OPERACIONES DE CONTACTO CONTINUO DIFERENCIAL Tema 8. Absorción y destilación en torres de relleno: unidades de transferencia. HETP. Extracción Objetivos: Establecer las expresiones para la altura de la unidad de transferencia y el número de unidades de transferencia, tanto individuales como globales. Utilizar el concepto de HETP para el cálculo de la altura de relleno. Describir el funcionamiento de las diferentes partes de una columna de relleno y las principales características de los materiales de relleno. Explicar las particularidades del equipo para cada operación. Reflejar algunas correlaciones simples o detalladas para determinar HTUs. Describir métodos de medida y estimación de la HETP. Calcular el diámetro de columna considerando los parámetros característicos del relleno y la caída de presión. Relleno

ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Flujo de pistón en ambas fases No existe dispersión axial Aplicamos teoría de capa límite Vel. transferencia materia = Coef. transf materia x Área x Fuerza impulsora Coef. transferencia de materia (k): Incluye difusividad y modelos de flujo Unidades consistentes con las de la fuerza impulsora Relleno Fuerza impulsora: gradiente de concentración (Dc, DP, Dx, Dy,....) MOLES: Vel. transferencia de materia de A = ky · Ai · (yAi-yA) = kx · Ai · (xA-xAi)

ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. transferencia de materia de A = ky · Ai · (yAi-yA) = kx · Ai · (xA-xAi) Dificultad 1: Ai: Área interfacial de contacto efectivo entre las fases. Difícil de conocer (relleno no totalmente mojado) Empíricamente por unidad de volumen: área específica del relleno: a Relleno Vel. transferencia de materia A/Volumen = ky ·a· (yAi-yA) = kx ·a· (xA-xAi) Correlaciones para el cálculo de los valores agrupados kx·a o ky·a.

ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. transferencia de materia de A = ky · ai · (yAi-yA) = kx · ai · (xA-xAi) Dificultad 2: xAi, yAi: Composiciones de A en la interfase. Difíciles de conocer. Relleno Calcular composiciones de interfase Trabajar con coeficientes globales

ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. transferencia de materia de A = ky · ai · (yAi-yA) = kx · ai · (xA-xAi) Dificultad 2: xAi, yAi Teoría de capa límite: Resistencias en serie. Para cada altura de la torre: Composición del flujo global de las fases constante (xA, yA) Relleno Toda la variación de concentración en la interfase (capa límite d) En la interfase ambas fases (xAi, yAi) en equilibrio.

ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. transferencia de materia de A = ky · ai · (yAi-yA) = kx · ai · (xA-xAi) Dificultad 2: xAi, yAi L G xA yA xA* A L G xA yA yAi xAi A Relleno L G xA yA yA* A

ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA TORRES DE RELLENO Vel. transferencia de materia de A = ky · ai · (yAi-yA) = kx · ai · (xA-xAi) Dificultad 2: xAi, yAi Calcular composiciones de interfase Trabajar con coeficientes globales Relleno kx ·a· (xA-xAi) = ky ·a· (yAi-yA) = Kx·a·(xA-xA*) = Ky·a·(yA*-yA) equilibrio y = m·x + b

Relleno DESTILACIÓN BINARIA NA·a·Ac·dz =V·dyA = L·dxA = Flujo de pistón en ambas fases No existe dispersión axial Teoría de capa límite. Flujo molar constante: L, V, L’, V’  constantes. NA = -NB Para dz: diferencial de altura de relleno, enriquecimiento NA·a·Ac·dz =V·dyA = L·dxA = ky·a·(yAi-yA)·Ac·dz = kx·a·(xA-xAi)·Ac·dz Relleno NA: Vel. de transf. por unidad de superficie [=] moles·h-1·m-2. a: Área específica del relleno [=]m-1. Ac: Área transversal de la torre (p·D2/4) [=] m2. V·dyA moles de A/h transferidos hacia la fase vapor L·dxA moles de A/h transferidos desde la fase líquida

Relleno DESTILACIÓN BINARIA NA·a·Ac·dz =V·dyA = L·dxA = ky·a·(yAi-yA)·Ac·dz = kx·a·(xA-xAi)·Ac·dz Tomando como referencia la fase vapor, zona enriquecimiento: ky·a·(yAi-yA)·Ac·dz = V·dyA Relleno HG Altura de la unidad de transf. individual basada en la fase vapor HTU Valor constante en cada zona de la torre Valor promedio de ky, = f ( Re y Sc)

Relleno DESTILACIÓN BINARIA NG: Número de unidades individuales de transferencia de materia basadas en la fase vapor, también denominado NTU Relleno

Relleno DESTILACIÓN BINARIA NA·a·Ac·dz =V·dyA = L·dxA = ky·a·(yAi-yA)·Ac·dz = kx·a·(xA-xAi)·Ac·dz Tomando como referencia la fase líquida, zona enriquecimiento: kx·a·(xA-xAi)·Ac·dz = L·dxA Relleno HL Altura de la unidad de transf. individual fase líquida: HTU Valor constante en cada zona de la torre, kx, = f ( Re y Sc) NL: Nº de unidades individuales de transf. de materia fase líquida NTU

Relleno DESTILACIÓN BINARIA Calcular composiciones de interfase Dificultad : xAi, yAi Calcular composiciones de interfase Trabajar con coeficientes globales kx ·a· (xA-xAi) = ky ·a· (yAi-yA) Relleno

Relleno DESTILACIÓN BINARIA Trabajar con coeficientes globales Dificultad : xAi, yAi Trabajar con coeficientes globales Relleno

Relleno DESTILACIÓN BINARIA EN TODOS LOS CASOS, TRABAJANDO CON COEFICIENTES INDIVIDUALES O GLOBALES, BASADOS EN FASE LÍQUIDA O VAPOR: ES PRECISO CALCULAR DE FORMA INDEPENDIENTE LAS ALTURAS DE CADA UNA DE LAS ZONAS DE LA TORRE DE DESTILACIÓN EN LAS QUE HAY VARIACIÓN DE LAS CORRIENTES DE LÍQUIDO O DE VAPOR (ENTRADAS O SALIDAS). Relleno TRABAJANDO CON COEFICIENTES GLOBALES ES PRECISO SUBDIVIDIR, ADEMÁS, EN ZONAS DE PENDIENTE DE EQUILIBRIO CONSTANTE

Relleno DESTILACIÓN BINARIA CONCEPTO FÍSICO DE HTU HTU representa la altura de relleno para la cual la variación de concentración experimentada por una fase al atravesarla, fuese idéntica a la diferencia de concentración que fuerza la transferencia (potencial). Relleno

Relleno DESTILACIÓN BINARIA APROXIMACIÓN DE HETP Se asimila el relleno a platos o etapas discretas de equilibrio h = Nº de etapas teóricas · HETP HETP: Altura de relleno necesaria para obtener el cambio en la composición conseguido en una única etapa de equilibrio. Para su cálculo se resta previamente el calderín. Depende del tipo y tamaño de relleno, sustancias que se separan, velocidad de flujo de las fases. Relleno

Relleno DESTILACIÓN BINARIA APROXIMACIÓN DE HETP Si se pueden considerar línea de operación y equilibrio rectas: Solución aproximada. Factor de seguridad 1.7 Si L/m·V=1, operación y equilibrio paralelas HETP = HOG Kremser aplicable para resolver torres de relleno Relleno