En este trabajo se muestra la operación de un empaque estructurado construido en el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ), del tipo gasa de alambre y fabricado en latón. Los resultados experimentales son las caídas de presión generadas por el paso de los flujos gaseoso y líquido que cruzan el empaque, las retenciones volumétricas del líquido, los coeficientes volumétricos de transferencia de masa por el lado líquido y las alturas de unidades de transferencia de masa del líquido. Los resultados son comparados con los de el empaque estructurado comercial Sulzer BX, igualmente del tipo de gasa de alambre y construido en acero inoxidable,. Los resultados experimentales muestran que el empaque ININ es más eficiente en la transferencia de masa, pero con mayor caída de presión, en comparación con el empaque Sulzer BX, debido a las características geométricas y al tipo de material de construcción.
Transferencia De Masa Hines Maddoxl
El relleno o empaque es el elemento más importante para la adecuada respuesta de las columnas, ya que es donde se realiza el contacto líquido-gas y la transferencia de masa. Se hacen grandes esfuerzos para incrementar la efectividad en el contacto, efectos de caída de presión y reducir pérdidas por arrastre de vapor, que es cuando el vapor retira del proceso a los líquidos pesados por su poder calórico, generando ineficiencias en la separación (Aroonwilas et al. 1999; Chávez et al., 1999; Xu et al., 2000). Debido a su estructura regular, de malla y a consecuencia de su gran capilaridad, pequeñas cantidades de flujo pueden distribuirse uniformemente sobre la superficie del empaque para formar la película líquida. La pendiente de los canales de flujo, aseguran un gran mezclado lateral y los empaques colocados a 90º uno con respecto al otro, garantizan que el líquido y el gas se mezclen a través de la sección horizontal de la columna y al fluir sigan trayectorias bien definidas sobre el empaque que se encarga de dispersar las fases líquida y gaseosa para ponerlas en contacto y promover la transferencia de masa (Billet, 1995).
A pesar de la expansión de los empaques estructurados, el desarrollo de procedimientos adecuados para predecir el comportamiento de este tipo de material, ha quedado rezagado con respecto al crecimiento comercial que han tenido (Fair et al., 2000; Schmit et al., 2000, 2001). En la práctica, los diseños de equipos que contengan empaques estructurados se basan en aproximaciones, partiendo de recomendaciones del fabricante. Los métodos de diseño actuales atacan complejos fenómenos hidráulicos y de transferencia de masa, y su solución requiere de un número significativo de parámetros y coeficientes específicos para cada tipo de empaque, lo cual los hace ser inaplicables para la mayoría de los fines prácticos particulares ya que no son de carácter general (Chávez y Lima, 1998).
La evaluación de una columna de absorción, como la de cualquier columna industrial, involucra la determinación de tres características fundamentales: capacidad, eficiencia y costo. La mayor capacidad se refiere a los flujos posibles en la columna, líquido, gaseoso o de ambos. La capacidad se mide con base al parámetros hidrodinámicos de la columna. La eficiencia se mide cuando se logre transferir mayor cantidad de masa (permitida por el sistema) por altura empacada de la columna, o cuando la misma cantidad de masa se transfiere con menor altura empacada. La eficiencia de una columna se mide con base en los parámetros operacionales de transferencia de masa (altura equivalente por plato teórico). El costo de un proceso de separación (o de purificación) depende directamente de la relación entre la concentración inicial y la final de las sustancias a transferir. Los costos serán un reflejo de la capacidad y eficiencia de la columna de separación.
La eficiencia se puede relacionar a la fase líquida, como a la del gas, dependiendo de donde se encuentra la mayor resistencia a la transferencia de masa. La teoría de la Doble Película se aplica frecuentemente a los procesos de absorción. Éste correlaciona la altura de una unidad global de transferencia de masa y con la altura de una unidad de transferencia de gas y aquella con la del líquido .
La transferencia de masa se evaluó mediante un proceso de absorción en el sistema CO2-aire-agua, en el que el CO2 es la sustancia que se transfiere de la fase gas a la líquida. Se tomaron muestras gaseosas representativas de las tres zonas de operación y de la entrada y salida de la columna, para conocer la fracción molar en la fase gaseosa y con un balance de materia, la del líquido.
empaque porosidad área/volumen emcado ancho corrugación ININ 0.966 1033m2/m3 0.005 m SulzerBX 0.980 462m2/m3 0.008 m El número de unidades de transferencia de masa experimentales, se obtuvo mediante la expresión:
donde c e y son las concentraciones en fracción molar de las corrientes líquida y gaseosa. El subíndice 1 se refiere al extremo inferior de la columna y el 2 al superior. La Ecuación (8) se aplica para soluciones diluidas y para la película de mayor resistencia a la transferencia de masa, que es el caso que nos ocupa (Hines y Maddox,1985).
