1.2 DISEÑO DE LA COLUMNA DE ABSORCIÓN

Para el diseño de una columna de relleno debemos tener en cuenta que se debe

conseguir el máximo de transferencia del contaminante con el mínimo consumo de

energía y tamaño de la columna es decir, con el mínimo coste.

El cálculo principal en el diseño de la columna es la altura de relleno necesaria

para conseguir la transferencia deseada de contaminante al líquido, en función del

equilibrio que tenga entre gas y líquido. Existen otros parámetros importantes,

como son el diámetro de la columna, los caudales de gas residual y líquido, si es

de platos o de relleno si es de relleno es importante elegir correctamente el tipo de

relleno.

Para diseñar la columna proponemos lo siguiente:

1. vamos a elegir una torre de relleno ya que el empleo de columnas de relleno

frente a las de platos se ve favorecido por que son más adecuadas cuando

las columnas son de pequeñas dimensiones (menos de 0,6m de diámetro y

una altura de relleno inferior a 6m) también si se tienen sustancias corrosivas

o se forma mucha espuma o si se requiere que la pérdida de carga en la

columna sea pequeña y la velocidad del líquido es elevada.

Mientras que la torre de platos pueden resultar económicamente preferibles

para operaciones en gran escala, pueden presentar mejor “relación de flujo

descendente” y están menos sujetas a ensuciamiento por sólidos que las

columnas de relleno. Pero como el que necesitamos es a pequeña escala

nos conviene la torre de relleno.

2. Para seleccionar el tipo de relleno tomaremos en cuenta cual resulta más

eficiente en cuanto a costo y superficie de transferencia; como vimos en la

información antes presentada el anillo de rasching es uno de los más usados

debido a que el materia con el que se fabrica es el plástico y relativamente no

tiene un costo muy elevado pero el plástico se deteriora rápidamente, los

plásticos deben escogerse con especial cuidado, puesto que se pueden

deteriorar, rápidamente y con temperaturas apenas elevadas, con ciertos

solventes orgánicos y con gases que contienen oxígeno. Así que elegiremos

el relleno de anillo tipo pall estos a diferencia del rasching tienen como

ventajas:

Gran área por unidad de volumen

Formación de película de barro extensa

Excepcional espacio vacio

Capacidad de alta oxigenación

Alta carga hidráulica

Alta carga DBO

Requerimiento de área mínimo

Es un relleno rígido y liviano

Es de fácil instalación (cargado al azar)

Pared de sostén de baja resistencia

Tiene un mínimo costo de operación

Y un bajo costo

3. Para seleccionar la distribución de relleno será al azar ya que el anillo que se

eligió es para este tipo de distribución

4. Cálculos de variables: como son el diámetro de la columna, los caudales de

gas residual y líquido, el tipo de relleno y la pérdida de presión.

5.

Datos que son conocidos normalmente en el proceso:

1. Condiciones de operación de la columna: PT y T

2. Composición de las corrientes de entrada

3. Composición del gas a la salida (fin perseguido)

4. Circulación en contra corriente

Se va a estudiar el caso de absorción, en estado estacionario, de un soluto A

desde una mezcla gaseosa con B mediante un absorbente líquido C

Definición de variables:L y G: caudales de líquido y gas (mol/s m2) x e y: fracciones molares de líquido y gas LS (mol C/s m2) GS (mol B/s m2) Y (mol A/mol B)

X (mol A/mol C)

Ecuaciones de transformación:

1.2.1Columnas de relleno o empacadas:

Las torres empacadas, utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El liquido se distribuye sobre estos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas. Son usadas para destilación, absorción de gases, y extracción liquido-liquido.

Tipos de Columnas Empacadas

Las columnas empacadas se clasifican según el empaque, así tenemos 2 tipos:

1. Columnas Empacadas con Empaque al Azar o Aleatorios

2. Columnas Empacadas con Empaque Regulares

El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes características:

1. Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas. La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado an debe ser grande, pero no en el sentido microscópico.

2. Poseer las características deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen fraccionario vacío, o fracción de espacio vacío, en el lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de grandes volúmenes de fluido a través de pequeñas secciones transversales de la torre, sin recargo o inundación; debe ser baja la caída de presión del gas.

3. Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando (Alta durabilidad, resistencia a la corrosión

4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación.

5. Tener bajo precio.

Tipos de relleno:

a) Montura berlb) Montura intaloxc) Anillo raschigd) Anillo pall

Anillos Raschig: son cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100 mm o más.

Pueden fabricarse de porcelana industrial, que es útil para poner en contacto a la

mayoría de los líquidos, con excepción de álcalis y ácido fluorhídrico; de carbón

que es útil, excepto en atmósferas altamente oxidantes; de metales o de plásticos.

Montura de Berl e Intalox: son empaques con forma de silla de montar, y sus

variaciones se pueden conseguir en tamaños de 6 a 75 mm; se fabrican de

porcelanas químicas o plásticos.

Anillos pall: El anillo Pall, es un cilindro con paredes ranuradas y lenguas o costillas internas, siendo el diámetro y la altura del anillo iguales. Los anillos son fabricados en Polipropileno (PP) y una gran variedad de metales, Los anillos Pall tienen la forma aproximada de los anillos Raschig, excepto que las paredes han sido abiertas y se han adicionado superficies interiores y deflectores. Estos cambios eliminan los defectos que en los anillos Raschig impiden performances satisfactorias, en el relleno de columnas de gran diámetro.

1.2.1.1 Mezclas binarias

1.2.1.1.1 Altura del empaque.

Características de distintos tipos de empaque:

Químicamente inertes frente los fluidos de la torre Resistente mecánicamente sin tener peso excesivo Tener pasos adecuados para ambas corrientes sin excesiva retención de

líquidos o caídas de presión. Proporcionar un buen contacto entre el liquido y el gas Unidades de relleno huecas, que garantizan la porosidad del lecho y el

paso de los fluidos.

1.2.1.1.2 Diámetro de la columna

Distribución de relleno

la distribucion de relleno en una torre se puede llevar a cabo de las siguientes maneras:

1.- al azar: tamaño < 3 in (< 1 in se usan comúnmente en el laboratorio o planta piloto)

2.- ordenados entre 2 y 8 in

También se puede seleccionar en base al diámetro de la columna tal como se muestra a continuación:

Tamaño recomendado de empaqueDiámetro de la columna Tamaño

< 0,3 m < 25 mm0,3 - 0,9 m 25 - 39 mm

> 0,9 m 50 - 75 mm