENCIA DE MASA II CÁLCULO DE DIÁMETRO Y ALTURA DE COLUMNAS DE PLATOS PARA DESTILACIÓN María del Rosario Caicedo Realpe, Ing. Química, M. Sc. Of

12 Diámetro de la columna de platos para destilación Consideraciones La columna debe tener un diámetro que evite la inundación (?) Método de Fair Determina el flujo de gas V in. que causa inundación V in. = K (( L - V )/ V ) 0.5 ft/s K es una constante empírica que depende del diseño del plato Para fluidos que no hacen espuma se recomienda un valor para V entre un 80 a 85% de V in ; para fluidos que hacen espuma se recomienda un 75%. * A partir de V, cómo se determina el diámetro de la columna ?

13 Altura de la columna de paltos para destilación Espaciamiento entre platos - Facilidad para construcción y mantenimiento - Costos Considerando las labores de mantenimiento, industrialmente el valor mínimo para el espaciamiento entre platos de columnas pequeñas es 18 in. Si la destilación es al vacío el espaciamiento oscila entre 24 y 36 in (?). (Ver Tabla 6.1 de Treybal).


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