Diseo de una Torre de Destilacin con Platos Perforados

Planteamiento del Problema.En cierto proceso industrial se requieren purificar una solucin Nitrobenceno-Tolueno 70-30, proveniente de un lmite de batera a una temperatura de 77C y una Presin de 2 Kg/cm2 man, para lo cual se emplean platos perforados como dispositivo de contacto; el diseo preliminar proporciona una columna de 25 platos requeridos y un balance de materia y energa con los siguientes datos:

Densidad del lquido a 77 C0.815 g/cm3

Densidad del vapor a 77 C0.0079 g/cm3

Tensin superficial26 dinas/cm

Gasto mximo liquido69000 Kg/hr

Gasto mximo vapor59500 Kg/hr

gmin= 60% de Gmax.Condiciones de Operacin:T=77C y P=2 Kg/cm2 man.

Conversin de unidades de densidad.

Conversin de unidades de flujo.

Material de Construccin: Acero Inoxidable 410.Dimetro de la columna

Mtodo de Sounders-BrownSe estima separacin de platos: 24 61cm.Con Separacin de platos ir a tabla 5, pag. 29.24 1.5 a 6m. (5 a 20 pie).Para el factor de Sounders-Brown:Con separacin de platos y tensin superficial ir a pag. 20.C=205x10-3Clculo de velocidad msica

Clculo del Dimetro de la Torre.

5.54ft.

Mtodo de Inundacin.

Calculo de factor de inundacin

v'=gasto mximo de vapor en Kg/hrl'=gasto mximo de liquido en Kg/hr

De tabla se lee con 0.1142 para obtener Csbgraf de pag. 81Csbgraf= 0.095m/s.Calculo de Csb inundacin

Suponiendo una velocidad de diseo de 75% de velocidad de inundacin se obtiene la velocidad del vapor basada en el rea de diseo Un(Dis)

Se consideran los platos para un paso por lo que el rea de la bajante es 12% del area de la torre, tendremos que el area neta de flujo de vapor ser del 88%, quedando as:

Se escoge un dimetro promedio calculado por ambos mtodos

Distancia entre platosDe acuerdo a la tabla 2 Pag. 23 solo es para corroborar la distancia supuesta, en este caso no es necesario corregirla.

De tabla

Dtorre calculadomDistancia entre platos supuestoDtorremDistancia entre platos

1.843761 cm1.5 661.cm

Tipo de flujo entre platosLa consideracin ser de acuerdo la capacidad que se estn manejando de flujos de lquido y vapor por lo que se considera de un paso en flujo cruzado Distribucin de areas en el platoNumero de pasos 1Tipo de flujo cruzadoArea Transversal= 3.133m2 Longitud de vertedero rea de cada bajante lateral

rea activa mxima

Dimetro de perforacin, espaciado y espesor del platoDe acuerdo a nuestro sistema se considera poco incrustante por lo que se supone un dimetro de perforacin de d0=4.8 mm=3/16 El arreglo se recomienda triangular y el pitch que es la distancia centro a centro de perforacin se calcula mediante la siguiente secuencia

Calculo del espaciadoWs=10 cm este valor es la distancia entre vertederos y perforacionesWd=18%*Dt este valor es el ancho de la bajanteWd=0.18Dt=0.18*1.6896=0.304m.Wc=0 cm distancia entre coraza y perforaciones

Suponiendo una relacin de

El espesor del plato se considera del material acero inoxidable Espesor de plato = 2.77 mmEspesor de plato = 2.77 mmAltura del vertedero de salidaDonde:L es el gasto mximo del liquido en L/minLv es la longitud de vertedero en m

Alturas mximas y mnimas del vertedero

Se escoge hv=5cm.H Sello de mamparaDe la tabla 7 pag 31

Se considera de 1.27 cm ya que la distancia de vertedero-mampara es menor a 1.5 m.

Sello de mampara 1.27 cm

Dinmica del Plato.Calculo de inundacin

Porciento de inundacin

Csbgraf=0.095 m/s

Arrastre

Con Flv=0.1142 y % inundacin=75 ir a la fig. 33 pg. 83 se obtiene arrastre fraccional

Considerando una eficiencia seca del (Eficiencia de Murphy ) del Em=70%Eficiencia hmeda

Gradiente hidrulicoComo el dimetro es menor a 3.5 m no se tomara en cuentaCada de presin por platoA Plato secoDo=4.76 mmPitch=12.7 mm

Ir a tabla 34Pag 83 para obtener Co Co=0.7rea total perforada

Velocidad del vapor a travs de perforaciones.

Cada de presin a travs de la zona de espumaAltura del lquido

Factor de aeracin se obtiene de Fig 35 pag 86 =0.6Cada de presin a travs de zona espumosa

Cada de presin total por plato

EscurrimientoSe prueba si el plato trabajar satisfactoriamente al flujo mnimo esperado.Flujo volumtrico vapor=0.5*Flujo diseo=0.5*2.092=1.046 m3/sFlujo volumtrico liquido=0.5*Flujo diseo=0.5*0.02352=0.01176 m3/s

Co=0.7

h'l=5 + 2.9504= 7.9504 cmhl=.6*7.504=4.77024de la fig. 36 Pag 86 se obtiene ho min. hmin=1.49Altura del lquido en la bajanteDistancia entre mampara y piso=hs-sello de mampara=5-1.49=3.51 cmAbm=3.51cm*Longitud de vertedero=3.51*130.16cm=456.862cm2Cada de presin bajo mampara

Altura del lquido en la bajanteHb=hv+hsv+hbm+ht=5+2.9504+4.2937+2.361+4.77024=19.3753 cmTiempo de residencia del lquido en la bajante

Tiempo de residencia.