La Figura 4 representa el coeficiente volumétrico de transferencia de masa por el lado líquido a partir de las Ecuaciones (1, 2, 5 y 9). Los valores para ambos empaques comparados para flujos líquidos semejantes de 0.07 l/s fueron muy similares. Los coeficientes volumétricos se mantuvieron constantes para el empaque Sulzer BX, en el intervalo estudiado, y para el empaque ININ se presentó un incremento conforme aumentaba el factor de capacidad. Lo anterior demuestra que el empaque Sulzer BX aún operaba en régimen estable o de precarga y el empaque ININ en régimen turbulento.
La Figura 5 muestra los valores experimentales de altura de una unidad de transferencia para los empaques ININ y Sulzer BX con respecto al Fs, a partir de las Ecuaciones (8 y 9). El empaque ININ presentó menores valores de altura de la unidad de transferencia de masa que el empaque Sulzer BX en un 30%, lo cual lo hace más eficiente en la transferencia de masa.
Fig. 4: Valores experimentales de coeficiente volumétrico de transferencia de masa contra Fs para los empaques ININ y Sulzer BX, donde L se expresa en l/s: %Sulzer BX L=0.0717, Sulzer BX L=0.1309, !Sulzer BX L=0.2271, oININ L=0.02, +ININ L=0.0348, *ININ L=0.07
El empaque ININ resultó más eficiente para la transferencia de masa que el Sulzer BX, por el material de construcción, por la menor dimensión del canal de flujo y por su mayor área geométrica; manifestándose con menores valores de .
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA FICHA TÉCNICA DEL CURSO: LABORATORIO DE INGENIERIA QUÍMICA 2 No. DESCRIPCIÓN 1 CÓDIGO 430 CRÉDITOS 4 2 ESC UELA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA ALA QUE PERTENECE ÁREA DE OPERACIONES UNITARIAS 3 HORAS POR SEMANA DOCENCIA DIRECTA HORAS POR SEMANA DE LABORATORIO 4 PRE- REQUISITO No aplica DÍAS QUE SE IMPARTE 8 DÍAS QUE SE IMPARTE LABORATORIO DE INGENIERIA QUÍMICA 1. INGENIERIA QUÍMICA 4 5 HORARIO 16 h 30 min a 20 h 30 min, jueves 8 h 00 min a 12 h min, sábado POST- REQUISITO CATEGORÍA (ÓPTATIVO, OBLIGATORIO) No aplica 6 CONTENIDO DEL CURSO 6. A) DESTILACION JUEVES Y SABADO TRANSFERENCIA DE MASA EN UNIDADES DE CONTACTO CONTÍNUO (IQ-5) INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN TECNOLÓGICA GESTIÓN TOTAL DE CALIDAD EXTRACCIONES INDUSTRIALES BIOINGENIERÍA 1 INGENIERÍA DEL AZÚCAR RECURSOS Y PROCESOS DE CENTROAMÉRICA CONTROL DE CONTAMINANTES INDUSTRIALES INGENIERÍA ECONÓMICA 3 DISEÑO DE PLANTAS CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA EN LA INDUSTRIA OPERACIONES Y PROCESOS EN LA INDUSTRIA FARMACEÚTICA CINÉTICA DE PROCESOS QUÍMICOS OPERACIONES UNITARIAS COMPLEMENTARIAS OBLIGATORIO 6.A.1 Determinar la eficiencia de Murphree en función de la velocidad de vapor en la torre a reflujo total. 6.A.2 Determinar la eficiencia global de la torre en función de la velocidad de vapor a reflujo total. B) EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO 6.B.1 Determinar una relación entre la eficiencia global y la rotación del agitador en una torre empacada. C) FLUJO DE FLUIDOS A TRAVES DE LECHOS POROSOS 6.C.1 6.C.2 Determinar las zonas de carga e inundación. Verificar la ecuación de Ergum. D) ABSORCION GASEOSA 6.D.1 Determinar experimentalmente la altura de una unidad de transferencia de masa (HTU) en una torre de absorción. E) COMBUSTIÓN 6.E.1 6.E.2 Determinar la eficiencia térmica en función del exceso de aire. Determinar las perdidas de energía en los gases de combustión. F) SECADO 2ff7e9595c